智能低壓配電系統(tǒng)在地鐵中的應(yīng)用問題分析

盧文

【摘 要】在目前的國內(nèi)地鐵建設(shè)中，由于不同城市對(duì)地鐵的建設(shè)要求以及線路選擇的不同，導(dǎo)致對(duì)智能化的低壓配電系統(tǒng)的運(yùn)用有所不同，但就從地鐵供電的可靠性和穩(wěn)定性以及控制維護(hù)方便的便利性來看，智能低壓配電系統(tǒng)具有較強(qiáng)的優(yōu)勢，將得到更加廣泛的運(yùn)用。

【關(guān)鍵詞】地鐵；智能化；低壓配電系統(tǒng)；運(yùn)用

一、地鐵配電系統(tǒng)

地鐵配電低壓系統(tǒng)是地鐵供電網(wǎng)絡(luò)中服務(wù)系統(tǒng)的重要組成部分，主要任務(wù)是為電動(dòng)車組以外所有的低壓負(fù)荷提供電能以及保證所有動(dòng)力照明設(shè)備配電的安全、可靠和有效。地鐵設(shè)備系統(tǒng)較多，一般而言，車站環(huán)控系統(tǒng)的設(shè)備用電容量占整個(gè)地鐵配電系統(tǒng)的中所有設(shè)備容量的一半左右。

若根據(jù)車站的規(guī)模和設(shè)備分布，因此一般在換乘車站以及車站長度超過200m的較大規(guī)模的車站比較適合采用兩座降壓變電所的方案，主要是負(fù)荷容量較大，供電距離較長造成的。而車站長度低于200m的一般規(guī)模的車站，一般采用一座降壓變電所就可以滿足供電需求。

車站配電主要是根據(jù)負(fù)荷的分布狀況劃分為不同的供電區(qū)域，大體可以分為降壓變電所和環(huán)控電控室供電兩種形式，一般情況下，在靠近環(huán)控機(jī)房旁設(shè)置環(huán)控電控室，主要是負(fù)責(zé)環(huán)控設(shè)備的供電。

智能化低壓配電系統(tǒng)能夠通過測定系統(tǒng)和站點(diǎn)的電能質(zhì)量，可以發(fā)現(xiàn)一些潛在的電能質(zhì)量危害。還能夠用于捕捉系統(tǒng)的越線情況和能源消耗異常等，并能發(fā)出警報(bào)信息，可以減少設(shè)備的誤動(dòng)作，從而降低能源的成本，提高生產(chǎn)的效率。

低壓配電系統(tǒng)能夠有效管理能源的消耗，主要包括能源監(jiān)視、分析以及控制能源的使用。這樣不但能夠降低車站和線路能源整體的使用成本，而且能夠?qū)⒛茉磾?shù)據(jù)升華為有價(jià)值的信息，從而能夠掌握各個(gè)部分的能源使用情況。

二、智能低壓配電系統(tǒng)在國內(nèi)的應(yīng)用現(xiàn)狀

智能低壓配電系統(tǒng)一般主要是由智能元件、現(xiàn)場總線和通信控制器等元器件組成。具有較高的性能和可靠性，具有遙測、遙控、遙訊和遙調(diào)的功能。智能化低壓配電系統(tǒng)主要由三個(gè)部分共同組成：由計(jì)算機(jī)同一控制分散的配電系統(tǒng)，由通訊網(wǎng)絡(luò)提高計(jì)算機(jī)對(duì)整個(gè)設(shè)備的監(jiān)控能力，由智能型低壓開關(guān)柜和控制設(shè)備實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的功能。

智能化低壓配電系統(tǒng)的具體要求主要是：能夠使計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)集中控制，具有較高的自動(dòng)化程度；具有很高的可靠性，具有監(jiān)測功能；安全性能程度較高，能夠減少由于現(xiàn)場操作帶來的不安全的因素；具有較高的工作效率。

（一） 降壓變電所低壓部分智能系統(tǒng)的實(shí)踐應(yīng)用

電力監(jiān)控系統(tǒng)降壓變電所的低壓部分遙控的對(duì)象主要包括母聯(lián)斷路器、進(jìn)線斷路器和三級(jí)負(fù)荷的低壓總開關(guān)。目前，在中國地鐵的降壓變電所低壓系統(tǒng)的主要形式為：

在實(shí)現(xiàn)對(duì)母聯(lián)斷路器、進(jìn)線斷路器和三級(jí)負(fù)荷的低壓總開關(guān)的遙測、遙控等基礎(chǔ)之上，進(jìn)一步對(duì)全部饋出回路的遙測等有所增加。智能系統(tǒng)主要包括以太網(wǎng)、智能開關(guān)以及智能化的數(shù)字儀表等。母聯(lián)斷路器、進(jìn)線斷路器和三級(jí)負(fù)荷的低壓總開關(guān)的遙控主要通過斷路器來實(shí)現(xiàn)，而遙信和遙測主要通過數(shù)字化的儀表實(shí)現(xiàn)的。

（二）環(huán)控電控低壓部分智能系統(tǒng)的實(shí)踐應(yīng)用

環(huán)控電控的低壓部分只能夠保護(hù)、監(jiān)控、測量配備有軟起動(dòng)力功能和變頻器一類電動(dòng)機(jī)等的回路，而其它饋出的回路的電機(jī)的保護(hù)控制可以采取斷路器、熱繼電器和交流接觸器相結(jié)合的方式。環(huán)控電控的低壓只能夠?yàn)橥L(fēng)以及空調(diào)設(shè)備提供電源，也能夠保護(hù)電動(dòng)機(jī)的過載和短路的情況，這種電機(jī)的控制功能主要是通過BAS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的。

三、地鐵智能低壓配電系統(tǒng)應(yīng)用

（一）智能斷路器在地鐵智能低壓配電系統(tǒng)的應(yīng)用

智能斷路器是集電子技術(shù)、零飛弧技術(shù)、電氣自動(dòng)化技術(shù)、計(jì)算機(jī)及其軟件技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)于一身的高性能電氣設(shè)備。智能化斷路器一般采用模塊式結(jié)構(gòu)，克服了許多傳統(tǒng)斷路器的缺點(diǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)保護(hù)、測量、監(jiān)控于一體。目前地鐵智能低壓配電系統(tǒng)大都采用了這種高性能的智能化斷路器（一般包括西門子3WL智能斷路器和ABB的E系列智能化萬能式斷路器），以此來提高地鐵低壓配電系統(tǒng)的智能化以及自動(dòng)化。在地鐵智能低壓配電系統(tǒng)中智能斷路器基本工作模式是根據(jù)監(jiān)測到的不同類型的故障電流，自動(dòng)選擇操作機(jī)構(gòu)及滅弧裝置預(yù)先設(shè)定的工作條件。為了能夠達(dá)到電氣和機(jī)械性能上的最佳分閘效果，智能斷路器會(huì)在電流較?。ㄕ＿\(yùn)行）時(shí)低速分閘，電流較大（系統(tǒng)短路）時(shí)高速度分閘。智能斷路器在地鐵智能低壓配電系統(tǒng)的工作過程是：當(dāng)?shù)罔F配電系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，繼電保護(hù)裝置發(fā)出分閘信號(hào)或工作人員發(fā)出操作信號(hào)后，智能斷路器首先會(huì)啟動(dòng)智能識(shí)別模塊，以此來判斷當(dāng)前智能斷路器所處的運(yùn)行條件，進(jìn)而發(fā)出不同的控制信息調(diào)整操動(dòng)機(jī)構(gòu)的參數(shù)，以獲得與當(dāng)前系統(tǒng)工作狀態(tài)相適應(yīng)的運(yùn)動(dòng)特性，然后讓斷路器動(dòng)作，及時(shí)切除地鐵配電系統(tǒng)出現(xiàn)的故障。

（二）LED 照明系統(tǒng)應(yīng)用

LED照明系統(tǒng)為一類實(shí)現(xiàn)電能轉(zhuǎn)變成為可見光的器件，其呈現(xiàn)出明顯的環(huán)保、節(jié)能降耗、光效率高、應(yīng)用壽命長以及發(fā)熱量較低的特征。當(dāng)前，較多城市地鐵工程中應(yīng)用的燈具多為白熾燈以及熒光燈。該照明系統(tǒng)在電能節(jié)約、應(yīng)用壽命以及降低污染等層面無法同LED照明系統(tǒng)相匹敵。伴隨LED照明技術(shù)的快速發(fā)展，更多的城市逐步將地鐵工程照明系統(tǒng)更換為LED裝置。例如北京、上海等地。通過實(shí)踐證明，北京經(jīng)過了一年時(shí)間的系統(tǒng)檢測，其LED燈具的應(yīng)用達(dá)到了近二十萬度的節(jié)電量，總體節(jié)電率高于百分之三十，呈現(xiàn)出了良好的節(jié)電應(yīng)用效果。由此可見，地鐵工程中進(jìn)行LED照明系統(tǒng)的應(yīng)用改造將成為一類必然的發(fā)展方向與趨勢。

（三）設(shè)備供電節(jié)能設(shè)計(jì)

地鐵工程中空調(diào)系統(tǒng)用電負(fù)荷始終較高，因此節(jié)能設(shè)計(jì)中應(yīng)將該環(huán)節(jié)作為重點(diǎn)。南方地區(qū)夏季季節(jié)，可通過冰冷機(jī)組完成制冷，并利用環(huán)控系統(tǒng)完成冷風(fēng)排出。其他的季節(jié)氣候則可通過隧道通風(fēng)完成通風(fēng)換氣?？稍谲囌局型ㄟ^BAS完成一致調(diào)配。在各個(gè)時(shí)期流量不統(tǒng)一時(shí)，可進(jìn)行風(fēng)量的有效調(diào)節(jié)改變，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)節(jié)能目標(biāo)。北方寒冷冬季，則應(yīng)配備采暖系統(tǒng)。基于采暖以及空調(diào)系統(tǒng)屬于三級(jí)負(fù)荷，應(yīng)用時(shí)期不同。因此在設(shè)計(jì)階段中應(yīng)盡可能由相同回路進(jìn)行供電。進(jìn)而不但可降低低壓配電柜回路總量，還可節(jié)約動(dòng)力配電箱以及電纜材料的總量，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)環(huán)保節(jié)能目標(biāo)。

（四）電動(dòng)機(jī)的軟啟動(dòng)在地鐵環(huán)控節(jié)能上的應(yīng)用

軟啟動(dòng)是集電機(jī)軟啟動(dòng)，輕載節(jié)能，軟停車以及多重保護(hù)功能于一身的新的電機(jī)控制裝置。它能使得電動(dòng)機(jī)在啟動(dòng)時(shí)能夠達(dá)到無沖擊平滑地啟動(dòng)。并且能夠根據(jù)電動(dòng)機(jī)的實(shí)際負(fù)荷調(diào)節(jié)啟動(dòng)過程中的相應(yīng)參數(shù)比如啟動(dòng)的時(shí)間以及限流值。它的工作原理是通過不同的途徑控制導(dǎo)通角，進(jìn)而達(dá)到使得電機(jī)的輸入電壓隨著不同的用電需要而改變的目的。軟起動(dòng)裝置的配備可以使得設(shè)備在啟動(dòng)時(shí)線路中電壓的波動(dòng)小，并且電流的變化也小。它的這個(gè)特點(diǎn)使得軟起動(dòng)裝置適合用在配有大容量的電動(dòng)機(jī)以及需要頻繁地進(jìn)行啟動(dòng)的設(shè)備上。地鐵的環(huán)控系統(tǒng)比如通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)中風(fēng)機(jī)中電動(dòng)機(jī)的控制系統(tǒng)就需要安裝這種軟起動(dòng)裝置。

（五）模糊理論

在地鐵低壓配電系統(tǒng)中，可以引入模糊理論，采取語言變量、近似模糊邏輯形成完備的推理體系，可以解決對(duì)地鐵低壓配電系統(tǒng)中復(fù)雜電力系統(tǒng)的控制問題，有效提高地鐵電力設(shè)備的自動(dòng)化控制。對(duì)于地鐵電力系統(tǒng)中的輸入量以及輸出量，通過使用非線性模型模擬，簡單有效的通過模仿人的邏輯來實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的控制，分析總結(jié)地鐵低壓配電系統(tǒng)中的自動(dòng)化控制決策。智能技術(shù)在地鐵智能低壓配電系統(tǒng)中，通過硬件芯片直接實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的模糊控制算法，提高智能低壓配電系統(tǒng)的自學(xué)習(xí)能力以及容錯(cuò)能力，完成對(duì)模糊知識(shí)的抽取，及時(shí)找出正確的解決方案，對(duì)具有不確定性的低壓配電問題，也可以給出合理的解釋。

結(jié)束語：

傳統(tǒng)的低壓配電系統(tǒng)已無法滿足地鐵行業(yè)快速發(fā)展的要求，低壓配電系統(tǒng)必須向智能化、節(jié)能化方向發(fā)展。根據(jù)不同城市地鐵發(fā)展的不同要求，如何給地鐵行業(yè)創(chuàng)造出更穩(wěn)定、更強(qiáng)大、更適合的系統(tǒng)方案，才是地鐵中智能低壓配電系統(tǒng)發(fā)展的重點(diǎn)所在。

參考文獻(xiàn)：

[1]杜偉波.智能化技術(shù)在廣州地鐵低壓配電系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].石油化工建設(shè)，2011，2：77-79.

[2]陳平，王宏.智能低壓配電系統(tǒng)的分析及實(shí)現(xiàn)[J].低壓電器，2010，21：25-28.

[3]袁建紅.智能低壓配電系統(tǒng)在地鐵中的應(yīng)用[J].低壓電器，2010，1：20-22.