智能低压配电系统在地铁中的应用
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摘要：由于地铁系统低压配电设备繁多，控制复杂，传统的低压配电系统已经逐渐被淘汰出地铁低压控制系统，智能产品已经全面渗透到配电装置的底层设备，并在今后的地铁项目中被广泛采用。本文重点介绍了智能低压配电系统在地铁中的应用，并描述了理想的地铁智能低压系统状况。
关键词：智能低压配电系统；地铁；断路器；智能电力仪表
中图分类号： TM421 文献标识码： A
一、智能低压配电系统在地铁中应用的优势
传统的低压配电系统是一种低压开关控制箱，它主要是通过元器件的组合来控制的，如接触器、熔断器、模拟指针仪表等，从而实现配电箱的控制、保护等功能。然而，此传统的开关箱主要是需要人工进行操作，例如：实现计算机的智能化管理，就需要借助电量变速器和微处理器才能完成。但是，由于在智能化低压变电系统中需要使用多个电力变送器，这样一来，必然增加智能化低压变电系统的成本，而且接线也是非常复杂的。同时，系统运行可靠性非常差等。智能低压配电系统在地铁中的作用主要有：①提供及时准确的电费清单给地铁电力系统，提高了满意度，改善计费过程。②通过快速进行故障定位和恢复、采用无人工读表、减少事故等来减少地铁电力系统的运行费用。③提供系统范围内的系统可观性和负荷测量，延长设备寿命和优化资产利用，优化运行管理和维护费用，从而帮助人们及时准确的评估设备的运行状况。④地铁供电企业可以制定更有针对性的系统改 造计划，为地铁的安全运行提供大量的网络状态和用电信息。⑤支持用户侧的分布式发电的接人。⑥支持消除峰荷和节能的分时计费和需求侧响应，减少网络阻塞费用和网损，减少对系统发、配环节中的固定资产投资，减少废气的排放量，提高资产利用率。⑦具有远程接通和断开的功能，可有效地进行用户管理。⑧为地铁智能化供电系统的运行，提供了有力的技术支持。
二、智能低压配电系统在地铁中的应用
（一）环控电控低压部分的智能系统
环控电控智能低压系统在实现配有软启动和变频器的电机回路的综合保护、测量、监控的基础上，同时实现对所有馈出回路的综合保护、测量、监控。
图1为环控电控智能低压系统图。
由图2可知，环控电控低压部分对电动机进行综合保护。环控电控低压设置有独立的通信控制器，采集通风空调设备的信息，并将采集到的数据进行调整归纳、整理、计算后，实时刷新上传至BAS(机电设备自动控制系统)的主PLC，同时根据BAS的主PLC下达的通风模式，实施控制。尤其是在火灾状况下，车站BAS根据FAs(火灾自动报警系统)命令执行各类环控设备火灾运行模式，并将此命令下发至环控柜智能低压系统。北京地铁6、9、10号线，广州地铁3、4号线，上海轨道交通7、8号线，深圳地铁2号线等地铁线路的环控电控低压部分智能系统采用了该方式。
（二）智能断路器用于低压供配电系统
智能断路器用于低压供配电系统中,作进线断路器、母联分段断路器和部分大电流出线回路的断路器开关。这些回路中往往要求测量三相电压电流、频率、功率因数、有功功率、无功功率、有功电度、无功电度等电力参数,在智能供配电系统中又要求“遥测”这些电量,甚至要求“遥信”、“遥控”、“遥调”断路器开关,监视其运行和故障状态。
在地铁智能低压配电系统中,大量使用了3WL智能断路器。智能低压配电系统由智能断路器、小型PLC呈智能I/O、现场总线等组成,并通过智能通信接口模块与SCADA连接。智能低压配电系统示意图如图1所示。整个低压部分有众多开关柜,除完成正常的输配电功能,还要具备通讯功能与上位机组网,形成低压配电监控装置远程组态、诊断、测试、维护等功能,进行低压电网运行状态实时监测,及时发现和定位电网故障。
西门子3WL智能断路器内部有通信总线CubicleBUS,具有参数初始化、组态、诊断、测试、维护功能、远程控制等特性,在通讯方面有其独到的应用价值。3WL智能断路器附带测量功能单元、BSS模块、协议模块(Modbus、Profibus两者可选)和液晶显示屏[4][5]。在断路器内部,有一特殊系统总线Cu-bicleBUS作为该结构的中枢。它在SENTRONWL中连接所有智能部件,并允许外部附加部件与断路器连接。所有CubicleBUS上的模板都可直接访问现有断路器数据源,以保证快速地访问信息和响应事件。通过CubicleBUS与各附加模块(包括数字量输入输出模板、模拟量输出模板)形成各种最有成本效益的自动化方案。
（三）智能电力仪表在地铁低压配电系统
地铁用户由于电磁干扰强烈，电力仪表的电磁兼容性好坏直接影响到系统正常使用，轻则仪表CPU频繁复位影响正常工作，重则造成仪表损坏。许多产品制造厂家由于技术与测试设备的局限性产不能完全克服此类问题。在诸多抗扰度的影响量中，最主要是影响量是快速瞬变干扰（电快速脉冲群），其产生原因是用户不同负载的开关投切造成在局部电网中产生高频快速电脉冲，具有突发性。因此，在设计过程中的电源配置、器件选择、工艺布置均采用了独特技术，没利用任何附加器件如滤波器等。即使仪器外部电磁干扰强烈，波形快速瞬变4000V脉冲群时，仪器仍然保证正常工作。
智能型开关柜是以智能电力仪表替代模拟指针式仪表、继电器、电度表，通过其网络通讯接口与中央控制室的计算机系统联网，从而可以实现对各供配电回路的电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数、频率、电度量等电参数进行监测以及对断路器的分合状态、故障信息进行监视，对断路器的分合状态进行控制，配合各种完善的远程监控软件，从而实现“四遥”：
遥测：通过计算机实时对系统进行电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数、频率等进行不断的采集、分析、处理、记录，显示曲线、棒图，自动生成报表。
遥信：可以实时对开关的运行状态、保护动作等开关量进行监视，计算机实时显示和自动报警，并对各柜内开关的状态、事故跳闸、过流、速断、温度等动作进行实时记录、打印。
遥控：通过计算机屏幕选择相应的站号、开关号、合/分闸等信息，并在屏幕上将要选择的开关的状态反馈回来，确认后执行，实时记录操作的时间、类型和开关号等。
遥调：用于设定各种智能模块的运行参数，既计算机根据屏幕操作指令或计算机根据对系统分析判断结果，对智能模块的设定值和故障保护值进行远程整定。智能配电系统就是与智能型开关柜与计算机监控系统的组合应用，其配置可根据具体工程的需要，既可配置成全智能型器件及监控装置的开关柜，又可配置成全部使用传统电器元件及监控装置的开关柜，同时也能混合配置。给用户选用提供了较大的灵活性，以满足不同层次的需要。
三、地铁智能低压系统理想技术
（一）控制设备构成及功能
现场级设备有就地控制箱和传感器,根据主站设备配置各种电气控制机房、通风和空调、照明、配电室和环控室及其他地点的设置。
通风和空调电气低压开关控制室内设置智能模块、通风、空调和水质监测系统的电子设备。智能模块是利用智能的通信管理及BAS控制器与现场总线连接,低压成套开关设备和内部智能模块以及智能通信设计由低压专业人员负责。
照明配电房设置一套远程控制柜(RI/O),用于监控公共区域照明、节能照明、管理区域照明以及广告照明和制导系统的相关设备电源状态。有火灾发生的模式下,FAS控制器会发送控制命令,电梯在火灾情况下运行到一个安全层,并监视泵运行的状态、故障信号和水位报警等信号。
应急照明电源连接到FAS通过现场总线控制器来监测应急照明电源状态和故障信号。区间泵房设置远程控制箱(RI/O,)监视水泵运行状态和故障信号以及水位报警等信号,并在相关的车站对区间水泵实施远程控制,RI/O总线电缆与BAS控制器通过控制柜连接。
（二）低压智能化和BAS协调配合
地铁低压系统与BAS之间的接口,主要由智能通风和空调柜、变频器以及软起动柜和应急照明的电源单元组成,其中也包括导向系统的控制设备,正常照明的配电箱等。在车站A、B端通风空调电控室内,低压柜内的各智能模块上,BAS提供到低压柜内的各智能模块的总线电缆以及所需的控制网TAP头、终端电阻,负责调试;低压系统提供各智能模块以及安装TAP头的空间及导轨,配合BAS进行调试。
参考文献
[1]贾景.智能照明系统在广州地铁新线中应用的可行性研究[J].机电工程技术,2010(5).
[2]孙彰林.地铁供电系统可靠性设计[J].现代城市轨道交通，2012(6).