城市軌道交通供電系統智能化探索與應用

（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、低碳環保的交通方式，軌道交通區域性規劃建設交通線網也在不斷規劃和籌建，并且將持續在未來的城市建設中占有重要位置。供電系統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定性，這對于我國城市軌道交通建設意義重大。優良的供電系統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綜述

1.1 城市軌道交通供電系統研究價值

城市軌道交通作為城市規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、載客量較大的優勢，軌道交通現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，可見供電系統在軌道交通的日常運轉中占據關鍵位置。供電系統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。可以說，供電系統的安全性及可靠性，為城市軌道交通的各個方面的設施安全穩定運營奠定了基礎。

1.2 城市軌道交通供電系統簡介

軌道交通牽引系統采用直流供電，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點。整個供電系統包括：外部電源、主變電站、牽引供電系統、動力照明供電系統和電力監控系統等。其中牽引供電系統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。而動力照明系統則包含降壓變電所、動力照明配電系統，主要負責向車站、區間動力系統、照明系統的提供電源[1]。

2.城市軌道交通電力監控系統智能化

2.1 智能化電力監控系統的結構

現階段我國的智能化電力監控系統主要是依靠高速光纖實施通訊，同時由主控制來實現統一的監控、管理、調度等，而其他的相關設備則處于分散監管的狀態。其中變電所的位置通過智能通訊設備管理機實現，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數據交換，進而通過監控計算機，實現實時通訊功能。

2.2 智能化電力監控系統的功能

2.2.1 數據采集處理功能

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

2.2.2 自動報警功能

通過在系統中錄入大量的事故信息、預告信息等，使整個系統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，對于意外情況發出預警信號，從而防止事故發生。比如用電回路中電壓、電流參數超出負荷允許范圍；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生。同時，當設備發生故障時，智能電力控制系統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

當故障發生時，系統能夠立即檢測出并且自動采用設置的保護方案。同時，系統能夠詳細的記錄下故障發生過程中的數據參數，在檢修人員到達現場時就可以通過讀取數據記錄、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日后的維護保養提供有效數據來作為參考。

2.2.4 遠程控制功能

通過將各個現場的運行設備與電力調度控制中心相互連接，實現通過在電力調度中心通過操作計算機來控制各個系統設備的運行狀況，達到遠距離控制設備的目的，實現智能化管理。為了保障遠程操作的準確性，系統還設置了多級口令，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。

2.2.5 自動備份歷史數據功能

通過設置歷史數據庫，讀取記錄設備運行中的各項數據，如正常運行數據、運行故障數據、維修數據等，來達到存儲設備各項歷史數據的功能，備份時間長達兩年以上，同時數據記錄周期可根據實際情況進行調整。后期設備維護或處理故障時就可以通過讀取歷史數據來了解設備的運行歷史和故障數據，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，達到調節燈光強弱、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，且大多數線路為地下線路，為達到節能的目的同時兼顧乘客乘坐舒適度的需求，照明系統的智能化管理十分必要。

3.1 智能化照明系統的結構

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；第三個是監控調試部分，主要包括系統管理軟件、可移動編程器、系統調試軟件等。通過屏蔽數據雙絞線的連接，將區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 智能化照明系統的功能

智能照明系統可以實現多項功能的智能化，通過控制軟件對場景模式、時鐘、數據統計等多項功能實現控制并且控制方式較為靈活。比如智能照明自帶定時器，可以通過數據設定來調整控制照明時間；根據照明需求，可以預先設定場景模式或者根據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智能管理，完成具體到單個燈具的開關控制、參數讀取，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維護等具有重要意義[2]。場景模式的預設功能也可以實現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能減排。

智能化照明系統同時具有智能預警功能，通過讀取回路中的電流、電壓等相關數據，在數據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依據。若在設定時間內故障未得到處理，控制系統將會依據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擴大。對于相關參數的記錄反饋，還可以為維修人員日后優化系統、保養維護提供依據。

4.結語

供電系統對于城市軌道交通的正常運行有著核心性的地位和作用，其智能化的發展方向也為旅客帶來了更加優質、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展不斷助推，從而滿足城市交通運營智能化發展的新需求。