地鐵低壓配電自動(dòng)化系統(tǒng)的應(yīng)用與發(fā)展研究

許志明

（中鐵十一局集團(tuán)電務(wù)工程有限公司　湖北　武漢　430074）

地鐵低壓配電自動(dòng)化系統(tǒng)的應(yīng)用與發(fā)展研究

許志明

（中鐵十一局集團(tuán)電務(wù)工程有限公司湖北武漢430074）

傳統(tǒng)低壓配電控制方式主要通過(guò)低壓開(kāi)關(guān)柜實(shí)現(xiàn)對(duì)配電的控制與保護(hù)，這種配電方式在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中存在接線(xiàn)復(fù)雜、成本高以及精度低等缺點(diǎn)，加上地鐵站的人員非常密集，對(duì)供電的可靠性以及控制的有效性等方面要求非常高，近年來(lái)隨著微處理技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，更多先進(jìn)的技術(shù)開(kāi)始應(yīng)用于地鐵建設(shè)設(shè)計(jì)中，在這種形勢(shì)下，低壓配電自動(dòng)化系統(tǒng)得以形成。本文首先對(duì)低壓配電系統(tǒng)進(jìn)行了簡(jiǎn)單的概述，然后將地鐵低壓配電自動(dòng)化系統(tǒng)的兩種模式作對(duì)比，提出了低壓配電自動(dòng)化系統(tǒng)將會(huì)在地鐵領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用的前景。

地鐵；低壓配電；自動(dòng)化；應(yīng)用；發(fā)展

地鐵低壓配電系統(tǒng)是保證地鐵正常運(yùn)營(yíng)的主要?jiǎng)恿δ茉聪到y(tǒng)，同時(shí)也是保證地鐵安全運(yùn)行的一項(xiàng)重要設(shè)施。因?yàn)榈蛪号潆娤到y(tǒng)具有較高的安全性與穩(wěn)定性，所以可以對(duì)地鐵連續(xù)不斷的供電需求進(jìn)行保證，地鐵低壓系統(tǒng)可以對(duì)地鐵各項(xiàng)設(shè)備與環(huán)節(jié)進(jìn)行設(shè)置與控制[1]。近年來(lái)低壓配電自動(dòng)化系統(tǒng)已經(jīng)在我國(guó)多個(gè)城市地鐵建設(shè)中得到了應(yīng)用，受到了人們的歡迎。

1　低壓配電系統(tǒng)概述

1.1低壓配電系統(tǒng)的內(nèi)涵

電源是低壓配電系統(tǒng)中的重中之重，同時(shí)其低壓配電室開(kāi)關(guān)柜、輸送線(xiàn)路以及配電箱等共同組成了整個(gè)低壓配電系統(tǒng)。低壓配電系統(tǒng)主要采用0.4kV兩路的交流電源配電方式。作為地鐵運(yùn)行系統(tǒng)中的關(guān)鍵所在，低壓配電系統(tǒng)的配電方式是地鐵得以正常運(yùn)行的重要基礎(chǔ)。

1.2低壓配電系統(tǒng)的特點(diǎn)

低壓配電系統(tǒng)對(duì)設(shè)備類(lèi)型、工藝以及技術(shù)等方面的要求比較多，在低壓配電系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用的過(guò)程中，關(guān)注的重點(diǎn)在于配電設(shè)備的技術(shù)要求和系統(tǒng)的運(yùn)行模式上，低壓配電系統(tǒng)對(duì)設(shè)備配置的要求比較高，同時(shí)維護(hù)功能比較強(qiáng)，還存在運(yùn)行環(huán)境不穩(wěn)定等特點(diǎn)[2]。

1.3低壓配電系統(tǒng)的構(gòu)成及功能

低壓配電系統(tǒng)主要由兩種模式組成：①按照系統(tǒng)形成的配電箱、低壓配電柜的模式；②按照低壓配電設(shè)備、線(xiàn)路容量對(duì)層次模式進(jìn)行劃分，不管是分系統(tǒng)還是分層次，低壓配電系統(tǒng)構(gòu)成要素都是配電電源、系統(tǒng)受電設(shè)備、開(kāi)關(guān)裝置等。低壓配電系統(tǒng)電源主要為了對(duì)地鐵的正常運(yùn)行而設(shè)置，開(kāi)關(guān)裝置對(duì)低壓配電系統(tǒng)的電壓、設(shè)備電路等進(jìn)行控制與監(jiān)測(cè)，系統(tǒng)受電設(shè)備及線(xiàn)路可以對(duì)地鐵低壓系統(tǒng)的安裝的安全性與準(zhǔn)確性進(jìn)行保證。

2　傳統(tǒng)低壓配電系統(tǒng)與現(xiàn)代低壓配電自動(dòng)化系統(tǒng)比較

2.1降壓變電所低壓部分自動(dòng)化系統(tǒng)的應(yīng)用

地鐵0.4kV配電系統(tǒng)面對(duì)的對(duì)象是車(chē)站、區(qū)間的低壓用戶(hù)，按照用電設(shè)備負(fù)荷分類(lèi)看來(lái)，多數(shù)為一、二級(jí)負(fù)荷，對(duì)低壓電源可靠性的要求非常高。中壓網(wǎng)絡(luò)、主變電所等輸變電環(huán)節(jié)采取合理措施促進(jìn)供電系統(tǒng)可靠性的提高，在0.4kV配電系統(tǒng)中，這一環(huán)節(jié)主要采用分段單母線(xiàn)的方式進(jìn)行接線(xiàn)，并對(duì)母線(xiàn)分段開(kāi)關(guān)、三級(jí)負(fù)荷分母線(xiàn)進(jìn)行設(shè)置[3]。

2.1.1傳統(tǒng)低壓配電模式

在傳統(tǒng)低壓配電模式中，0.4kV降壓變電所遙控對(duì)象主要包括低壓母聯(lián)斷路器、三極負(fù)荷低壓總開(kāi)關(guān)等內(nèi)容。因此，嚴(yán)格按照《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》中的相關(guān)規(guī)定，傳統(tǒng)低壓配電模式實(shí)現(xiàn)了對(duì)母聯(lián)斷路器、三級(jí)負(fù)荷總開(kāi)關(guān)等設(shè)備進(jìn)行遙感與遙測(cè)。具體智能低壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1。

圖1　0.4kV開(kāi)關(guān)柜傳統(tǒng)低壓配電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

從圖1中可以看出，母聯(lián)斷路器、進(jìn)線(xiàn)斷路器以及三級(jí)負(fù)荷總開(kāi)關(guān)的遙信與遙感是通過(guò)智能斷路器來(lái)實(shí)現(xiàn)的，將微處理器或者單片機(jī)作為核心智能控制器，不僅體現(xiàn)了普通斷路器的保護(hù)功能，同時(shí)還能將各種電氣參數(shù)實(shí)時(shí)的顯示出來(lái)，從而對(duì)電路進(jìn)行自行調(diào)節(jié)、在線(xiàn)監(jiān)測(cè)以及實(shí)驗(yàn)等功能，而遙測(cè)主要通過(guò)智能化數(shù)字儀表進(jìn)行實(shí)現(xiàn)[4]。

2.1.2目前通用的低壓配電模式

目前使用的通用電壓配電模式，在規(guī)范要求的基礎(chǔ)上，還增加了對(duì)饋出回路斷路器的遙感、遙測(cè)、遙信，具體低壓配電自動(dòng)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖2。

圖1與圖2相比，饋出回路主要采用智能斷路器和智能化的數(shù)字儀表，增加了針對(duì)饋出回路的遙控、遙信與遙感等功能。同時(shí)增加了PLC裝置，分段開(kāi)關(guān)和進(jìn)線(xiàn)之間的控制邏輯關(guān)系得以實(shí)現(xiàn)，利用PLC裝置可以使各種控制與與聯(lián)鎖功能得到實(shí)現(xiàn)，同時(shí)還能對(duì)通信進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。

2.2環(huán)控電控低壓部分智能系統(tǒng)的應(yīng)用

環(huán)控電控室與環(huán)控負(fù)荷中心設(shè)置在一起，環(huán)控電控室集中對(duì)環(huán)控設(shè)備進(jìn)行配電，一些地鐵車(chē)站環(huán)控配電采用單母線(xiàn)分段的方式進(jìn)行主接線(xiàn)，還有一些地鐵環(huán)控配電主要采用雙電源切換的接線(xiàn)方式，環(huán)控電控柜在現(xiàn)場(chǎng)與環(huán)控設(shè)備直接連接，實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)控設(shè)備的供電與控制。近年來(lái)隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，環(huán)控電控柜已經(jīng)不再局限于供電，逐步將控制器引入進(jìn)來(lái)。傳統(tǒng)環(huán)控配電系統(tǒng)利用變頻器、軟啟動(dòng)器等實(shí)現(xiàn)對(duì)大功率電動(dòng)機(jī)的遙測(cè)、遙感、遙控，環(huán)控電控低壓為小功率設(shè)備提供電源，并實(shí)現(xiàn)對(duì)功率電動(dòng)機(jī)的保護(hù)。而目前使用的通用模式，與傳統(tǒng)模式相比，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)通風(fēng)空調(diào)等設(shè)備的測(cè)量與控制，還能實(shí)現(xiàn)對(duì)進(jìn)線(xiàn)電源的監(jiān)視，每個(gè)通風(fēng)空調(diào)電控柜中的智能電機(jī)保護(hù)器，可以對(duì)電動(dòng)機(jī)短路等危害進(jìn)行保護(hù)，對(duì)系統(tǒng)控制與數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性進(jìn)行保證。

圖2　0.4kV開(kāi)關(guān)柜目前通用低壓配電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

3　低壓配電自動(dòng)化系統(tǒng)的應(yīng)用比較

從上文的分析中可以看出，目前在地鐵設(shè)計(jì)建設(shè)過(guò)程中所使用的低壓配電自動(dòng)化系統(tǒng)與傳統(tǒng)配電模式相比，其特點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下方面：

3.1自動(dòng)化

在低壓配電自動(dòng)化系統(tǒng)中在低壓開(kāi)關(guān)上對(duì)具有通信功能的智能測(cè)控保護(hù)性裝置進(jìn)行了裝設(shè)，例如智能儀表裝置、微機(jī)電動(dòng)機(jī)保護(hù)等，通過(guò)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)和數(shù)字通信等連接，有效防止出現(xiàn)傳統(tǒng)模式不能對(duì)0.4kV降壓變電所饋線(xiàn)回路展開(kāi)遠(yuǎn)程監(jiān)視等弊端[5]，從最大程度上降低了傳統(tǒng)低壓系統(tǒng)維護(hù)的實(shí)際工作量，同時(shí)運(yùn)營(yíng)維護(hù)人員在現(xiàn)場(chǎng)巡檢工作的難度也得到了極大的降低，在此基礎(chǔ)上低壓配電設(shè)備運(yùn)行管理工作的自動(dòng)化得到了真正的實(shí)現(xiàn)。

3.2多功能化

低壓配電自動(dòng)化系統(tǒng)中對(duì)智能測(cè)量保護(hù)裝置進(jìn)行裝置以后，系統(tǒng)的可靠性得到了極大的增強(qiáng)，傳統(tǒng)電氣元件存在的功能單一等缺點(diǎn)得到了彌補(bǔ)，將保護(hù)、測(cè)量以及控制等多方面的功能集于一身，傳統(tǒng)指針式電量表、繼電器、信號(hào)燈等電氣元件得以取代下來(lái)，同時(shí)配電柜中二次結(jié)線(xiàn)也得到了大量的減少，以前傳統(tǒng)模式中以點(diǎn)對(duì)點(diǎn)方式的連接得到了降低，大量控制電纜引入其中，現(xiàn)場(chǎng)電纜在敷設(shè)過(guò)程中存在的接線(xiàn)復(fù)雜、工程量大一級(jí)系統(tǒng)調(diào)試難度大等缺點(diǎn)均得到了擺脫。

3.3網(wǎng)絡(luò)化

低壓配電自動(dòng)化系統(tǒng)在地鐵中的應(yīng)用一般都有數(shù)字通信接口，并通過(guò)微機(jī)處理系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)相互聯(lián)通，這樣一來(lái)實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)一級(jí)通信等項(xiàng)功能得到了實(shí)現(xiàn)。

4　結(jié)語(yǔ)

綜上所述，低壓配電自動(dòng)化系統(tǒng)各項(xiàng)性能的體現(xiàn)可以從以下幾方面進(jìn)行分析：①低壓配電自動(dòng)化系統(tǒng)可以使遠(yuǎn)程測(cè)量得到實(shí)現(xiàn)，同時(shí)對(duì)各回路與控制單元的電量參數(shù)進(jìn)行查看；②可以對(duì)遠(yuǎn)程距離各種特性曲線(xiàn)、保護(hù)設(shè)定值的上傳與下載得到實(shí)現(xiàn)；③可以針對(duì)控制單元的遠(yuǎn)程啟動(dòng)、停車(chē)等操作進(jìn)行實(shí)現(xiàn)；④可以對(duì)系統(tǒng)的各種信息資源進(jìn)行查詢(xún)等。以不同城市地鐵設(shè)計(jì)要求的不同，現(xiàn)階段我國(guó)地鐵中低壓配電自動(dòng)化系統(tǒng)的應(yīng)用存在一定的差別，但是從地鐵供電的自動(dòng)化與安全性等方面進(jìn)行考慮，低壓配電自動(dòng)化系統(tǒng)在不久的將來(lái)必將得到更加廣泛的應(yīng)用。

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TM76

A

1673-0038（2015）22-0252-02

2015-5-12

許志明（1988-），男，助理工程師，本科，主要從事地鐵風(fēng)水電項(xiàng)目工作。