智能化技術在廣州地鐵低壓配電系統中的應用

杜偉波

廣東省石油化工建設集團公司 廣東廣州 510235

智能化技術在廣州地鐵低壓配電系統中的應用

杜偉波

廣東省石油化工建設集團公司 廣東廣州 510235

介紹了智能斷路器的構成及其原理，分析了廣州地鐵智能低壓配電系統的應用模式以及智能低壓配電系統結構、智能低壓配電系統通訊網絡、智能低壓配電控制系統的構成，闡明了智能化技術的應用對提高自動化程度，實現地鐵運營管理的實時、可靠、快速、強抗干擾能力起到了越來越重要的作用。

智能斷路器 現場總線 低壓配電系統

1 前言

隨著電力技術的高速發展，特別是隨著電力系統控制方式數字化進程的發展應用以及電力系統綜合自動化的廣泛應用，包括供電系統和配電系統在內的電力系統正向信息化和智能化邁進。智能化技術由于具有更高的安全性和可靠性，以及更高程度的可視化、自動化、網絡化、實時化、精確化，也正在廣泛應用于對普通民眾來說最密切相關的低壓配電系統中[1]。作為公司派駐的工程項目總工程師，本人參加了廣州地鐵一、二、三、五號線機電安裝工程的建設，對廣州地鐵智能化技術的應用過程有比較深刻的了解。廣州地鐵一號線和二號線低壓配電系統采用傳統的備自投裝置，功能單一 ，供電可靠性不夠高；其以點對點的方式與上位監控系統連接，大量的控制電纜造成現場接線和調試工作量大，日后的維護也比較困難；另外設備控制采用繼電器接觸器控制，分離的電氣元件多，接線復雜，可靠性也較差。因此，從地鐵三號線開始，包括四、五號線，以及目前的二、八號線延長線，裝備了國內先進的“智能低壓配電系統”，簡化了控制線路和現場接線、維護檢修工作,保證了高質量、高安全、高可靠性的地鐵供電要求，同時為系統的智能化管理提供了極大的便利。

2 廣州地鐵智能低壓配電系統應用模式

2.1 智能化模式

廣州地鐵智能低壓配電系統主要是采用智能斷路器和現場總線技術共同應用模式。配電系統中的智能化斷路器經現場總線與遠程計算機系統連接實現開關保護定值設置、電參量測量與顯示、故障與維護信息管理、電能質量綜合監測、遠程控制及參數越限告警等功能。地鐵低壓配電系統是直接向軌道交通中的其它系統包括動力系統、軌道系統、環控系統、給排水系統、消防系統、照明系統、安保系統、信號系統等提供電能的重要子系統,同時還監測控制各種動力設備和照明等設備的運行狀態。由于智能低壓配電系統處于控制系統的最底層,通信網絡選用了現場總線結構,智能元件均具有通信口。開關量、電量參數都可通過現場總線傳送到中央控制室的計算機上，實現對供配電回路或設備的計量、軟起動、變頻、控制、保護、監視、故障診斷、故障報警和預報警等功能。

2.2 智能斷路器的構成及其原理

智能化斷路器中智能化技術的應用核心是集保護、測量、監控于一體的多功能脫扣器，它主要由微處理器單元、信號檢測采集單元、開關量輸入單元、顯示和鍵盤單元、執行輸出單元、通信接口、電源等幾個部分組成，如圖1所示[2]。

廣州地鐵智能低壓配電系統采用了ABB的E系列PR112、PR113等智能化萬能式斷路器或西門子3WL智能斷路器，以下以ABB的E系列PR112、PR113智能化萬能式斷路器為例簡述其主要構成和工作原理。

該斷路器由E系列開關、PR112、PR113保護脫扣器和附加的內部模塊以及運行和診斷軟件TestBus2組成。PR112、PR113保護脫扣器使E系列產品的脫扣器更加完善齊全，這是一種高性能和保護功能豐富的脫扣器，除了為斷路器提供完善保護、測量、信號、數據日志和控制功能，它代表了低壓斷路器保護脫扣器的技術基準。同時，ABB的E系列PR112、PR113智能化萬能式斷路器可裝配附加內部模塊來加強脫扣器能力，并使功能單元更加多樣化和智能化，在斷路器內部,有一內部特殊系統總線TestBus2作為該結構的中樞。它可連接所有智能部件,并允許外部附加部件與斷路器連接。所有內部系統總線上的模板都可直接訪問現有斷路器數據源,以保證快速地訪問信息和響應事件。這樣，通過內部特殊系統總線與各附加模塊(包括PR120/K 信號模塊、PR120/V 測量模塊、PR120/D-M 通訊模塊、PR120/D-BT無線通信模塊等數字量輸入輸出模板或模擬量輸出模板)形成各種最有成本效益的自動化方案。

2.3 現場總線技術

現場總線技術是80年代末90年代初發展起來的應用于過程自動化和制造自動化領域的現場設備互聯網絡通信技術。它集中了自動化控制技術、網絡通信技術、計算機技術等多項成果。它的出現將給自動化領域帶來又一次重大變革，現場總線控制系統結構框圖，如圖2。

3 廣州地鐵智能低壓配電系統的構成

3.1 智能低壓配電系統結構

在地鐵智能低壓配電系統中,變電所進線、母聯、三級負荷總開關、環控電控室饋出開關均采用了智能斷路器，在變電所預留半面柜設置SCADA智能接口通訊模塊。整個智能低壓配電系統由智能斷路器、小型PLC呈智能I/O、現場總線等組成,并通過智能通信接口模塊與SCADA（數據采集與監控系統）連接。整個低壓部分有眾多開關柜,除完成正常的輸配電功能,還具備通訊功能與上位機組網,形成低壓配電監控裝置遠程組態、診斷、測試、維護等功能,進行低壓電網運行狀態實時監測,及時發現和定位電網故障。地鐵智能低壓配電系統結構示意圖如圖3所示。

3.2 智能低壓配電系統通訊網絡

圖4為地鐵智能低壓配電系統通訊網絡結構示意圖[3]。在此網絡中,處于低壓配電室的進線柜、聯絡柜中的智能斷路器將采集到如電壓、電流、功率因數、斷路器狀態等各種參數，通過和它相連接的RS485送至本變電室光電接口，在光電轉換器處將電氣信號轉換為可以在光纖網絡上進行遠傳的光信號。從遠端傳輸來的光信號經過NSC100轉換為RS232電氣標準信號，再由NPort5610轉換為適用于以太網的協議語言。

在中央控制室，值班人員可在PC機上看到所有配電室的設備運行狀況，隨時處理發生的緊急狀況，從而避免出現問題后由于信息閉塞而帶來設備損毀的可能。技術工程師可在此時對各開關進行參數設置、組態、診斷、測試、維護等。

3.4 智能低壓配電控制系統

地鐵智能低壓控制系統采用的是單總線結構。考慮到系統可靠性要求，對于設備較多可靠性要求較高時采用多條單總線形式。如：一個車站環控電控室選用3條現場總線；區間及車站變電所選用1條現場總線。SCADA供貨商選用設備本身具有3個通信可掛3條現場總線。低壓柜內、低壓柜與網關采用總線連接，通過網關輸出至車站BAS系統，區間風機房（超100m）采用光纖連接到車站BAS控制器，智能低壓控制系統示意圖如圖5所示。

4 結語

從目前廣州地鐵實際運行的情況來看，智能化技術和現場總線技術在廣州地鐵低壓配電系統中的應用，完善了各用電設備的保護功能、提高了系統的可靠性和自動化程度，簡化了低壓配電系統與EMCS的接口，實現了地鐵運營管理的實時、可靠、快速、強抗干擾能力的要求，同時提高了系統的可維護性[4]。相信在以后的地鐵線路中，智能化技術將更加廣泛的應用在低壓配電系統、變電系統、動力系統、照明系統等電氣系統中，在可靠、安全、快速的地鐵運輸系統中發揮越來越重要的作用。

1林國慶,張培銘,張冠生.低壓斷路器智能化綜述[J].企業技術開發,1997(3):4

2高仁堂 智能化技術在低壓斷路器上的應用 冶金動力,2008(3):1-4

3高凡 馬藝瑋 3WL智能斷路器在地鐵低壓配電中的應用 科技資訊,2007(6):58-59

4陳健.地鐵車站設備監控系統的設計和功能介紹[J].微計算機信息.2004(7):46-47.

TP2

B

1672-9323（2011）02-0077-03

杜偉波（1967.9-）男 籍貫:廣東海豐 大學本科 電氣高級工程師，主要從事機電工程和石油化工設備安裝技術工作,發表專業論文共3篇.

2010-10-15)