關(guān)于提升廈門地鐵可視化接地系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)冗余度的研究及應(yīng)用

馬濤

（廈門軌道交通集團有限公司，福建 廈門 361000）

近年來，國內(nèi)軌道交通項目在各個城市發(fā)展迅猛，供電系統(tǒng)設(shè)備作為軌道交通動力的來源，在其中起著不可或缺的作用。隨著地鐵線路的逐年增加，給城市帶來了先進便捷的交通方式，但同時供電系統(tǒng)設(shè)備數(shù)量也逐年呈現(xiàn)倍增趨勢，這一現(xiàn)象造成設(shè)備維修維護工作必須投入越來越多的維護力量，導(dǎo)致員工隊伍迅速膨脹，人力成本也逐年上升。員工隊伍的年輕化，使安全壓力越來越大。如何在供電設(shè)備數(shù)量快速增長的同時，能夠有效降低人力成本，提升員工作業(yè)安全環(huán)境。在優(yōu)化管理，規(guī)范制度的同時，也應(yīng)從技術(shù)角度為降本增效，風(fēng)險防范做出努力。

可視化接地系統(tǒng)可以很好的解決帶電掛地線和漏拆地線、接掛地線效率低、人力成本高三大問題。但若可視化接地系統(tǒng)設(shè)備的可靠性不足，將導(dǎo)致嚴(yán)重影響地鐵車輛的日常運營，通過各種方式發(fā)現(xiàn)可視化接地系統(tǒng)的隱患，整改不足，提高可視化接地設(shè)備的可靠性，是及其重要的一項工作。

1 可視化接地系統(tǒng)工作原理

可視化接地系統(tǒng)是一套可以實現(xiàn)中央級遠(yuǎn)程操作掛拆接觸網(wǎng)地線，并能在中央級，車控室通過視頻畫面觀察地線接掛情況的設(shè)備。它的設(shè)備組成主要如圖1 有以下模塊：

圖1 可視化接地系統(tǒng)設(shè)備組成

中央管理層：系統(tǒng)服務(wù)器、系統(tǒng)工作站、視頻工作站。

站級管理層：站級可視化操作終端、通信管理機、視頻硬盤錄像機、鑰匙管理機。

間隔設(shè)備層：可視化接地裝置本體，可視化接地裝置攝像機。

電力調(diào)度操作終端設(shè)備通過系統(tǒng)服務(wù)器經(jīng)過通信控制器向正線配置的可視化接地裝置發(fā)出掛拆地線指令，可視化接地裝置自動執(zhí)行接觸網(wǎng)驗電、殘壓放電、接地的步驟。當(dāng)檢測到接觸網(wǎng)有電時，自動禁止接地刀閘合閘操作。同時配置在柜內(nèi)的接地刀閘監(jiān)控攝像機和隧道壁上的隔開監(jiān)控攝像機不間斷實時將視頻上傳到車控室站級終端和中央級工作站終端，電調(diào)和車站作業(yè)人員可以通過視頻呈現(xiàn)的方式，確認(rèn)接地刀閘分合閘狀態(tài)。接地裝置上端裝設(shè)有LED 顯示屏，可實時顯示接觸網(wǎng)電壓，起到給軌行區(qū)作業(yè)人員安全警示作用。

2 可視化接地系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)傳輸結(jié)構(gòu)的現(xiàn)狀

目前國內(nèi)地鐵通用的可視化接地系統(tǒng)傳輸網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖2 中所示，設(shè)備網(wǎng)絡(luò)傳輸結(jié)構(gòu)由調(diào)度層、網(wǎng)絡(luò)層、站級層三級組成。調(diào)度層至網(wǎng)絡(luò)層經(jīng)通訊機、交換機至A 網(wǎng)環(huán)網(wǎng)，A 網(wǎng)環(huán)網(wǎng)連接至各個站點站級層通訊機設(shè)備。站級層包含間隔層設(shè)備和站控層設(shè)備，設(shè)備本體、車站端、調(diào)度端三級控制模式，站級層設(shè)備通訊機作為站級的控制傳輸中樞，站級遠(yuǎn)程控制與調(diào)度端遠(yuǎn)程控制相互獨立，二者功能互不影響。

圖2 可視化接地系統(tǒng)傳輸網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

可視化接地系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)僅使用A 網(wǎng)單通道進行網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸，調(diào)度層通訊機通常采用104 子站協(xié)議與綜合監(jiān)控通信及正線各站可視化接地裝置通訊。調(diào)度層進行可視化接地裝置遙控操作，當(dāng)所處網(wǎng)絡(luò)通道發(fā)生圖2 中四處地方其中一處故障點中斷時，中央級將無法監(jiān)視和控制所有站點的可視化接地裝置。特別是若故障發(fā)生于施工結(jié)束需要拆除地線，接觸網(wǎng)需要恢復(fù)供電時，調(diào)度層無法遠(yuǎn)程操作可視化接地裝置，導(dǎo)致接觸網(wǎng)地線無法拆除，接觸網(wǎng)無法執(zhí)行送電操作，必須由人工分散至各個站點現(xiàn)場應(yīng)急操作將可視化接地裝置分閘，繼而完成接觸網(wǎng)送電。在這種故障情況發(fā)生時，反而會大量耗費人力、物力，甚至直接影響地鐵的行車組織，存在較大安全隱患。

3 傳輸網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)冗余配置提升對策

正如上文所述，可視化接地系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)傳輸結(jié)構(gòu)為單通道方式，造成通道冗余度低，數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)存在穩(wěn)定性與可靠性不足的問題，可能導(dǎo)致影響地鐵行車運營的事件發(fā)生。

從整體分析，絕大部分地鐵的綜合監(jiān)控環(huán)網(wǎng)一般使用A、B 雙環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)通訊至各個站點，根據(jù)綜合監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的思路，將可視化接地系統(tǒng)改造成雙網(wǎng)通訊模式，形成系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通道的冗余度，提升系統(tǒng)的穩(wěn)定性與可靠性。

雙網(wǎng)改造后的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淙鐖D3 所示，于調(diào)度層增加一臺B 網(wǎng)通訊機和B 網(wǎng)交換機，調(diào)度層A 網(wǎng)交換機分別與A、B 網(wǎng)通訊機連接，B 網(wǎng)交換機也分別與A、B 網(wǎng)通訊機連接，A、B 網(wǎng)交換機再連接至綜合監(jiān)控A、B 網(wǎng)環(huán)網(wǎng)，綜合監(jiān)控A、B 網(wǎng)環(huán)網(wǎng)連接至各個站點站級層通訊機設(shè)備，形成了從可視化接地裝置至站級層變電所內(nèi)通訊機為單通道數(shù)據(jù)傳輸，從站級層通訊機至綜合監(jiān)控A、B 通信環(huán)網(wǎng)，綜合監(jiān)控A、B 通信環(huán)網(wǎng)至調(diào)度層通訊機的數(shù)據(jù)傳輸均為雙通道傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)站級層至網(wǎng)絡(luò)層以及網(wǎng)絡(luò)層至調(diào)度層的雙網(wǎng)通信冗余配置。當(dāng)站級層至調(diào)度層數(shù)據(jù)傳輸通道設(shè)備出現(xiàn)故障時，可由另一回網(wǎng)絡(luò)傳輸通道實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，不影響可視化接地裝置的遠(yuǎn)程操作；當(dāng)站內(nèi)設(shè)備故障時僅影響本站設(shè)備操作，不影響其余車站可視化接地裝置的操作。

圖3 改造后的可視化接地系統(tǒng)傳輸網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

4 網(wǎng)絡(luò)傳輸結(jié)構(gòu)改造后的驗證方法

4.1 中央管理層驗證

中央級全線順控測試及中央級A、B 網(wǎng)切換測試，具體測試流程如下：

（1）對全站可視化接地裝置進行一次順控合、分閘測試，操作結(jié)束后隨意抽取三個站可視化接地裝置進行單點遙控合、分閘操作。

（2）斷開A 網(wǎng)交換機電源空開，3 分鐘后由電調(diào)對全線可視化接地裝置進行一次全線順控合閘→分閘操作，應(yīng)操作成功。

（3）合上A 網(wǎng)交換機電源空開，斷開B 網(wǎng)交換機電源空開，3分鐘后由電調(diào)對全線可視化接地裝置進行一次全線順控合閘→分閘操作，應(yīng)操作成功。

（4）合上B 網(wǎng)交換機電源空開，斷開A 網(wǎng)通訊管理機電源空開，3 分鐘后由電調(diào)對全線可視化接地裝置進行一次全線順控合閘→分閘操作，應(yīng)操作成功。

（5）合上A 網(wǎng)通訊管理機電源空開，斷開B 網(wǎng)通訊管理機電源空開，3 分鐘后由電調(diào)對全線可視化接地裝置進行一次全線順控合閘→分閘操作，應(yīng)操作成功。

（6）斷開A 網(wǎng)交換機電源空開，3 分鐘后由電調(diào)對全線可視化接地裝置進行一次全線順控合閘→分閘操作，應(yīng)操作成功。

（7）合上A 網(wǎng)交換機電源空開，合上B 網(wǎng)通訊管理機電源空開，斷開B 網(wǎng)交換機電源空開，斷開A 網(wǎng)通訊管理機電源空開，3分鐘后由電調(diào)對全線可視化接地裝置進行一次全線順控合閘→分閘操作，應(yīng)操作成功。

（8）合上B 網(wǎng)交換機電源空開，合上A 網(wǎng)通訊管理機電源空開，3 分鐘后由電調(diào)對全線可視化接地裝置進行一次全線順控合閘→分閘操作，操作結(jié)束后隨意抽取三個站可視化接地裝置進行單點遙控合、分閘操作，均應(yīng)操作成功。

（9）中央管理層雙網(wǎng)功能測試結(jié)束、人員出清。

4.2 站級管理層驗證

站級遙控測試及站級A、B 網(wǎng)切換測試，詳細(xì)測試步驟如下：

（1）電力調(diào)度對全線路單站可視化接地裝置進行依次分合閘操作，應(yīng)操作成功。

（2）車站斷開通訊機A 網(wǎng)網(wǎng)線，約1min 后電力調(diào)度對單站可視化接地裝置進行依次分合閘操作，應(yīng)操作成功。

（3）車站斷開通訊機B 網(wǎng)網(wǎng)線，連接A 網(wǎng)網(wǎng)線，約1min 后電力調(diào)度對單站可視化接地裝置進行依次分合閘操作，應(yīng)操作成功。

（4）依次對全線各個車站重復(fù)（2）、（3）步驟執(zhí)行測試，應(yīng)操作成功。

（5）站級管理層雙網(wǎng)功能測試結(jié)束、人員出清。

5 應(yīng)急措施及預(yù)案

5.1 在進行站級通訊管理機安裝時誤碰運行中的PSCADA 工況機，造成PSCADA 工況機死機、重啟等問題，導(dǎo)致單站PSCADA 系統(tǒng)無法監(jiān)控、操作本站設(shè)備。

應(yīng)急措施：施工負(fù)責(zé)人應(yīng)立即組織停止工作，現(xiàn)場進行排查，檢查PSCADA 工況機、交換機電源等設(shè)備，保證設(shè)備恢復(fù)正常運行。如若PSCADA 設(shè)備無法恢復(fù)正常運行，應(yīng)安排專人進行值守保障。

5.2 中央級A、B 網(wǎng)通訊管理機升級過程中數(shù)據(jù)文件配置錯誤，造成中央級通訊管理機與站級通訊管理機通道未建立或電調(diào)無法進行全線可視化接地柜操作。

應(yīng)急措施：若在施工結(jié)束前30 分鐘無法正常完成測試，施工負(fù)責(zé)人應(yīng)立即組織設(shè)備廠家將通訊管理機數(shù)據(jù)文件還原至改造前狀態(tài)。

5.3 在完成中央級通訊管理機數(shù)據(jù)更新后電調(diào)對全線接地柜進行遙控分合閘測試出現(xiàn)異常。

應(yīng)急措施：

（1）若程序更新后出現(xiàn)異?；虺霈F(xiàn)可視化接地柜無法

分閘的情況，施工結(jié)束前30 分鐘仍無法恢復(fù)，電力調(diào)度應(yīng)

根據(jù)對應(yīng)的現(xiàn)場應(yīng)急處置方案要求，立即組織線上應(yīng)急變電人員、接觸網(wǎng)人員出動至各牽引變電所就地操作分可視化接地柜。

（2）設(shè)備廠家拷貝裝置日志文件，對新的數(shù)據(jù)文件進行深入分析，查找異常原因，找到異常原因并整改測試正常后，征得地鐵公司同意后再開展下一步改造工作。

5.4 在進行A、B 網(wǎng)通道切換測試時出現(xiàn)切換不成功的情況。

應(yīng)急措施：設(shè)備廠家拷貝中央級通訊管理機裝置日志文件，檢查異常原因，在原因未查明并解決前設(shè)備廠家每晚安排人員進行保障。原因查明后，征得地鐵公司同意后再開展下一步改造工作。

5.5 改造結(jié)束運行一段時間后系統(tǒng)出現(xiàn)異常。

應(yīng)急措施：

原有站級通訊管理機保持在原安裝位置并保持上電狀態(tài)，僅將通訊網(wǎng)線隔離，便于異常時，原有站級通訊管理機可直接投入使用，待系統(tǒng)連續(xù)運行1 個月穩(wěn)定后再進行拆除。

若系統(tǒng)出現(xiàn)較大異常，一方面重新將原有站級通訊管理機投入運行，將現(xiàn)有通訊管理機從系統(tǒng)中隔離；另一方面，將中央級通訊管理機數(shù)據(jù)配置文件恢復(fù)至改造前版本，在異常原因未查明并得到解決前禁止將改造后的系統(tǒng)投入運行。

6 結(jié)論

針對地鐵行業(yè)現(xiàn)行可視化接地系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)冗余度不足，導(dǎo)致影響地鐵運營的隱患，設(shè)計了上述雙網(wǎng)改造的方案，此改造方案已在廈門地鐵2 號線完成實施并投入運行，整體效果較好，目前未出現(xiàn)上述同類型故障。實踐證明，本文使用的方法安全有效，能較好的實現(xiàn)可視化接地系統(tǒng)所帶來的經(jīng)濟、安全、高效的效益。