介绍某市地铁线路电力系统的软硬件升级改造，分析电力系统改造的必要性和可行性。讨论配电监测系统改造的具体方案。 ——某市地铁二号线配电监测改造方案
0 引言
目前地铁正在大规模建设，车站低压配电系统的要求也越来越高。城市地铁的服务性，安全性系统也越来越完善。因此在满足地铁功能日益提高的前提下，对老系统的改造就显得很有必要。
1 概述
该市地铁二号线建成运营了十年，全线长20.8公里，分设了12座车站。每座车站都有降压变电所，其为列车动力，车站照明，信号等提供电源。现有的配电监测系统在监控站对各变电所的设备及隔离开关进行监测和控制，从而能远程的读取到实时电参量数据和设备运行状态。
2 原系统介绍
站控层设备有主站工业控制计算机，从站工业控制计算机，数据维护计算机，数据服务器各一台，冗余设备还包括GPS时钟，UPS电源，打印机等。网络层设备有网络交换机，串口服务器，通讯前置机。设备层包括数据采集设备，各类传感器。通信通道：OCC通讯处理器与远程控制中断之间的数据传输速率为9600bps，数据传输为半双工的方式。接口标准为RS485.
2.1系统功能：
●控制功能；
●画面显示功能；
●信息处理功能；
●SCADA设备自检功能；
●数据处理、显示、打印功能；
●口令功能等。
2.2系统运行情况介绍
该地铁线路配电监测系统由德国西门子公司设计研发。该系统自1997年投入运行以来，各种工作情况基本正常。但是由于计算机技术和网络技术的高速发展以及当时需求的局限性，随着投运年限的增加，原有的监测系统的问题逐步显现：
2.2.1系统配置低，响应速度慢，当系统数据交换量较大时，使画面数据不能及时刷新，甚至造成系统死机：
2.2.2由于监控系统是全天24小时不间断运行，经过10多年运行，硬件老化日渐上升，故障率增高，备品备件日益匮乏，不易维护；
2.2.3由于西门子公司的技术壁垒，通讯协议没有对外开放，导致电力监控系统功能扩展困难。无法满足新增电气设备的监控需要。
2.3电力系统现状
最近10年来，城市地铁服务性、应急安全性、乘客方便性的系统越来越完善，因此电力系统扩容，网络扩容，管理扩容以及要求标准都应该随之发展。近几年来，地铁的大规模建设，车站低压配电系统的建设费用逐步上升。例如地铁夏季空调制冷设备、冬季采暖设备的增加，自动扶梯的数量增加。电气火灾系统的嵌入等等。
因此，我们有必要对原有的配电监测系统进行改造。
3 改造基本要求
1）系统集成要求：
软件、硬件接口的标准化、通用化是开放的系统环境得以实现的关键，因而系统的升级改造的基本技术要求如下：
1. 可集成性—建立一种开放的网络环境可与不同设备制造厂商的系统方便连接；
2. 互操作性—软件程序与硬件设备之间无必然的配套联系，可自由选择合适的最佳硬件设备；
3. 可移植性—计算环境的发展不致因装接设备而花费大量的金钱和时间；
4. 功能配置冗余性—接入有可能更好性能/价格比的系统不致中断当前的业务。
2）工程组织要求
1. 因为要保证所有负荷正常运行的同时完成监控系统的升级改造，所以新监控系统的安装、调试工作必须安全高效，以尽量不中断仍在运行中的旧监控系统的远方监视功能为原则，尽可能缩短新旧系统的切换时间；
2. 监控系统改造部分的功能测试要根据现场允许条件科学安排，按要求保质保量完成，以保证监控系统软件移植的正确性和新系统设备投运后的安全可靠性；
3. 对改造后的监控系统进行全面的功能调试，以保证能正确有效的监控一次设备。
4 具体改造方案
采用自上而下的施工方式，先改造中央站控层设备，主要是更换通信处理机，工作站主机和模拟屏等。再逐步改造变电所内的远动终端。具体的改造步骤：
1. 安装调试新监控系统的工作站主机、UPS电源及其外设。确保主机在优化的，最高效的状态下运行；
2. 增加数据服务器，增强大容量数据的保存，延长数据保存时间；
3. 安装串口服务器、前置处理机、模拟屏监控系统新增设备并上电运行。确保数据传输的高效稳定；
4. 完成新增后台监控系统数据库和冗余功能设置；
5. 嵌入安科瑞的ACREL-6000剩余电流式电气火灾监控系统，确保地铁运营的电气安全；
6. 将所有变电所的旧仪表逐一替换为安科瑞的ACR系列网络智能仪表，该系列仪表主要功能有：LCD显示、全电参量测量（U、I、P、Q、PF、F、S）；四象限电能计量、复费率电能统计；THDu，THDi、2-31次各次谐波分量；电压波峰系数、电话波形因子、电流K系数、电压与电流不平衡度计算；电网电压电流正、负、零序分量（含负序电流）测量；4DI+3DO（DO3做过压、欠压、过流、不平衡报警）；RS485通讯接口、Modbus协议或DL/T645规约。外形尺寸：120×120mm，开孔尺寸：108×108mm.适用于高压重要回路或低压进线柜，
7. 对新监控系统的遥信、遥测、遥控、遥调信号进行测试。测试结果合格后，将监视信号送至模拟屏，信号显示正确后，完成对此变电所上位机改造工作。按此步骤，完成由新监控系统对所有变电所的监控；
8. 将一个变电所监控数据由原前置处理机RS422接口处并联接入新的前置机中；
9. 完成新增设备工作站主机与前置处理机之间的通信配置；
10. 将原监控系统的OCC设备退出运行；
综合考虑众多因素和系统实施步骤可行性，最终选择上海安科瑞电气股份有限公司电力监控系统。
至此，电力监控系统的改造方案讨论完毕。
5 改造实施注意事项
5.1制定施工方案时要考虑到地铁运营的工作特点，每天收车后最多能保证3小时的有效工作时间。这就要求我们精心组织，精心施工，既要保证施工安全和施工质量，又不能影响第二天的正常运营。
5.2在进行新旧系统软硬件替换之前，要观察记录好原有的硬件设备和软件程序运行状况，避免将旧系统运行中的缺陷带入新系统的调试和运行工作中。
6 改造意义
中国城市轨道交通行业方兴未艾，上世纪九十年代投运的城轨线路的电力监控系统设备老化问题，已经逐步显现出来，加之城轨变配电技术发展日新月异，原有的监控系统已经无法满足新设备的扩展要求。因此，探索一套城轨行业电力监控系统改造高效可行的实施方案，积累设计施工实践经验，有其重要的现实意义。
0 引言
目前地铁正在大规模建设，车站低压配电系统的要求也越来越高。城市地铁的服务性，安全性系统也越来越完善。因此在满足地铁功能日益提高的前提下，对老系统的改造就显得很有必要。
1 概述
该市地铁二号线建成运营了十年，全线长20.8公里，分设了12座车站。每座车站都有降压变电所，其为列车动力，车站照明，信号等提供电源。现有的配电监测系统在监控站对各变电所的设备及隔离开关进行监测和控制，从而能远程的读取到实时电参量数据和设备运行状态。
2 原系统介绍
站控层设备有主站工业控制计算机，从站工业控制计算机，数据维护计算机，数据服务器各一台，冗余设备还包括GPS时钟，UPS电源，打印机等。网络层设备有网络交换机，串口服务器，通讯前置机。设备层包括数据采集设备，各类传感器。通信通道：OCC通讯处理器与远程控制中断之间的数据传输速率为9600bps，数据传输为半双工的方式。接口标准为RS485.
2.1系统功能：
●控制功能；
●画面显示功能；
●信息处理功能；
●SCADA设备自检功能；
●数据处理、显示、打印功能；
●口令功能等。
2.2系统运行情况介绍
该地铁线路配电监测系统由德国西门子公司设计研发。该系统自1997年投入运行以来，各种工作情况基本正常。但是由于计算机技术和网络技术的高速发展以及当时需求的局限性，随着投运年限的增加，原有的监测系统的问题逐步显现：
2.2.1系统配置低，响应速度慢，当系统数据交换量较大时，使画面数据不能及时刷新，甚至造成系统死机：
2.2.2由于监控系统是全天24小时不间断运行，经过10多年运行，硬件老化日渐上升，故障率增高，备品备件日益匮乏，不易维护；
2.2.3由于西门子公司的技术壁垒，通讯协议没有对外开放，导致电力监控系统功能扩展困难。无法满足新增电气设备的监控需要。
2.3电力系统现状
最近10年来，城市地铁服务性、应急安全性、乘客方便性的系统越来越完善，因此电力系统扩容，网络扩容，管理扩容以及要求标准都应该随之发展。近几年来，地铁的大规模建设，车站低压配电系统的建设费用逐步上升。例如地铁夏季空调制冷设备、冬季采暖设备的增加，自动扶梯的数量增加。电气火灾系统的嵌入等等。
因此，我们有必要对原有的配电监测系统进行改造。
3 改造基本要求
1）系统集成要求：
软件、硬件接口的标准化、通用化是开放的系统环境得以实现的关键，因而系统的升级改造的基本技术要求如下：
1. 可集成性—建立一种开放的网络环境可与不同设备制造厂商的系统方便连接；
2. 互操作性—软件程序与硬件设备之间无必然的配套联系，可自由选择合适的最佳硬件设备；
3. 可移植性—计算环境的发展不致因装接设备而花费大量的金钱和时间；
4. 功能配置冗余性—接入有可能更好性能/价格比的系统不致中断当前的业务。
2）工程组织要求
1. 因为要保证所有负荷正常运行的同时完成监控系统的升级改造，所以新监控系统的安装、调试工作必须安全高效，以尽量不中断仍在运行中的旧监控系统的远方监视功能为原则，尽可能缩短新旧系统的切换时间；
2. 监控系统改造部分的功能测试要根据现场允许条件科学安排，按要求保质保量完成，以保证监控系统软件移植的正确性和新系统设备投运后的安全可靠性；
3. 对改造后的监控系统进行全面的功能调试，以保证能正确有效的监控一次设备。
4 具体改造方案
采用自上而下的施工方式，先改造中央站控层设备，主要是更换通信处理机，工作站主机和模拟屏等。再逐步改造变电所内的远动终端。具体的改造步骤：
1. 安装调试新监控系统的工作站主机、UPS电源及其外设。确保主机在优化的，最高效的状态下运行；
2. 增加数据服务器，增强大容量数据的保存，延长数据保存时间；
3. 安装串口服务器、前置处理机、模拟屏监控系统新增设备并上电运行。确保数据传输的高效稳定；
4. 完成新增后台监控系统数据库和冗余功能设置；
5. 嵌入安科瑞的ACREL-6000剩余电流式电气火灾监控系统，确保地铁运营的电气安全；
6. 将所有变电所的旧仪表逐一替换为安科瑞的ACR系列网络智能仪表，该系列仪表主要功能有：LCD显示、全电参量测量（U、I、P、Q、PF、F、S）；四象限电能计量、复费率电能统计；THDu，THDi、2-31次各次谐波分量；电压波峰系数、电话波形因子、电流K系数、电压与电流不平衡度计算；电网电压电流正、负、零序分量（含负序电流）测量；4DI+3DO（DO3做过压、欠压、过流、不平衡报警）；RS485通讯接口、Modbus协议或DL/T645规约。外形尺寸：120×120mm，开孔尺寸：108×108mm.适用于高压重要回路或低压进线柜，
7. 对新监控系统的遥信、遥测、遥控、遥调信号进行测试。测试结果合格后，将监视信号送至模拟屏，信号显示正确后，完成对此变电所上位机改造工作。按此步骤，完成由新监控系统对所有变电所的监控；
8. 将一个变电所监控数据由原前置处理机RS422接口处并联接入新的前置机中；
9. 完成新增设备工作站主机与前置处理机之间的通信配置；
10. 将原监控系统的OCC设备退出运行；
综合考虑众多因素和系统实施步骤可行性，最终选择上海安科瑞电气股份有限公司电力监控系统。
至此，电力监控系统的改造方案讨论完毕。
5 改造实施注意事项
5.1制定施工方案时要考虑到地铁运营的工作特点，每天收车后最多能保证3小时的有效工作时间。这就要求我们精心组织，精心施工，既要保证施工安全和施工质量，又不能影响第二天的正常运营。
5.2在进行新旧系统软硬件替换之前，要观察记录好原有的硬件设备和软件程序运行状况，避免将旧系统运行中的缺陷带入新系统的调试和运行工作中。
6 改造意义
中国城市轨道交通行业方兴未艾，上世纪九十年代投运的城轨线路的电力监控系统设备老化问题，已经逐步显现出来，加之城轨变配电技术发展日新月异，原有的监控系统已经无法满足新设备的扩展要求。因此，探索一套城轨行业电力监控系统改造高效可行的实施方案，积累设计施工实践经验，有其重要的现实意义。
