喬凱慶

0 引言

隨著高速鐵路的快速發(fā)展，鐵路供電調(diào)度控制系統(tǒng)，即SCADA（Supervisory Control and Data Acquisition）系統(tǒng)的應(yīng)用規(guī)模越來越大，SCADA系統(tǒng)在助力鐵路特別是高速鐵路不間斷供電、暢通運輸秩序中的作用愈發(fā)凸顯，尤其是隨著鐵路智能化建設(shè)的推進[1]，SCADA系統(tǒng)的功能和作用如何進一步發(fā)揮，成為必須面對的現(xiàn)實。《鐵路供電遠動系統(tǒng)（SCADA）主站暫行技術(shù)條件》（TJ/GD 013—2015）（以下簡稱“原技術(shù)條件”）作為鐵路供電SCADA系統(tǒng)基本技術(shù)標準、我國鐵路供電技術(shù)標準體系的重要組成部分，屬于鐵路工程建設(shè)標準的范疇，對指導鐵路供電SCADA系統(tǒng)發(fā)展初期建設(shè)起到了至關(guān)重要的作用。近年來，在國鐵企業(yè)改革和經(jīng)營管理工作的有力推進下[2]，鐵路運營管理及供電調(diào)度管理模式發(fā)生了變化，加之我國高速鐵路供電技術(shù)發(fā)展迅速[3]，原技術(shù)條件已不能完全適應(yīng)工程建設(shè)應(yīng)用和運營需求。根據(jù)鐵路工程建設(shè)標準體系建設(shè)要求，國鐵集團在認真總結(jié)既有鐵路供電遠動系統(tǒng)的工程建設(shè)和運行經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，通過廣泛深入調(diào)研、工程實踐、運行效果驗證，收集了鐵路供電部門對系統(tǒng)的優(yōu)化升級及新增需求的建議， 提出了企業(yè)標準的編制要求。經(jīng)編制組多輪研討、專家論證，在SACDA系統(tǒng)原技術(shù)條件基礎(chǔ)上進行了補充完善，最終形成了《鐵路供電調(diào)度控制（SCADA）系統(tǒng)主站技術(shù)條件》（Q/CR 796—2020）（以下簡稱“技術(shù)標準”）。

1 技術(shù)標準修訂的必要性

較長一段時間以來，指導鐵路供電調(diào)度控制系統(tǒng)建設(shè)、運營維護的技術(shù)標準類文件主要依據(jù)2015年發(fā)布的標準性技術(shù)文件《鐵路供電遠動系統(tǒng)（SCADA）主站暫行技術(shù)條件》（TJ/GD 013—2015）。在該技術(shù)文件的實踐和應(yīng)用過程中，總結(jié)了一些成熟的經(jīng)驗：一是定義了鐵路供電SCADA系統(tǒng)的標準體系架構(gòu)，以鐵路供電調(diào)度為中樞的主站系統(tǒng)串聯(lián)牽引變電所亭、電力變配電所亭和電力箱變等受控站主框架，滿足鐵路供電遠動控制的根本需求；二是快速、精準的控制策略符合鐵路供電可靠性、靈活性的內(nèi)在需求，符合鐵路優(yōu)質(zhì)連續(xù)供電為鐵路運輸服務(wù)的指導思想；三是系統(tǒng)化、模塊化的架構(gòu)設(shè)計為SCADA系統(tǒng)的進一步創(chuàng)新發(fā)展預留充分空間，為采納吸收新技術(shù)、豐富SCADA系統(tǒng)功能、提升SCADA系統(tǒng)性能創(chuàng)造了便利條件。

但隨著SCADA系統(tǒng)的建設(shè)、發(fā)展以及云計算、大數(shù)據(jù)[4]等IT技術(shù)的高速發(fā)展，原技術(shù)條件在指導SCADA系統(tǒng)建設(shè)、運用過程也發(fā)現(xiàn)了一些不適應(yīng)：一是鐵路供電調(diào)度系統(tǒng)從過去具備單一的遠動控制功能向具備“橫向集成、縱向貫通、協(xié)同高效”特征的綜合調(diào)度控制系統(tǒng)發(fā)展，對SCADA系統(tǒng)的功能需求從單點的“一對一”精準控制向“一對多”“多對多”的系統(tǒng)聯(lián)動控制需求轉(zhuǎn)變；二是鐵路牽引供電專業(yè)巡檢保養(yǎng)屬地化、修理試驗專業(yè)化、運行值班無人化的改革方向，生產(chǎn)力布局調(diào)整和修程修制改革，鐵路供電作業(yè)方式逐漸由零散化向集約化、無人化的方向發(fā)展，對供電調(diào)度的指揮中樞功能發(fā)揮提出更高要求，尤其是大量牽引變電輔助監(jiān)控裝置的應(yīng)用對SCADA系統(tǒng)主站提出新的要求；三是電氣化鐵路體量的迅速發(fā)展，全國鐵路電氣化率已發(fā)展到接近75%（截至2020年底），電氣化鐵路比重的提升意味著電氣化鐵路在整個鐵路運輸格局重要性的提升，與此同時，對電氣化鐵路優(yōu)質(zhì)不間斷供電的要求也逐步提高，對SCADA系統(tǒng)快速精準判斷并切除故障分區(qū)、及時恢復供電、恢復運輸秩序提出更高要求；四是鐵路電力變配電的修程修制改革也在試點開展，提升電力供電品質(zhì)，尤其是為鐵路信號等重要負荷提供電源的電力線路的供電可靠性、靈活性是鐵路電力供電的內(nèi)在需求，這對鐵路電力尤其是高鐵電力SCADA系統(tǒng)的性能也提出更高要求。

因此，在行業(yè)既有應(yīng)用成果基礎(chǔ)上，結(jié)合未來牽引變電、電力變配電所無人化的發(fā)展需求[5]，總結(jié)原技術(shù)條件應(yīng)用的成熟經(jīng)驗，結(jié)合行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀，適度考慮發(fā)展需求，修訂技術(shù)標準細節(jié)，轉(zhuǎn)化標準性技術(shù)文件為企業(yè)標準，引領(lǐng)鐵路供電調(diào)度控制系統(tǒng)建設(shè)，指導鐵路供電調(diào)度控制系統(tǒng)的運用維護是非常必要的。

2 技術(shù)標準的編制原則和內(nèi)容

鐵路供電調(diào)度控制系統(tǒng)（SCADA系統(tǒng)）是對鐵路供電系統(tǒng)進行遠程數(shù)據(jù)采集、通信、監(jiān)視、測量、控制、保護、輔助監(jiān)控的系統(tǒng)。SCADA系統(tǒng)主站部署于國鐵集團/局/段級，基于云計算、大數(shù)據(jù)技術(shù)，以數(shù)據(jù)全景可視化、調(diào)度協(xié)同化為基本要求，實現(xiàn)與被控站的遠程通信及對鐵路供電系統(tǒng)的遠程監(jiān)視控制、輔助監(jiān)控等功能[6]，并支持與其他相關(guān)系統(tǒng)協(xié)調(diào)聯(lián)動。鐵路供電調(diào)度控制系統(tǒng)利用先進的計算機軟硬件技術(shù)、自動檢測和控制技術(shù)、計算機通信、虛擬化技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，對鐵路供電系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)，如變電所、分區(qū)所、AT所、開閉所、接觸網(wǎng)分段開關(guān)等進行自動監(jiān)視和控制，保證鐵路牽引供電系統(tǒng)安全、經(jīng)濟運行，為鐵路的安全運輸提供可靠的電力保障。

結(jié)合鐵路供電調(diào)度控制（SCADA）系統(tǒng)的技術(shù)特點，融合信息化、智能化技術(shù)發(fā)展成果，技術(shù)標準修訂堅持安全第一、一體化設(shè)計的理念，以適應(yīng)生產(chǎn)力布局調(diào)整、修程修制改革為原則，以創(chuàng)新引領(lǐng)、提升質(zhì)量、講求效益為目標，力求實現(xiàn)集約化、自動化、信息化、無人化、智能化。標準修訂過程中遵循以下幾點基本要求：

（1）標準內(nèi)容符合統(tǒng)一性、協(xié)調(diào)性、適用性、一致性、規(guī)范性規(guī)則要求；

（2）標準技術(shù)內(nèi)容安全可靠、科學先進、成熟穩(wěn)定；

（3）充分整合既有標準性技術(shù)文件的要求，增加適應(yīng)行業(yè)發(fā)展的應(yīng)用功能，擴充和優(yōu)化系統(tǒng)內(nèi)外的接口功能，細化工程實施和系統(tǒng)接口的規(guī)范要求；

（4）標準實施后有利于提高鐵路產(chǎn)品質(zhì)量、確保鐵路供電系統(tǒng)的安全可靠和經(jīng)濟高效運行，符合鐵路行業(yè)發(fā)展需求。

修訂后新頒布的技術(shù)標準共分為9章，內(nèi)容包括：范圍，規(guī)范性引用文件，術(shù)語和定義、縮略語，系統(tǒng)架構(gòu)，系統(tǒng)功能，技術(shù)要求，測試方法，檢驗規(guī)則，標志、包裝、運輸和儲存等。另外，技術(shù)標準附錄還規(guī)定了鐵路供電調(diào)度控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)字典、接口規(guī)范、通信規(guī)約等內(nèi)容。本次技術(shù)標準較原技術(shù)條件修訂的主要內(nèi)容：

（1）定義了SCADA系統(tǒng)架構(gòu)及系統(tǒng)的業(yè)務(wù)分區(qū)和安全分區(qū)，在原技術(shù)條件基礎(chǔ)上進一步明確了國鐵集團級、供電段級系統(tǒng)的技術(shù)要求；

（2）在整合原技術(shù)條件所涵蓋的技術(shù)要求基礎(chǔ)上，擴展了SCADA高級應(yīng)用功能要求；

（3）擴展了遙視應(yīng)用要求；

（4）擴展了對輔助監(jiān)控應(yīng)用的技術(shù)要求；

（5）增強了對網(wǎng)絡(luò)安全防護的技術(shù)要求；

（6）擴展了廣域網(wǎng)分類及詳細定義要求；

（7）優(yōu)化了規(guī)范系統(tǒng)主站的外部接口要求；

（8）結(jié)合現(xiàn)場實際應(yīng)用需求，修訂了附錄中遠動監(jiān)控區(qū)人機界面制圖規(guī)范部分細節(jié)，增加了遠動監(jiān)控區(qū)報警分級、牽引供電綜自遠動監(jiān)控點表、遠動監(jiān)控區(qū)運行統(tǒng)計報表、廣域網(wǎng)組網(wǎng)示例圖（報表、點表）以及外部接口等規(guī)范性要求。

3 技術(shù)標準要點研究與解讀

3.1 系統(tǒng)架構(gòu)及分區(qū)

技術(shù)標準明確了系統(tǒng)采用國鐵集團-鐵路局集團公司-供電段三級架構(gòu)，其系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 鐵路供電調(diào)度控制系統(tǒng)主站總體結(jié)構(gòu)

在原技術(shù)條件規(guī)定的既有系統(tǒng)架構(gòu)下，增加了國鐵集團級、段級系統(tǒng)詳細的相關(guān)技術(shù)和功能要求。

從業(yè)務(wù)功能和系統(tǒng)功能兩個維度，提出了鐵路供電調(diào)度控制系統(tǒng)主站的應(yīng)用和網(wǎng)絡(luò)安全分區(qū)，其應(yīng)用和網(wǎng)絡(luò)安全分區(qū)如圖2所示。

圖2 鐵路供電調(diào)度控制系統(tǒng)主站的應(yīng)用和網(wǎng)絡(luò)安全分區(qū)

鐵路供電調(diào)度控制系統(tǒng)主站根據(jù)業(yè)務(wù)功能劃分為兩類應(yīng)用分區(qū)，即遠動監(jiān)控應(yīng)用區(qū)和輔助監(jiān)控應(yīng)用區(qū)。鐵路供電調(diào)度控制系統(tǒng)主站根據(jù)系統(tǒng)功能和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)安全等級劃分為兩個安全分區(qū)，即安全Ⅰ區(qū)、安全Ⅱ區(qū)，其中遠動監(jiān)控類應(yīng)用位于安全Ⅰ區(qū)，輔助監(jiān)控類應(yīng)用位于安全Ⅱ區(qū)。

3.2 SCADA高級應(yīng)用功能

（1）自動巡檢。新增重要開關(guān)狀態(tài)智能巡檢功能，提前發(fā)現(xiàn)開關(guān)位置異常變化狀態(tài)，消除安全隱患。

（2）全景化展示。新增鐵路供電系統(tǒng)相關(guān)信息全景化展示功能，包括但不限于：供電系統(tǒng)運行方式；牽引變電所/配電所運行方式；設(shè)備檢修狀態(tài)；實時圖像信息；列車位置信息等。

（3）綜合告警。優(yōu)化了綜合告警功能，可對跳閘產(chǎn)生的各類分散、孤立的故障和報警信息進行綜合展示，提高故障處置效率。可在遙控操作時自動關(guān)聯(lián)供電回路電流與網(wǎng)壓檢測，智能判定遙控結(jié)果并自動進行異常告警提示；可對各類分散、孤立、差異化的故障信息建立統(tǒng)一的告警模式，過濾冗余故障信息，并以供電臂為單元進行故障信息的綜合展示并具備智能告警功能；具備對遠動監(jiān)控區(qū)歷史事件信息進行高頻告警以及具有對各類信號高頻告警的閾值進行設(shè)置的功能。

3.3 遙視應(yīng)用

遙視應(yīng)用與既有遠動監(jiān)控的四遙功能深度融合，同臺展示；可與遠動監(jiān)控區(qū)實現(xiàn)聯(lián)動，在操作開關(guān)設(shè)備或發(fā)生事故跳閘、火災報警等重大故障時聯(lián)動攝像機，實現(xiàn)多角度實時視頻監(jiān)控，可通過智能圖像識別實現(xiàn)信息復核，并對整個操作過程進行全程錄像；提出了可通過圖文或動畫方式動態(tài)展示所亭輔助監(jiān)控系統(tǒng)的重要報警信息，并可基于3D或BIM模型進行所亭設(shè)備可視化展示。

3.4 輔助監(jiān)控應(yīng)用

輔助監(jiān)控區(qū)應(yīng)用由設(shè)置在國鐵集團公司、局集團公司調(diào)度所及供電段的輔助監(jiān)控主站，以及設(shè)置在鐵路沿線各牽引變電所、分區(qū)所、AT所的輔助監(jiān)控系統(tǒng)被控站及傳輸通道等構(gòu)成，實現(xiàn)對牽引變電設(shè)備輔助監(jiān)控的功能，同時在沿線車間設(shè)置輔助監(jiān)控復示終端，滿足車間和工區(qū)應(yīng)用需求。輔助監(jiān)控國鐵集團級主站與輔助監(jiān)控通道連接，實現(xiàn)與局級輔助監(jiān)控系統(tǒng)主站的數(shù)據(jù)交互。輔助監(jiān)控局級主站通過與輔助監(jiān)控通道連接，實現(xiàn)與牽引變電所輔助監(jiān)控系統(tǒng)、輔助監(jiān)控段級用戶端的數(shù)據(jù)交互。輔助監(jiān)控段級主站通過與輔助監(jiān)控通道連接，實現(xiàn)與牽引變電所輔助監(jiān)控系統(tǒng)、輔助監(jiān)控局級主站的數(shù)據(jù)交互；通過與復示通道連接，實現(xiàn)與車間級輔助監(jiān)控復示終端的信息交互。

輔助監(jiān)控區(qū)用于收集鐵路沿線牽引變電所、分區(qū)所、AT所中供電設(shè)備狀態(tài)信息，并將各類信息實時匯集上傳到輔助監(jiān)控系統(tǒng)主站平臺，主站平臺通過圖像智能識別、大數(shù)據(jù)等技術(shù)實現(xiàn)對所亭設(shè)備狀態(tài)的智能識別、自動巡檢及告警聯(lián)動，減少人工巡檢的工作量，提高對供電設(shè)備故障的綜合判斷力，為確保供電設(shè)備的安全運行、實現(xiàn)電氣化鐵路所亭無人值守提供技術(shù)支撐，為進一步實現(xiàn)供電設(shè)備故障的“提前預判，及時維修”提供可能性。

3.5 安全防護

鐵路供電調(diào)度控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)安全防護遵循“安全分區(qū)、橫向隔離、縱向加密”的總體策略[7]，并根據(jù)系統(tǒng)功能和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的安全定級對不同分區(qū)采用不同等級的網(wǎng)絡(luò)安全防護措施。其中，安全Ⅰ區(qū)（遠動監(jiān)控區(qū)）采用網(wǎng)絡(luò)安全三級等保，并應(yīng)具備基于安全域內(nèi)所有計算機節(jié)點及用戶的統(tǒng)一安全管理功能，安全Ⅱ區(qū)（輔助監(jiān)控區(qū)、調(diào)度運行區(qū)）采用網(wǎng)絡(luò)安全二級等保。鐵路供電調(diào)度控制系統(tǒng)與其他外部接口系統(tǒng)間的通信應(yīng)通過網(wǎng)絡(luò)安全隔離裝置或防火墻進行隔離或防護；鐵路供電調(diào)度控制系統(tǒng)與復示通道的接口處應(yīng)采用防火墻、網(wǎng)絡(luò)安全隔離裝置進行隔離防護；鐵路供電調(diào)度控制系統(tǒng)與遠動通道的接口處采用防火墻進行網(wǎng)絡(luò)防護。

技術(shù)標準結(jié)合GB/T 22239—2019《信息安全技術(shù)網(wǎng)絡(luò)安全等級保護基本要求》等信息安全技術(shù)網(wǎng)絡(luò)等級保護要求，通過分析建設(shè)一套穩(wěn)定、先進、高效、可靠的工控安全監(jiān)測防護體系，集中展現(xiàn)供電調(diào)度系統(tǒng)的整體工控安全態(tài)勢，提升整體工控安全監(jiān)管水平和防御能力。SCADA系統(tǒng)工控信息安全防護建設(shè)主要通過分析各區(qū)域的業(yè)務(wù)實際和安全需求，根據(jù)“一個中心、三重防護”的思想，通過邊界防護、安全審計、主機防護、入侵檢測、未知威脅、運維管理、安全自查、集中管理多個模塊的互補搭配，結(jié)合管理及服務(wù)，構(gòu)建縱深防御、技管并重的成型動態(tài)防御體系。

3.6 廣域網(wǎng)

技術(shù)標準綜合考慮到未來潛在的發(fā)展需求，將輔助監(jiān)控通道、故障測距通道分別按牽引供電和電力分別進行要求，對主站三級總體架構(gòu)下所涉及的通道類型進行了分類及詳細的定義和描述。鐵路供電調(diào)度控制系統(tǒng)的廣域網(wǎng)類別包括遠動監(jiān)控類和輔助監(jiān)控類。遠動監(jiān)控類廣域網(wǎng)包括：國鐵集團級、各被控站至局、各被控站至段的遠動通道，故障測距通道，廣域保護通道，局至段/車間、段至車間的遠動復示通道。輔助監(jiān)控類廣域網(wǎng)包括：國鐵集團級、局級、各被控站至段的輔助監(jiān)控通道，段至車間的輔助監(jiān)控復示通道。

高速鐵路供電調(diào)度控制系統(tǒng)主站的廣域網(wǎng)構(gòu)成如圖3所示，普速鐵路與之大體類似，在此不再贅述。

圖3 高速鐵路供電調(diào)度控制系統(tǒng)廣域網(wǎng)構(gòu)成

3.7 外部接口

技術(shù)標準規(guī)范明確了鐵路供電調(diào)度控制系統(tǒng)主站的應(yīng)用部署及外部系統(tǒng)接口，如圖4所示。

圖4 鐵路供電調(diào)度控制系統(tǒng)主站的應(yīng)用部署及外部系統(tǒng)接口

遠動監(jiān)控區(qū)與輔助監(jiān)控區(qū)之間分別在國鐵集團、局、段三級實現(xiàn)雙向的數(shù)據(jù)交互。

鐵路供電調(diào)度控制系統(tǒng)主站與外部系統(tǒng)的接口包括但不限于：在國鐵集團級、局級主站分別實現(xiàn)與鐵路時間同步網(wǎng)的接口等；在局級、段級分別實現(xiàn)與鐵路供電調(diào)度控制系統(tǒng)被控站的接口等。

3.8 附錄

在原技術(shù)條件附錄有關(guān)規(guī)范基礎(chǔ)上，修訂了附錄遠動監(jiān)控區(qū)人機界面制圖規(guī)范，增加了遠動監(jiān)控區(qū)報警分級要求、牽引綜自遠動監(jiān)控點表規(guī)范、遠動監(jiān)控區(qū)104傳輸規(guī)約協(xié)議、變電所輔助監(jiān)控詳細接口、遠動監(jiān)控區(qū)運行統(tǒng)計報表要求以及廣域網(wǎng)組網(wǎng)示例圖、報表、點表及詳細接口等規(guī)范要求。

4 結(jié)語

《鐵路供電調(diào)度控制（SCADA）系統(tǒng)主站技術(shù)條件》全面總結(jié)了近年來我國高速鐵路供電調(diào)度（SCADA）系統(tǒng)在設(shè)計、施工、運營方面的科研、運用成果實踐經(jīng)驗，充分體現(xiàn)了科學性、先進性和技術(shù)經(jīng)濟合理性，對指導和規(guī)范我國鐵路供電SCADA系統(tǒng)的工程建設(shè)、系統(tǒng)運用具有重要作用,是提高我國鐵路牽引供電、電力設(shè)備自動控制水平的重要頂層規(guī)范支撐，對提升我國鐵路供電系統(tǒng)的整體技術(shù)水平具有重要意義。