地鐵工程中車站低壓變電智能化電能管理系統設計

黃磊

摘 要：本文設計了一種適用于地鐵車站的低壓供電智能控制系統。第一，詳細介紹了地鐵工程中的智能低壓站系統。其次，電源管理系統的總體結構是從硬件和軟件兩方面設計的。第三，從頻率控制、電能質量控制和報警、諧波治理、節(jié)能、設備優(yōu)化控制等方面對控制系統功能進行了深入分析。研究表明，該系統具有良好的可行性和可靠性，能夠在網絡集中控制的基礎上實現設備能耗信息的最優(yōu)控制，從而科學有效地控制能源消耗，提高能源利用率，節(jié)約變電站運行成本，值得推廣應用。筆者結合自身多年工作經驗，本次主要針對地鐵工程中車站低壓變電智能化電能管理系統設計，展開深入論述，所得文獻與同行業(yè)人員共享，望對行業(yè)的前進起到一定的促進作用。

關鍵詞：地鐵車站;低壓變電;智能化;電能管理

中圖分類號：TP311.52;U231.8 文獻標識碼：A

0 引言

在地鐵和電車的日常運行中，有兩個重要方面：能量分布和動態(tài)照明，地鐵和電車的發(fā)展過程中，地鐵照明設計和地鐵性能是兩個關鍵環(huán)節(jié)。在運營過程中，需要開發(fā)大量的資金、物力和人力，以保證地鐵的正常運行。地鐵低壓配電負荷分類及電力系統、地鐵供電系統和地鐵照明系統的設計需要足夠的技術支持，以實現地鐵車站系統運行模式的持續(xù)優(yōu)化和完善，并在中國實現地鐵的快速發(fā)展。同時，地鐵車站的低壓配電和改造系統的功能是提供地鐵運行所需的機電設備的低壓電力，但牽引負荷除外，功能可分為兩類，即分支電路和電子環(huán)境控制，分支電路的任務是為變電站的通信和監(jiān)控提供能量，而電子環(huán)境控制的任務是為風機和冷卻塔提供能量。如果不能保證電力的穩(wěn)定和可靠性，將不可避免地影響地鐵的有序運行。

1 地鐵工程中車站低壓智能系統

1.1 降壓變電低壓系統

該部分，中國地鐵車站降壓改造的低壓智能系統的形式，是以遙測遙控控制對象為基礎，增加了對所有上行線路的遙測。智能低壓系統包括以太網、智能交換機、PLC、數字設備等。該系統控制對象的遠程控制是通過變送器實現的，而遙測和遠程通信是通過數字儀器作為載波來實現的。

1.2 環(huán)控電控低壓系統

低壓智能系統的環(huán)境控制和電子控制不僅可以通過軟起動和變頻器全面保護和監(jiān)控運動電路，還可以全面保護和監(jiān)控所有輸出電路。電子控制低壓智能環(huán)境控制系統的任務是全面保護電機。低壓系統配有獨立的通信控制器，可收集有關的通風和空調數據，對其進行修改、計算和分析，然后將其實時傳輸到PLC控制系統中，以加強基于PLC的通風模式的有效控制。尤其是在發(fā)生火災的情況下，地鐵站的機電設備自動控制系統被連接起來。

1.3 硬件結構

第一，系統服務器的功能是接收和處理數據信息;第二，管理工作站的任務是為系統管理員提供更方便、更完善的環(huán)境;第三，網絡設備實際上等同于網絡交換機;第四，存儲設備實際上是一個存儲陣列，其任務是存儲系統的歷史數據信息。此外，電源管理系統還基于網絡交換機和局域網，并使用外部接口系統對數據信息進行交互式管理和分析。

2 低壓供電智能管理系統模塊

2.1 頻率管理模塊

低壓供電智能管理系統是一種主要的監(jiān)控性能，它可以實時收集和監(jiān)控整個過程中的頻率變化，并及時將相關數據存儲在歷史數據庫中。也可以設置高于系統限制的警報功能。如果出現異常情況，系統會及時發(fā)送音頻和視覺警報信號，并將警報信息存儲在歷史數據庫中，以便快速查詢和解決錯誤。在系統頻率降低的運動狀態(tài)下，系統可以降低低頻載荷，并通過系統的遠程控制功能自動消除次要載荷。但是，當系統頻率增加以減少生成器的處理量時，系統頻率仍可快速恢復為遠程控制的標稱閾值，并關閉高頻以進一步滿足特定的頻率管理需求。

2.2 電能質量監(jiān)控與報警模塊

通過測試系統和工作站的電源質量，我們可以發(fā)現潛在的威脅，如諧波、電壓補償、線路故障等。同時，它還可以利用超出系統限制和能耗的異常條件，及時發(fā)出警報信號，及時通知操作員、短消息、PDA、工作站等多種方式，有效降低設備性能不良的可能性，節(jié)約能源成本，有助于配電系統的科學合理規(guī)劃，提高生產效率和水平，進而提供系統完善的能源觀。

2.3 諧波管理模塊

諧波分量不是電力監(jiān)控系統的采集基礎，但可以通過低壓電力系統采集諧波。但是，檢測到的諧波頻率約為2～19倍，因此應根據諧波源的特性適當調整諧波頻率的測量區(qū)域。對于負載快速變化的諧波源，一般控制31倍以上，部分電路明確指出應進行63次諧波部分檢測。因此，諧波檢測的數據量相對較大。系統對實時性和及時性的要求非常高。數據的記錄、處理和分析每個回路的諧波失真率不僅會嚴重消耗系統資源，而且還會直接影響系統數據的實際時間和真實性。因此，對系統的諧波質量進行了優(yōu)化和控制，主要是將關鍵電路的實時采集與批量定時采集和常規(guī)電路的調用相結合。其中關鍵電路與配電系統的電能質量密切相關。因此，選擇了一種實時收集和關注和諧數據信息的方法，這主要是由于這種類型的電路相對較少。單個電路的數據量非常大，但經過科學合理的分布后，對系統實時性能的影響并不明顯。但是，一般回路不會對系統的電源品質造成重大影響。因此，為避免資源使用高峰，采用了批量計時，并獲得了批量計時數據信息。特定的計時時間也是根據回路和系統比例性質進一步定義的，這些性質可有效地促進系統資源的使用。此外，還可以調用故障電路進行收集，當故障發(fā)生時，可以實時收集諧波數據信息，以便可以詳細了解和分析故障的具體原因。

2.4 節(jié)能與設備優(yōu)化模塊

詳細的能源數據采集和設備狀態(tài)分析可獲得高能效區(qū)域的特定位置，并評估設備的節(jié)能措施和具體效果，包括恢復制動、諧波治理、照明控制等。電源管理系統參數顯示模塊可遠程監(jiān)控電力和配電線路的實際運行狀態(tài)，并生成運行狀態(tài)報告，如電力參數、功耗和分時測量。同時，還將根據使用管理系統軟件收集的數據進一步研究歷史負載、功耗和利潤率，以提高系統設備的利用率。

3 地鐵低壓配電系統的組成

在地鐵供電系統中，低壓供電和配電系統可分為外接電源、牽引供電系統、主電源、電力照明系統、雜散電流腐蝕防護系統和電纜監(jiān)控系統。地鐵的低壓配電系統分為照明配電和電力配電。地鐵站能耗非常大，站內總負荷的一半是能源負荷。根據使用情況和重要性，可將荷載和照明效能分為主要荷載、次要荷載和第三荷載。徑向分布模式用于主要負載，用于分配非常重要的負載，例如電源、應急照明、信號系統和電力系統中的自動火警系統;二次載荷使用應變分布和徑向分布的組合模式。依賴于次要負載分布的設備包括控制和設備照明、電梯和入口和出口照明以及用于間隔維護的電源。

4 地鐵的低壓共配電系統的供電方式

照明設備和電力設備根據其重要性和負荷特性分為Ⅰ類、Ⅱ類和Ⅲ類負荷。電源也可作為如上所述電源分配的重要參考。對站內低壓負荷進行分類時，應考慮運行要求和施工條件，并應詳細了解各負荷的重要性，以確保雙供電線路的適當和準確。在主負載下，兩個電源應與主電源和輔助成本系統分開，并在切斷電源的情況下，以確保普通電源和備用電源可在電源線末端的機架上自由滑動。在交叉電源和塊功率分配控制條件下，照明主要在站臺和大廳公共區(qū)域進行。在二次負載下，電源主要依賴于電力供應器的低壓電源，或供電裝置中的一次和二次負載總線供應到機架上。如果交流電源變?yōu)閱温方涣麟娫矗瑒t低壓部分斷路器將切換電源。三個臥室的負載主要由一個電源供應器供電。

5 地鐵區(qū)間隧道風機的供配電方案

采用科學合理的分配方式來降低項目成本。根據地鐵車站的主要位置和隧道風機之間的距離，分析了風機在三種情況下的具體輸送方案和分布情況，并選擇了較為合理的方案，同時降低了工程造價。第一種類型是地鐵隧道風機與車站主體之間的直接距離超過300 m。目前，站與隧道風機之間的距離相當長。當然，如果采用大型電纜和總線模式來供電，會增加成本并降低電力和配電可靠性。當使用高壓電源模式（即創(chuàng)建以下電源）時，只需要兩個變壓器和兩個35 kvgs高壓機架側。此方案可以節(jié)省大量的低壓電纜，從而節(jié)省大量的工程成本。第二種類型是地鐵隧道風機與車站之間的距離小于300 m。在隧道式風扇周圍設置了一個或多個電源，兩個電源可以通過一個電源或一個盤柜無縫切換，從而實現地鐵隧道式風扇的電源。傳輸過程中此模式的電壓損失小于5%，這可能會滿足主負載兩個電源的自動負載平衡要求。第三種類型是地鐵隧道風機布置在車站主體內。兩個電源供應器（從電源線到環(huán)境控制和電子控制室）均采用單回路電源模式，以滿足地鐵隧道風扇的電源需求。通過環(huán)境控制和電子復印室，實現了自動雙電源現場睡眠。

6 地鐵變電所的設置方式

地鐵線路設計和使用中應遵循的原則是在滿足電源要求的同時，最大限度地降低經濟成本。有三種特定的方案：一種電源模式、兩種電源模式和一種房間電源模式。在電源模式下，在負荷站內設置了大型的減壓裝置;在兩種電源模式下，在地鐵區(qū)間的適當位置建立配電裝置;在一個房間的電源模式下，會建立一個低電壓的房間和一個電源，根據地鐵的實際情況，選擇不同的供電模式，以滿足節(jié)能、合理、充足的供電需求。

7 總結

總而言之，在中國地鐵建設和運營管理中，人們更加重視節(jié)能降耗。地鐵供電不能有效保證，會導致運行困難，直接影響人們的順利出行。因此，提高地鐵供電可靠性和穩(wěn)定性具有重要的現實意義。智能低壓供電系統和ups可提供可靠、穩(wěn)定、安全的地鐵電源，具有廣闊的應用前景。因此，本文針對地鐵車站低壓供電系統設計了智能電源管理系統。研究表明，該系統具有較好的可行性和可靠性，能夠在網絡集中控制的基礎上實現設備能耗信息的最優(yōu)控制，從而科學有效地控制能耗，提高能源利用率，節(jié)約變電站運行成本，值得推廣應用。

參考文獻：

[1]任曉娜，麥衛(wèi)華.變電站智能地線管理系統的應用[J].電子世界，2019（23）：181-182.

[2]吳曉楓.電能管理系統在智能軌道交通中的設計與應用[J].通訊世界，2020（4）：137-138.