地鐵智能低壓配電系統研究

中交（西安）鐵道設計研究院有限公司，陜西 西安 710000

1 地鐵智能低壓配電系統概述

1.1 系統基本結構

地鐵智能低壓配電系統由三級負荷開關、智能化斷路器、現場總線以及PLC可編程邏輯控制器等構成，并由現場采集層、通信管理層與中心監控層共同形成一套完整的配電監控遠程系統，具備輸配電監控與信息通信、遠程控制等使用功能。其中，現場采集層由智能化控制終端設備組成，如智能斷路器與溫控儀等，在系統運行期間，負責對所處環境及設備的運行數據進行監測采集，并將數據向上傳輸；通信管理層負責在現場采集層和中心監控層間構建穩定的信息橋梁，基于通信協議對數據信息進行轉換，向中心監控層上傳監測數據，向現場采集層下達控制指令。

1.2 系統特點

與傳統低壓配電系統相比，地鐵智能低壓配電系統的核心優勢與系統特點體現在以下三個方面：（1）聯網監控。在系統運行期間，通過系統結構中的通信管理層保持中心監控層與現場采集層及用電設備的通信聯系，將經過數字化處理后的監測信息上傳至中心監控層，將其作為制定系統設備控制指令的決策依據。同時，持續對系統及設備運行狀況進行監控感知，在監測到運行故障后，系統自動發送報警信號，在用戶界面顯示報警動畫，并基于程序運行準則采取相應措施。（2）節能環保。智能化低壓配電系統具有良好的環境感知能力，在已知信息基礎上準確判斷實際低壓配電需求，并對地鐵內部實施分階段電力供應模式，如在運營高峰期后自動關閉部分照明燈具，以此減少電能消耗。（3）供電安全。低壓配電系統負責對用電系統運行狀況進行監測，在檢測到電氣故障時將控制斷路器等裝置執行相應保護動作，快速消除系統故障，控制故障影響范圍，避免造成更嚴重的損失。

1.3 系統控制方式

地鐵工程的低壓配電系統結構較為復雜，受到外部因素影響時，偶爾會出現短路、漏電、超負荷與電火花等電氣故障，進而影響到正常的電力供應。因此，為保證供電安全，減小電氣故障對系統運行及設備造成的影響，在構建地鐵智能低壓配電系統時必須采取多元化控制措施，如BAS控制、就地控制、FAS控制方式。以智能照明系統為例，在系統正常運行狀態下，在照明配電室進行控制，并由開關裝置對應急照明進行就地控制；同時，在檢測到照明系統處于異常運行狀態或出現故障問題后，快速切換至FAS進線控制模式。

1.4 系統運用效果

（1）變電所低壓配電控制。在地鐵智能低壓配電系統運行期間，通過控制三級負荷低壓開關、進線斷路器以及母聯斷路器等裝置，將起到變電所低壓配電控制的作用，實現地鐵低壓配電系統可靠安全供電目標。根據系統實際運行情況，可選擇遙測遙控方式，將系統實時狀態作為決策依據，向進線斷路器與母聯斷路器等裝置下達相應控制指令，以此控制變電所低壓。同時，可通過由以太網網關、PLC與智能開關裝置等構成的控制網絡對母聯斷路器及進線斷路器等裝置進行控制，實現降低變電所低壓目標。

（2）現場總線。現場總線作為地鐵智能低壓配電系統的一項關鍵技術，是通過改善系統與設備間的連接關系，解決設備間的信息傳遞問題，保證數據交換的通暢性，起到提高系統管理效率的效果。同時，依托現場總線技術，可以重新對地鐵低壓配電系統的操作描述與輸入輸出使用功能進行重新定義，改善系統用戶層的可操作性。

（3）智能斷路器。斷路器是一款具備關合、承載及開斷異常回路條件下電流的開關裝置，在智能低壓配電系統中，所配置智能斷路器發揮著分配電能與向電源電路及設備提供保護的作用，可將其視作過欠熱繼電器以及熔斷式開關裝置的組合體。在系統運行期間，智能斷路器持續對系統整體運行狀態進行監測，在檢測到出現過載運行、欠壓與短路等故障時，自動執行分閘動作，切斷故障電路，取得最佳的分閘效果。

2 地鐵智能低壓配電系統實現策略

2.1 可視化管理

由于地鐵工程低壓配電系統結構較為復雜，在運行期間會持續產生龐大數據量，需要工作人員全面了解各項實時數據，掌握低壓配電系統實時運行狀況，科學制訂管理計劃并下達控制指令。在這一系統管理模式中，對工作人員的專業素養提出了嚴格要求，因為受到人為因素影響，時常會出現故障問題，管理存在漏洞。對此，在開發地鐵智能低壓配電系統時，應在計算機終端開發可視化操作界面，將智能化系統分析處理后的數據信息在用戶界面中以圖表形式進行集中化、可視化展示，幫助管理人員快速掌握系統實時運行狀況，為管理決策的制定提供信息支持。

2.2 低壓部分智能控制

首先，應嚴格遵循地鐵設計規范，重點開發系統低壓部分的饋線回路、進線、無功補償等部位的遙測遙控功能。其次，基于AcuSystem等配電管理系統開發智能低壓配電系統的中心監控層，確保系統同時具備數字報表與圖形分析等使用功能，可以向用戶直觀顯示數據信息與處理結果。再次，在系統現場采集層中配置具備通信接口的智能元件，如PLC可編程邏輯控制器與Arcnvim系列智能化儀表等裝置。最后，在條件允許的前提下，盡可量采取總分系統結構，在各分站中心點設置監控主機，并在各分站區域內設置瀏覽子機，授予管理人員瀏覽權限。

2.3 環控電控低壓設計

在地鐵工程中，環控系統涵蓋隧道通風系統、車站通風系統以及給排水系統，在系統中配置了大量的電機，電機遠程控制、綜合保護與用電監控是環控系統的主要職能。因此，在環控電控低壓設計環節，需要配置適當數量記性好的電機保護器，向電機設備提供過載保護、短路保護及斷相功能，如配置AcuMC620型電動機保護器。同時，要求所配置電機保護器具備多種通信接口，持續將所采集數據信息遠程傳輸至主機系統。

3 地鐵智能低壓配電系統的應用

3.1 智能照明系統

在地鐵工程中，傳統照明系統主要采取BAS控制方式，僅可對相同照明回路中的照明燈具進行開啟與關閉控制，并要求在現場敷設大量線纜，使得系統結構較為復雜，不利于系統管理與維護檢修工作的開展。同時，傳統照明系統在運行期間由于運行模式僵化，無法根據實際用電需求進行調整，常造成不必要的電能損耗。智能照明系統由一體化主機、照度傳感器、網關接口模塊、照明開關控制器、通信網絡與可編程現場控制面板等組成，具有較高的智能化與自動化程度，可以在系統運行期間對所處環境進行有效感知，判斷車站等區域的實際照明需求，并在其基礎上下達相應控制指令，如調整系統用電負荷與關閉部分照明燈具。

與傳統照明系統相比，智能照明系統具有以下優勢：（1）功能完備。管理人員可以將系統切換至調光控制與定時控制等運行模式，以滿足實際照明需求，在不同場合內提供獨特的照明效果。同時，在無人工干預條件下，系統可以自動制訂與實施控制指令，使系統穩定處于最佳運行狀態。（2）系統采取總線形式，所布置線路結構較為簡單，在運行期間不易出現電氣故障，在客觀層面上提高了系統維修效率。（3）智能照明系統采取分布式網絡結構，僅需配置一臺計算終端即可滿足系統的運行管理需求。

3.2 電力監控系統

電力監控系統簡稱為SCADA系統，具備遙控、遙信以及遙測使用功能。其中，遙控功能是對系統設備遙控下達控制命令，如控制設備開關分合與調節開度；遙信功能負責對設備狀態進行監測，采集與傳輸開關量的信息數據；遙測功能是對電壓、系統功率與電流等模擬量數值進行遠程測量。

在地鐵工程中，SCADA系統負責監測高低壓配電柜、軌道電位限制裝置與交直流屏等設備的實時運行狀態，向管理人員提供設備集中控制、事故自動報警、數據分析、信息采集等服務，幫助管理人員全面掌握系統運行狀態，替代人工完成多數基礎性工作，有力推廣了少人值守與無人值守模式。此外，為保證系統安全穩定運行，在開發SCADA系統時，應采取分散控制結構。如此，在系統運行期間，當任意控制部分出現運行故障時，并不會對系統整體運行狀態造成明顯影響，從而控制故障影響范圍。

3.3 電氣火災監控系統

通過構建電氣火災監控系統，可以在地鐵火災事故發生的第一時間發現火情，并采取相應措施，保證應急照明與通風排煙等系統的穩定運行，為受災人員提供疏散通道，減小火災所造成的損失。例如，在系統運行期間，通過末端探測器持續對線路及控制區域內電氣設備的溫度與電流等參數進行監測，可將所采集的信號進行放大與模數轉換處理，將監測值與所設定報警值進行對照分析，如果監測值超過安全閥值，系統將自動發送報警信號，并依靠監測數據鎖定著火點，引導工作人員排查火災險情。

4 結束語

綜上所述，在現代地鐵工程中，相關部門需要加大對地鐵智能低壓配電系統的研究力度，正確認識智能化系統的應用價值，大力開發與持續完善智能低壓配電系統，以此推動我國城市軌道交通事業的現代化發展，保證地鐵低壓配電系統及用電系統的安全穩定運行。