鐵路牽引變電所直采直送系統工程應用研究

王峻峰

(成蘭鐵路有限責任公司， 成都 610072)

隨著鐵路信息智能化的發展，鐵路牽引變電所與國網電力公司的調度信息交換由傳統的電話通信，逐步向智能化信息技術的方向轉變[1-3]。

傳統的鐵路牽引變電所信息直采直送系統由通信傳輸系統、調度電話系統和調度數據網系統組成。2017年6月1日實施的《中華人民共和國網絡安全法》，要求鐵路、電力等重要行業和領域的公共通信及信息服務建立健全網絡安全保障體系、提高網絡安全保護能力。國網電力公司依據《中華人民共和國網絡安全法》對鐵路牽引變電所信息直采直送系統中的自動化系統提出了新增電力二次系統安全防護、安全評估及等保測評，以實現鐵路牽引變電所和國網電力公司網絡安全運行。

1 鐵路牽引變電所信息直采直送系統建設的必要性

鐵路牽引變電所信息直采直送系統屬于智能化信息技術中的一類功能系統，對于提高鐵路牽引變電所電力調度系統質量及自動化水平，保障高速鐵路的安全運營發揮了重要作用。目前的鐵路牽引變電所信息直采直送系統由包含傳輸系統、調度電話系統、高頻開關電源系統組成的通信接入系統和包含綜合數據系統、調度數據網系統、自動化系統組成的調度自動化系統構成。其中傳輸系統為牽引變電所與國網電力公司提供大容量的多業務傳輸通道，并采用不同物理徑路的光纜提供端到端的保護。調度電話系統為鐵路牽引變電所提供鐵路專用電話、省網和地網的專用調度電話。自動化系統完成本所就地的運行管理(數據采集、控制、保護、測量、通信等功能)，并通過傳輸系統或調度數據網向鐵路調度中心、國網省/地市調度中心提供所內高壓側斷路器的位置信號、進線刀閘、接地刀閘開關位置信號，高壓側電壓、電流、有功、無功以及對故障分析起重要作用的事故信號和斷路器跳閘等各類信息[4-7]。

電力二次系統的安全防護是電力系統安全平穩運行的基本條件，因網絡安全問題引發的供電事故層出不窮。最典型案例為2015 年烏克蘭停電事故。烏克蘭至少3個區域的電力系統遭到網絡攻擊，伊萬諾—弗蘭科夫斯克地區部分變電站的控制系統遭到破壞，造成大面積停電，電力中斷3～6 h，約140萬人受到影響。鐵路牽引變電所的網絡安全問題倍已成為一個極其值得關注的問題，這使得信息直采直送系統建設成為必然。

2 鐵路牽引變電所信息直采直送系統建設方案

2.1 通信接入系統

2.1.1 傳輸系統

鐵路牽引變電所(以下簡稱“牽變所”)傳輸系統根據國家電網(以下簡稱“國網”)各省電力公司建設方案需求的不同，方案存在一定差異。以西成客運專線220 kV和110 kV牽變所為例，分別介紹兩種牽變所內傳輸系統的建設方案。在220 kV/110 kV牽變所通信機械室新設1套622 Mb/s傳輸設備，與相鄰車站間的其余區間通信節點設置的622 Mb/s傳輸設備，利用沿鐵路兩側通信信號電纜槽內敷設的2條48芯光纜中的各2芯光纖構成2纖通道保護環，解決鐵路調度中心至各牽變所之間的遠動通道、各牽變所至相鄰分區所之間的故障測距維護通道等。根據國網四川省電力公司建設方案需求，為滿足牽變所光傳輸通信系統接入國網四川省電力公司通信網的要求，保障通信系統的安全穩定運行，需在牽變所主控室分別設置2套傳輸設備，其中1套接入省級傳輸系統，另外1套接入地區級傳輸系統。110 kV牽變所至相鄰兩個國網變電站之間至少分別敷設1條OPGW光纜，220 kV及以上變電站需分別敷設2條OPGW光纜。220 kV牽變所主控室內配置雙套2.5 Gb/s平臺光傳輸設備(1套接入省網，1套接入地網)，每套傳輸設備利用2條 OPGW光纜中的2芯光纖通過622 Mb/s光口接入國網相鄰的2個220 kV變電所2.5 Gb/s傳輸設備，并與既有傳輸設備形成環形保護；110 kV牽變所主控室內配置雙套622 Mb/s平臺光傳輸設備(1套接入省網，1套接入地網)，每套傳輸設備利用1條OPGW光纜中的2芯光纖通過155 Mb/s光口接入國網相鄰的2個 220 kV變電所622 Mb/s傳輸設備，并與既有傳輸設備形成環形保護。鐵路牽變所新設傳輸設備需與國網既有傳輸設備品牌和型號保持一致，以便統一網管。

220 kV和110 kV牽變所光設備組網示意如圖1所示。

圖1 220 kV和110 kV牽變所光設備組網示意圖

2.1.2 調度電話

調度電話系統是電網安全、穩定運行的重要指揮系統，為電網安全、穩定運行提供可靠保障。調度電話業務由電力調度交換網承載，調度交換網是電網運行的組織、指揮、指導和協調機構，主要是完成電網運行設備的常規檢修、事故處理、電網頻率調整、電網電壓調整、發電廠出力調整等操作指令。由于調度電話的業務性質決定了調度交換網的高效性、實時性、安全性和唯一性，因此牽變所必須在目前已運行的調度交換網絡的基礎上配置統一聯網、統一信令、統一編號、統一管理(簡稱“四統一”)的調度電話，為牽變所的安全生產調度提供快速的、高可靠性的和強生存力的調度通信手段，保障牽引變電所的安全、穩定、經濟運行。

(1)調度電話配置原則

根據牽變所系統通信的配置要求，需在牽變所配置兩部調度電話，一部由區調延伸至牽引變電所，一部由地調延伸至牽引變電所。

按照國網信通部頒發的國家電網公司信通通信〔2018〕6號文《“十三五”調度交換網建設指導意見》中“建設原則”的第三條“對于需要通過遠端延伸方式接入調度交換網的廠站，可采用PCM或調度交換機IP用戶板延伸方式接入。對采用PCM方式接入的遠端廠站維持接入方式不變，局端可采用匯聚型PCM以減少設備數量；對于PCM設備需要改造或未部署PCM的遠端廠站，可采用IP方式(IP終端或IAD)通過MSTP專線通道接入，并在調度交換機增配IP用戶板?！钡囊?，在牽引變電所配置的兩部調度電話采用調度交換機IP用戶板延伸方式接入。

(2)調度電話接入方案

①省調調度電話延伸至牽變所

按照“十三五”調度交換網建設指導意見的要求，建議采用調度交換機IP用戶板延伸方式接入至牽變所。

在省調調度交換機配置IP用戶板，配置一臺4口的IAD或者1臺IP終端通過MSTP專線通道接入至牽變所即可實現省調調度電話的延伸。

②地調調度電話延伸至牽變所

按照“十三五”調度交換網建設指導意見的要求，地調調度電話建議采用調度交換機IP用戶板延伸方式接入至牽變所。

(3)調度電話組網圖

MPGW(IP用戶板)是調度交換機的業務板件，提供調度交換機與IP話機，IAD等設備的IP接入，支持IP錄音，可采用遠端延伸方式將牽變所的調度電話接入電力調度交換網的。其典型組網應用方式如圖2所示。

圖2 調度電話典型組網圖

2.1.3 通信電源

通信電源是通信系統的重要組成部分，俗稱通信系統的“心臟”。通信的可靠性和通信質量，與電源系統的供電可靠性和供電質量密切相關。通信電源系統穩定、可靠、安全供電是保持通信暢通的前提與基礎。220 kV及以下牽變所通信電源采用采用-48 V高頻開關電源設備和閥控式密封鉛酸蓄電池組，為牽變所內傳輸、調度交換網、調度安全數據網等系統的直流用電設備提供-48 V直流電源供電。

220 kV牽變所設2套高頻開關電源和與之配套的閥控式密封鉛酸蓄電池組，蓄電池放電時間不小于4 h；110 kV牽變所設1套高頻開關電源和與之配套的閥控式密封鉛酸蓄電池組，蓄電池放電時間不小于2 h。

2.2 調度自動化系統

2.2.1 調度自動化設計范圍

根據Q/GDW 11358-2019《電氣化鐵路牽引站接入電網導則》[8]中“與相應的電力調度端應支持電力調度數據網雙通道方式實現實時數據傳輸。自動化數據傳輸通道應在通信設計中統一組織；自動化系統應按照‘安全分區、網絡專用、橫向隔離、縱向認證’的電力二次安全防護總體原則，采取必要的網絡與信息安全防護措施”的內容要求，調度自動化接入范圍包括牽變所、遠動系統、電能量采集管理系統、調度數據網絡接入及二次安全防護等配置。

2.2.2 調度數據網接入配置

牽變所按調度數據網接入節點配置要求進行部署，以實現牽變所生產控制大區內部署的各類實時和非實時二次系統數據包括遠動系統、電能量采集管理系統等與上級調度之間各類調度業務數據的傳輸。

四川省已建設了省級調度數據網設備及地區級調度數據網設備，承載了調度自動化系統、DTS系統、繼電保護管理信息系統、電能量采集系統等。

牽變所分別配置調度數據網設備兩套，分部接入省調調度數據網和地調調度數據網。根據四川省電力調度數據網220 kV牽變所端接入標準方案，每套數據網接入層節點配置應包括1臺接入路由器和2臺三層交換機，兩臺交換機為牽變所應用系統分別提供實時VPN(安全Ⅰ區)和非實時VPN(安全Ⅱ區)的可靠接入。兩臺交換機作為CE分別接入到本地的PE接入路由器上，每個PE接入路由器同時上連的兩個不同匯聚節點分別接入上一級數據網節點的匯聚路由器，鏈路帶寬采用2 M。

2.2.3 電力二次系統安全防護配置要求

“安全分區、網絡專用、橫向隔離、縱向認證”是電力監控系統安全防護的總體原則。牽變所應執行電監會《電力二次系統安全防護總體方案》及其配套的《發電站二次系統安全防護方案》等文件的要求，保障電力監控系統和調度數據網絡的安全。

牽變所分為控制區和非控制區，分別配置1臺控制區、非控制區縱向互聯交換機，用于控制區、非控制區有縱向數據通信的業務系統匯集接入、接入系統之間的訪問控制和安全區的橫向及縱向互聯。

部署在安全Ⅰ區的電力監控系統為微機監控系統等各類生產控制類實時系統。部署在安全Ⅱ區的電力監控系統包括電能量采集裝置、電能量采集管理系統、發電計劃申報子站、OMS系統等。部署在管理信息區即安全Ⅲ區的包括電站生產管理系統、雷電監測、氣象信息、MIS、OA等管理信息系統。

2.2.4 安全評估及等保測評

牽變所投運前須由經過認證的專業安全評估機構對牽變所監控系統安全防護體系進行評估。牽變所信息系統建成后，牽變所必須選擇符合規定的測評機構，依據GB/T 28449-2012《信息安全技術信息系統安全等級保護測評過程指南》、GB/T 22239-2008《信息安全技術信息系統安全197等級保護基本要求》、GB/T 28448-2012《信息系統安全等級保護測評要求》、《電力行業信息系統安全等級保護基本要求》等標準或規范要求，定期對電力信息系統安全等級狀況開展等級測評。電力監控系統信息安全等級測評工作應當與電力監控系統安全防護評估工作同步進行。

3 鐵路與國家電網的分工界面

根據國家電網與原鐵道部下發的《鐵道部、國家電網公司電氣化鐵路供電協調領導小組辦公室第二次會議紀要》和《電氣化鐵路牽引站接入電網導則(試行)》的文件規定，鐵路部門與電力公司的職責劃分如下：

(1)鐵路部門職責:牽變所內信息采集相關設備、互聯傳輸、接入、配線架、電源、電話分機等設備的設計、安裝和調測；配合電力公司進行通信互聯調試。負責承擔牽變所內相關設備費用。

(2)電力公司職責：電力公司相關機房設備、供電變電所至牽變所內ODF架的光纜線路的設計、安裝和調測；負責組織進行通信互聯調試。若有信息采集相關安全軟硬件設備等，由電力公司統一提出技術要求。負責承擔牽變所外相關設備費用。

4 鐵路牽變所運維存在問題

根據已開通的成綿樂、西成客運專線運營維護情況來看，鐵路牽變所直采直送系統主要存在如下問題：

(1)國網建設標準不統一：成綿樂與西成客運專線已實施的鐵路牽變所直采直送系統及涉及的通信系統建設標準不一致。

(2)路局建設標準不統一：成綿樂客運專線鐵路牽變所直采直送系統涉及的通信系統相關設備均設置在牽變所的通信機械室內，西成客運專線卻設置在牽變所的控制室內。

(3)涉及的通信系統維護界面不清晰：在實際應用中存在電網公司在牽變所內裝設的儀器儀表(如電能監測裝置、光纖差動裝置等)鐵路部門運營人員不會維修維護，因設備產權屬于鐵路方，雙方也沒有維修維護之類的協議，電力部門人員也難以進入牽變所維護。在設備管理上存在不明確、工作界面劃分不清楚問題，因此在設備管理維護方面還需雙方進一步研究達成一致意見。

目前鐵路與國網在此部分設備的產權、使用權和維護界面為：與國網互聯的通信傳輸及調度安全數據網設備產權歸鐵路，使用權歸國網省調或地調，維護部門鐵路方為電務部門通信專業，國網方為運調。在實際運營維護時，鐵路電務部門通信專業因此類設備不在鐵路通信機房內且未與鐵路通信網互聯，無法在鐵路通信網的網管上獲取設備的相關告警及維護信息，導致此類設備成為鐵路與國網的運營維護盲區。

5 關于新線建設中避免同類問題產生的思考

(1)在鐵路牽變所設計及建設初期，組織國網及路局相關部門對接所內與國網互聯的通信設備、調度自動控制設備的施工及維護分工，特別是傳輸設備、調度安全數據網設備等的維護部門的界面劃分。

(2)組織鐵路設計院對各個省內鐵路牽變所的直采直送系統形成標準化文件，將標準化文件報送各省電力公司及地方電力公司進行審查，并針對各省電力公司自身運營維護管理方式提出修改建議，最終形成鐵路建設部門、鐵路運維部門和各省電力公司認可的標準化文件，統一建設。

6 結束語

本文通過對鐵路牽引變電所直采直送系統現狀的簡要分析和建設方案的深入剖析，并結合公司運營管理角度提出鐵路牽引變電所運維存在的問題以及新線建設中應避免出現的同類問題。在未來的鐵路運輸系統中，隨著鐵路通信技術的不斷發展，對鐵路牽引變電所直采直送系統還需要進一步深入研究，讓其在鐵路運輸事業中發揮出最大的價值。