城市軌道交通供電系統(tǒng)智能化探索與應用

（中鐵第六勘察設計院集團有限公司，天津 300250）

0.引言

作為經濟高效、低碳環(huán)保的交通方式，軌道交通區(qū)域性規(guī)劃建設交通線網也在不斷規(guī)劃和籌建，并且將持續(xù)在未來的城市建設中占有重要位置。供電系統(tǒng)是軌道交通的建設核心，其智能化的研究和應用不僅能夠保障列車的牽引供電，同時為動力照明等設備提供電能，確保軌道交通運營的安全性和穩(wěn)定性，這對于我國城市軌道交通建設意義重大。優(yōu)良的供電系統(tǒng)不僅是軌道交通正常運轉的有力保證，同時也是提高城市居民出行體驗，提升軌道交通使用率從而緩解城市交通壓力的有效途徑。

1.城市軌道交通供電系統(tǒng)綜述

1.1 城市軌道交通供電系統(tǒng)研究價值

城市軌道交通作為城市規(guī)劃建設的重要組成部分，大致有地鐵、輕軌、磁懸浮列車和有軌電車等幾種，是城市交通出行最經濟環(huán)保的方式之一。由于其同時具備快速、安全、舒適、載客量較大的優(yōu)勢，軌道交通現(xiàn)已成為各大中型城市的交通骨干。為保障軌道交通線路的正常運行需要消耗大量的電能，供電系統(tǒng)的主要作用就在于對電壓和電流科學處理成合適的電力從而支持軌道交通的正常運轉，可見供電系統(tǒng)在軌道交通的日常運轉中占據(jù)關鍵位置。供電系統(tǒng)通過高壓輸電網來完成電力輸送過程，之后經由110/35kV主變電所進行降壓，配合軌道交通內部的供電網絡為全線牽引和動力照明負荷供電?？梢哉f，供電系統(tǒng)的安全性及可靠性，為城市軌道交通的各個方面的設施安全穩(wěn)定運營奠定了基礎。

1.2 城市軌道交通供電系統(tǒng)簡介

軌道交通牽引系統(tǒng)采用直流供電，具有電壓質量高、調速范圍大、方便易控、牽引網結構簡單等優(yōu)點。整個供電系統(tǒng)包括：外部電源、主變電站、牽引供電系統(tǒng)、動力照明供電系統(tǒng)和電力監(jiān)控系統(tǒng)等。其中牽引供電系統(tǒng)擔負著為電動列車和運營設備提供電能的任務，具體包括牽引變電站、接觸網、車輛、軌道等組成部分。而動力照明系統(tǒng)則包含降壓變電所、動力照明配電系統(tǒng)，主要負責向車站、區(qū)間動力系統(tǒng)、照明系統(tǒng)的提供電源[1]。

2.城市軌道交通電力監(jiān)控系統(tǒng)智能化

2.1 智能化電力監(jiān)控系統(tǒng)的結構

現(xiàn)階段我國的智能化電力監(jiān)控系統(tǒng)主要是依靠高速光纖實施通訊，同時由主控制來實現(xiàn)統(tǒng)一的監(jiān)控、管理、調度等，而其他的相關設備則處于分散監(jiān)管的狀態(tài)。其中變電所的位置通過智能通訊設備管理機實現(xiàn)，使用屏蔽雙絞線和智能管理機之間相互連接，從而形成能夠智能控制系統(tǒng)內所有設備的網絡。此外，智能化管理機可以通過與光纖通訊網絡連接實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換，進而通過監(jiān)控計算機，實現(xiàn)實時通訊功能。

2.2 智能化電力監(jiān)控系統(tǒng)的功能

2.2.1 數(shù)據(jù)采集處理功能

智能化的電力監(jiān)控系統(tǒng)首先具備信息收集功能，通過對日常運行的數(shù)據(jù)采集處理，收集歸納模擬變量、開關數(shù)量、突發(fā)狀況等有效信息并計算分析，從而實現(xiàn)交通設備智能化的管理與監(jiān)控。同時對設備日常故障和維護等信息保存形成日志，為后續(xù)的故障檢修以及突發(fā)情況的預防工作提供數(shù)據(jù)依據(jù)。

2.2.2 自動報警功能

通過在系統(tǒng)中錄入大量的事故信息、預告信息等，使整個系統(tǒng)具有對線路運行過程中的自動檢測功能，準確判斷出設備運行狀態(tài)，對于意外情況發(fā)出預警信號，從而防止事故發(fā)生。比如用電回路中電壓、電流參數(shù)超出負荷允許范圍；變壓器溫度超過最高警戒范圍等。如果長時間問題未得到解決，保護裝置可以操作斷路器切斷故障回路來防止嚴重事故的發(fā)生。同時，當設備發(fā)生故障時，智能電力控制系統(tǒng)還能夠通過預設的報警信號來通知工作人員進行檢修維護。

2.2.3 事故追憶畫面顯示功能

當故障發(fā)生時，系統(tǒng)能夠立即檢測出并且自動采用設置的保護方案。同時，系統(tǒng)能夠詳細的記錄下故障發(fā)生過程中的數(shù)據(jù)參數(shù)，在檢修人員到達現(xiàn)場時就可以通過讀取數(shù)據(jù)記錄、工況圖等來縮短排查故障、檢測維修的時間。同時事故追憶功能也能夠為系統(tǒng)日后的維護保養(yǎng)提供有效數(shù)據(jù)來作為參考。

2.2.4 遠程控制功能

通過將各個現(xiàn)場的運行設備與電力調度控制中心相互連接，實現(xiàn)通過在電力調度中心通過操作計算機來控制各個系統(tǒng)設備的運行狀況，達到遠距離控制設備的目的，實現(xiàn)智能化管理。為了保障遠程操作的準確性，系統(tǒng)還設置了多級口令，只有當各級口令順利通過才能夠實施具體操作，從而避免了失誤性的操作出現(xiàn)。

2.2.5 自動備份歷史數(shù)據(jù)功能

通過設置歷史數(shù)據(jù)庫，讀取記錄設備運行中的各項數(shù)據(jù)，如正常運行數(shù)據(jù)、運行故障數(shù)據(jù)、維修數(shù)據(jù)等，來達到存儲設備各項歷史數(shù)據(jù)的功能，備份時間長達兩年以上，同時數(shù)據(jù)記錄周期可根據(jù)實際情況進行調整。后期設備維護或處理故障時就可以通過讀取歷史數(shù)據(jù)來了解設備的運行歷史和故障數(shù)據(jù)，從而達到快速排查、維修的目的，為列車的正常運營打下良好基礎。

3.城市軌道交通照明系統(tǒng)智能化

城市軌道交通的智能化照明主要是利用計算機智能化和無線通訊技術等來達到遙測、遙控照明系統(tǒng)，達到調節(jié)燈光強弱、開關、場景設置等。軌道交通線路尤其是車站范圍內一般為較封閉式空間，且大多數(shù)線路為地下線路，為達到節(jié)能的目的同時兼顧乘客乘坐舒適度的需求，照明系統(tǒng)的智能化管理十分必要。

3.1 智能化照明系統(tǒng)的結構

智能照明由于需要控制范圍較廣，實際中一般是以車站為管理單位來控制。按照其功能一般分為3個模塊：第一是輸入輸出部分，包括照明開關控制、負載反饋控制、RS-485接口模塊、RS-232接口模塊等；第二個是現(xiàn)場控制部分，包括彩色觸摸屏、智能傳感器、可編程控制面板等；第三個是監(jiān)控調試部分，主要包括系統(tǒng)管理軟件、可移動編程器、系統(tǒng)調試軟件等。通過屏蔽數(shù)據(jù)雙絞線的連接，將區(qū)域內的設備進行有序連接形成一個可智能控制的網絡。

3.2 智能化照明系統(tǒng)的功能

智能照明系統(tǒng)可以實現(xiàn)多項功能的智能化，通過控制軟件對場景模式、時鐘、數(shù)據(jù)統(tǒng)計等多項功能實現(xiàn)控制并且控制方式較為靈活。比如智能照明自帶定時器，可以通過數(shù)據(jù)設定來調整控制照明時間；根據(jù)照明需求，可以預先設定場景模式或者根據(jù)時鐘來對燈具進行管理，達到預期照明目的，大大減少了日常管理的工作量。管理軟件可以通過圖形化界面來實現(xiàn)智能管理，完成具體到單個燈具的開關控制、參數(shù)讀取，以及燈具群控功能，這對于大范圍內的燈具管理、壽命周期管理和保養(yǎng)維護等具有重要意義[2]。場景模式的預設功能也可以實現(xiàn)自動依照全年固定模式表來運行。分散供電與集中照明合理結合，在提高管理效率的同時也能夠做到節(jié)能減排。

智能化照明系統(tǒng)同時具有智能預警功能，通過讀取回路中的電流、電壓等相關數(shù)據(jù)，在數(shù)據(jù)超出安全范圍值時進行預報警，提醒運營維修人員第一時間處理故障并提供參數(shù)依據(jù)。若在設定時間內故障未得到處理，控制系統(tǒng)將會依據(jù)自我保護功能的相關設定，自動切斷回路，預防故障范圍的繼續(xù)擴大。對于相關參數(shù)的記錄反饋，還可以為維修人員日后優(yōu)化系統(tǒng)、保養(yǎng)維護提供依據(jù)。

4.結語

供電系統(tǒng)對于城市軌道交通的正常運行有著核心性的地位和作用，其智能化的發(fā)展方向也為旅客帶來了更加優(yōu)質、舒適的乘坐體驗。但是尤其軌道交通智能化還處于起步階段，距離達到全智能化管理還需要有很長的路要走。軌道交通所涉及各行各業(yè)的先進設備和最新研究成果都可以有效促進其安全性能的提升和智能化管理的前進。越來越多的先進設備和自動化管理信息系統(tǒng)將被引入軌道交通，其智能化功能也將日益完善，為軌道交通的智能化發(fā)展不斷助推，從而滿足城市交通運營智能化發(fā)展的新需求。