鄭姍姍

（上海市隧道工程軌道交通設(shè)計研究院，上海 2002352）

地鐵低壓配電自動化系統(tǒng)的應(yīng)用與發(fā)展

鄭姍姍

（上海市隧道工程軌道交通設(shè)計研究院，上海 2002352）

針對近些年低壓配電自動化系統(tǒng)在國內(nèi)多個城市地鐵建設(shè)中應(yīng)用的現(xiàn)狀，通過對比分析地鐵低壓配電自動化系統(tǒng)的傳統(tǒng)模式與當前的各種模式，提出了低壓配電系統(tǒng)自動化在地鐵領(lǐng)域應(yīng)用前景與發(fā)展的方向.

低壓配電；地鐵；系統(tǒng)

傳統(tǒng)的低壓配電控制方式主要是通過斷路器、接觸器、熔斷器、控制繼電器、互感器以及各種模擬指針儀表（電壓表、電流表、功率表、電能表）等組成的低壓開關(guān)柜來實現(xiàn)配電的控制、保護、監(jiān)視等功能.這種傳統(tǒng)的開關(guān)柜以人工直接操作為主，如果要進行計算機智能管理，則需要采用電量變送器及微處理器來實現(xiàn).但是在地鐵建設(shè)中大量使用電量變送器存在成本高、接線復(fù)雜、功能簡單、精度低和可靠性差等缺點，而且地鐵屬于人員密集型公共場所，地鐵低壓系統(tǒng)供電的可靠性、控制的有效性、運營維護的便利性在地鐵設(shè)計中占據(jù)著舉足輕重的地位.隨著微處理技術(shù)的廣泛應(yīng)用及計算機系統(tǒng)可靠性的大幅提高，低壓電氣自動化元件在地鐵設(shè)計建設(shè)中得到快速發(fā)展，低壓電氣自動化配電系統(tǒng)應(yīng)運而生.

1 傳統(tǒng)低壓配電系統(tǒng)與目前低壓配電自動化系統(tǒng)的對比

隨著低壓配電自動化系統(tǒng)運行的可靠性和實時性不斷提高，根據(jù)低壓配電自動化系統(tǒng)直接面向控制終端的特點，其涵蓋的終端設(shè)備種類也越來越多、分布越來越廣.

1.1 降壓變電所低壓部分自動化系統(tǒng)應(yīng)用

地鐵0.4 k V配電系統(tǒng)直接面向車站、區(qū)間的低壓用戶，從用電設(shè)備負荷分類來講，一、二級負荷占絕大多數(shù)，對低壓電源的可靠性要求高.主變電所、中壓網(wǎng)絡(luò)等輸變電環(huán)節(jié)采取了一系列措施以提高供電系統(tǒng)的可靠性，在0.4 k V配電系統(tǒng)這一環(huán)節(jié)采用分段單母線接線，設(shè)母線分段開關(guān)，并設(shè)三級負

荷分母線.

1.1.1 傳統(tǒng)低壓配電模式

（1）根據(jù)G B 50157—2003《地鐵設(shè)計規(guī)范》14.6.8的規(guī)定,0.4 k V降壓變電所遙控對象應(yīng)包括下列基本內(nèi)容：降壓變電所的低壓進線斷路器、低壓母聯(lián)斷路器、三級負荷低壓總開關(guān)；

（2）根據(jù)G B 50157—2003《地鐵設(shè)計規(guī)范》14.6.9的規(guī)定,0.4 k V降壓變電所遙信對象應(yīng)包括下列基本內(nèi)容：降壓變電所低壓進線斷路器、母聯(lián)斷路器的故障跳閘信號；

因此,傳統(tǒng)低壓配電模式根據(jù)規(guī)范要求，僅實現(xiàn)對進線斷路器、母聯(lián)斷路器、三級負荷總開關(guān)以及監(jiān)控變電所備用電源自投自復(fù)情況的遙控、遙信、遙測.具體智能低壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示.

圖1 0.4 k V開關(guān)柜傳統(tǒng)低壓配電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

由圖1可知,進線斷路器、母聯(lián)斷路器、三級負荷總開關(guān)的遙控、遙信由智能斷路器實現(xiàn)，智能斷路器采用微處理器或單片機為核心的智能控制器，不僅具備普通斷路器的各種保護功能，同時還具備實時顯示電路中的各種電氣參數(shù)，對電路進行在線監(jiān)視、自行調(diào)節(jié)、測量、實驗、自診斷、可通行等功能.遙測由智能化數(shù)字儀表來實現(xiàn).

廣州地鐵2號線,上海地鐵7、8號線,北京地鐵1、2號線等地鐵線路降壓變電所低壓部分自動化系統(tǒng)均采用該方式.

1.1.2 目前通用低壓配電模式

在規(guī)范要求遙測、遙控、遙信的對象基礎(chǔ)上,增加了對所有饋出回路的斷路器的遙控、遙測、遙信，以及饋出回路電壓、電流、功率、電能的遙測.具體低壓配電自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖2所示.

圖2 0.4 k V開關(guān)柜目前通用低壓配電自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

圖1與圖2比較可知,圖3饋出回路采用智能斷路器和智能化數(shù)字儀表，增加對重要饋出回路的遙控、遙測、遙信功能.同時增加P L C裝置，P L C裝置具有強大的邏輯控制功能.進線與分段開關(guān)之間復(fù)雜的控制邏輯關(guān)系如果由傳統(tǒng)的電磁繼電器實現(xiàn)，繼電器數(shù)量多，連線多，調(diào)試工作繁重，維修工作量大.通過P L C裝置很容易實現(xiàn)各種控制與聯(lián)鎖功能，并容易和變電所綜合自動化系統(tǒng)實現(xiàn)通信.

新建的杭州地鐵1號線、深圳地鐵5號線、深圳地鐵7號線、成都地鐵2號線、上海地鐵11號線、上海地鐵12號線、上海地鐵13號線等地鐵線路降壓變電所低壓部分智能系統(tǒng)采用該方式.

1.2 環(huán)控電控低壓部分的智能系統(tǒng)應(yīng)用

地下車站環(huán)控負荷中心附近設(shè)環(huán)控電控室，環(huán)控設(shè)備由環(huán)控電控室集中配電.有些地鐵車站環(huán)控配電采用單母線分段的主接線方式，有些地鐵環(huán)控配電采用雙電源切換的主接線方式.環(huán)控電控柜另設(shè)三級負荷母線段，采用單母線不分段的接線方式，為冷凍水泵、冷卻水泵等三級負荷分組配電.環(huán)控電控柜都是直接連接的現(xiàn)場環(huán)控設(shè)備，直接對現(xiàn)場環(huán)控設(shè)備供電或進行控制，對實時性有一定要求.隨著環(huán)控電控柜的發(fā)展，它已不僅局限于供電，而且已逐步地將控制器等產(chǎn)品納入進來，如軟起動器、變頻器等.

1.2.1 傳統(tǒng)模式

傳統(tǒng)的環(huán)控配電系統(tǒng)通過軟啟動器和變頻器實現(xiàn)對大功率電動機的遙測、遙信和遙控.其他小功率電動機饋出回路的保護和控制采用普通電動機專用斷路器、交流接觸器和熱繼電器結(jié)合的保護形式.

由圖3可知,環(huán)控電控低壓僅為其他小功率通風空調(diào)設(shè)備提供電源,通過斷路器對小功率電動機進行過載和短路保護.

圖3 環(huán)控智能低壓配電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖一

采用該配電系統(tǒng)模式的地鐵線路包括：北京地鐵1、2號線,廣州地鐵2號線,深圳地鐵1號線,上海地鐵1、2號線等線路.

1.2.2 目前通用模式

與傳統(tǒng)利用軟啟動器和變頻器實現(xiàn)對大功率電動機的遙測、遙信和遙控的環(huán)控配電系統(tǒng)相比較,目前環(huán)控柜低壓自動化控制系統(tǒng)主要實現(xiàn)對通風空調(diào)等設(shè)備的監(jiān)視、測量、控制和保護，對智能模塊的參數(shù)設(shè)定、復(fù)位，對進線電源狀態(tài)監(jiān)視及電壓、電流等參數(shù)的上傳等；通風空調(diào)設(shè)備通常設(shè)就地控制、通風空調(diào)電控室控制、上位監(jiān)控系統(tǒng)控制三級控制，智能低壓控制系統(tǒng)實現(xiàn)三級控制轉(zhuǎn)換及運行狀態(tài)顯示.每個通風空調(diào)電控柜內(nèi)的智能電機保護器（智能馬達保護控制器，簡稱馬達保護，適用于保護交流50 H z的各種額定電流的電動機.對電動機的短路、堵轉(zhuǎn)、過載、欠載、缺相/不平衡、接地/漏電、過/欠壓及外部故障等引起的危害予以保護，并具有測量、操作控制、診斷維護、報警輸出、模擬量輸出及網(wǎng)絡(luò)通訊，包括遙測、遙信、遙控、遙調(diào)等功能）采用現(xiàn)場總線連接，現(xiàn)場總線通過安裝在遠程I/O上的通信模塊經(jīng)過協(xié)議轉(zhuǎn)換接入環(huán)控M C C系統(tǒng).遠程I/O與環(huán)控M C C系統(tǒng)之間通訊總線需采用冗余雙總線方式；環(huán)控M C C系統(tǒng)與E M C S系統(tǒng)之間采用冗余以太網(wǎng)T C P/I P相連.通信模塊與柜內(nèi)智能模塊之間的現(xiàn)場總線可采用單總線形式，通信速率不低于9600 b p s.遠程I/O與環(huán)控M C C系統(tǒng)之間通訊總線采用冗余雙總線方式，速率不低于1500 k b p s，以保證系統(tǒng)控制與數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崟r性.

圖4 環(huán)控智能低壓配電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖二

由圖4可知,環(huán)控電控低壓部分通過智能模塊、軟啟動器、變頻器對電動機進行綜合保護,采集通風空調(diào)設(shè)備的信息,環(huán)控電控低壓可以設(shè)置獨立的通信控制器,并將采集到的數(shù)據(jù)調(diào)整歸納、整理、計算后,實時刷新上傳至E M C S的主P L C,同時根據(jù)E M C S的主P L C下達的通風模式,實施控制.也可以不單獨設(shè)置通信控制器，合用E M C S的主P L C.上海地鐵10、11、12、13號線,深圳地鐵5、7號線、蘇州地鐵4號線等地鐵線路環(huán)控電控低壓部分自動化系統(tǒng)采用該方式.

2 低壓配電自動化系統(tǒng)的應(yīng)用比較

通過上面的分析可以看出,當前地鐵設(shè)計建設(shè)中使用的低壓配電自動化系統(tǒng)與傳統(tǒng)配電模式相比有如下特點：

2.1 自動化

低壓配電自動化系統(tǒng)由低壓開關(guān)加裝了具有通信功能的智能測控保護裝置，比如微機電動機保護、智能儀表裝置等，經(jīng)數(shù)字通信與計算機系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)連接，避免了傳統(tǒng)模式無法對0.4 k V降壓變電所饋線回路進行遠程監(jiān)視以及實時的掌握其電氣元件工作狀態(tài)的弊端，降低了傳統(tǒng)的低壓系統(tǒng)維護的工作量以及運營維護人員現(xiàn)場巡檢工作的難度.真正實現(xiàn)了低壓配電設(shè)備運行管理的自動化.

2.2 多功能化

智能測量保護裝置增強系統(tǒng)的可靠性,擺脫了傳統(tǒng)電氣元件功能單一的缺點，集測量、保護、控制等多種功能于一體，取代了傳統(tǒng)指針式電量表、信號燈、繼電器等電氣元件，并大量減少了配電柜內(nèi)二次接線，降低了傳統(tǒng)模式下以點對點的方式與監(jiān)控系統(tǒng)相連接,使用大量的控制電纜，擺脫了現(xiàn)場電纜敷設(shè)工程量大、接線復(fù)雜、系統(tǒng)調(diào)試難度大等缺點.

2.3 網(wǎng)絡(luò)化

地鐵上應(yīng)用的低壓配電自動化系統(tǒng)一般具有數(shù)字通信接口，通過網(wǎng)絡(luò)與微機處理系統(tǒng)互聯(lián)，可實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)通信、數(shù)據(jù)處理、控制中心遠程操作等多種功能.

3 結(jié)語

低壓配電自動化系統(tǒng)的性能主要體現(xiàn)在以下幾個方面：(1)低壓配電自動化系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)遠程測量，即可以在控制終端查看各回路或各控制單元的電量參數(shù)；(2)遠程調(diào)節(jié)，即可對控制單元遠距離上傳、下載各種保護設(shè)定值、特性曲線；(3)遠程控制，即可對控制單元進行遠程儲能、合閘、分閘、啟動、停車(電動機控制回路)等操作；(4)可進行信息查詢，即可對低壓配電自動化系統(tǒng)的各種信息資源進行查詢，如故障記錄、日記報表，以及電網(wǎng)管理、電網(wǎng)質(zhì)量與負荷分析等.實際上低壓配電自動化系統(tǒng)也是電子、自動化與配電技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物.

根據(jù)不同城市地鐵的設(shè)計要求和地鐵線路的具體情況,目前國內(nèi)地鐵低壓配電自動化系統(tǒng)的實際應(yīng)用各不相同,但從地鐵供電的可靠性和自動化方面考慮,低壓配電自動化系統(tǒng)將在地鐵設(shè)計中的應(yīng)用將會更加廣泛.

〔1〕上海地鐵12號線龍華站動力照明施工圖設(shè)計.上海市隧道工程軌道交通設(shè)計研究院.2012.

〔2〕上海地鐵13線長壽路站動力照明施工圖設(shè)計.上海市隧道工程軌道交通設(shè)計研究院.2012.

〔3〕中國航空工業(yè)規(guī)劃設(shè)計研究院.工業(yè)與民用配電設(shè)計手冊[M].北京：中國電力出版社，2005.

〔4〕于松偉，等.城市軌道交通供電系統(tǒng)設(shè)計原理與應(yīng)用[M].成都：西南交通大學出版社，2008.

〔5〕劉介才.工廠供電[M].北京：機械工業(yè)出版社，2004.

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1673-260 X（2012）09-0052-03