杜偉波

廣東省石油化工建設(shè)集團(tuán)公司 廣東廣州 510235

智能化技術(shù)在廣州地鐵低壓配電系統(tǒng)中的應(yīng)用

杜偉波

廣東省石油化工建設(shè)集團(tuán)公司 廣東廣州 510235

介紹了智能斷路器的構(gòu)成及其原理，分析了廣州地鐵智能低壓配電系統(tǒng)的應(yīng)用模式以及智能低壓配電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、智能低壓配電系統(tǒng)通訊網(wǎng)絡(luò)、智能低壓配電控制系統(tǒng)的構(gòu)成，闡明了智能化技術(shù)的應(yīng)用對(duì)提高自動(dòng)化程度，實(shí)現(xiàn)地鐵運(yùn)營管理的實(shí)時(shí)、可靠、快速、強(qiáng)抗干擾能力起到了越來越重要的作用。

智能斷路器 現(xiàn)場(chǎng)總線 低壓配電系統(tǒng)

1 前言

隨著電力技術(shù)的高速發(fā)展，特別是隨著電力系統(tǒng)控制方式數(shù)字化進(jìn)程的發(fā)展應(yīng)用以及電力系統(tǒng)綜合自動(dòng)化的廣泛應(yīng)用，包括供電系統(tǒng)和配電系統(tǒng)在內(nèi)的電力系統(tǒng)正向信息化和智能化邁進(jìn)。智能化技術(shù)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(dòng)化、網(wǎng)絡(luò)化、實(shí)時(shí)化、精確化，也正在廣泛應(yīng)用于對(duì)普通民眾來說最密切相關(guān)的低壓配電系統(tǒng)中[1]。作為公司派駐的工程項(xiàng)目總工程師，本人參加了廣州地鐵一、二、三、五號(hào)線機(jī)電安裝工程的建設(shè)，對(duì)廣州地鐵智能化技術(shù)的應(yīng)用過程有比較深刻的了解。廣州地鐵一號(hào)線和二號(hào)線低壓配電系統(tǒng)采用傳統(tǒng)的備自投裝置，功能單一 ，供電可靠性不夠高；其以點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的方式與上位監(jiān)控系統(tǒng)連接，大量的控制電纜造成現(xiàn)場(chǎng)接線和調(diào)試工作量大，日后的維護(hù)也比較困難；另外設(shè)備控制采用繼電器接觸器控制，分離的電氣元件多，接線復(fù)雜，可靠性也較差。因此，從地鐵三號(hào)線開始，包括四、五號(hào)線，以及目前的二、八號(hào)線延長(zhǎng)線，裝備了國內(nèi)先進(jìn)的“智能低壓配電系統(tǒng)”，簡(jiǎn)化了控制線路和現(xiàn)場(chǎng)接線、維護(hù)檢修工作,保證了高質(zhì)量、高安全、高可靠性的地鐵供電要求，同時(shí)為系統(tǒng)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(tǒng)應(yīng)用模式

2.1 智能化模式

廣州地鐵智能低壓配電系統(tǒng)主要是采用智能斷路器和現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)共同應(yīng)用模式。配電系統(tǒng)中的智能化斷路器經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)總線與遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)系統(tǒng)連接實(shí)現(xiàn)開關(guān)保護(hù)定值設(shè)置、電參量測(cè)量與顯示、故障與維護(hù)信息管理、電能質(zhì)量綜合監(jiān)測(cè)、遠(yuǎn)程控制及參數(shù)越限告警等功能。地鐵低壓配電系統(tǒng)是直接向軌道交通中的其它系統(tǒng)包括動(dòng)力系統(tǒng)、軌道系統(tǒng)、環(huán)控系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)、消防系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、安保系統(tǒng)、信號(hào)系統(tǒng)等提供電能的重要子系統(tǒng),同時(shí)還監(jiān)測(cè)控制各種動(dòng)力設(shè)備和照明等設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。由于智能低壓配電系統(tǒng)處于控制系統(tǒng)的最底層,通信網(wǎng)絡(luò)選用了現(xiàn)場(chǎng)總線結(jié)構(gòu),智能元件均具有通信口。開關(guān)量、電量參數(shù)都可通過現(xiàn)場(chǎng)總線傳送到中央控制室的計(jì)算機(jī)上，實(shí)現(xiàn)對(duì)供配電回路或設(shè)備的計(jì)量、軟起動(dòng)、變頻、控制、保護(hù)、監(jiān)視、故障診斷、故障報(bào)警和預(yù)報(bào)警等功能。

2.2 智能斷路器的構(gòu)成及其原理

智能化斷路器中智能化技術(shù)的應(yīng)用核心是集保護(hù)、測(cè)量、監(jiān)控于一體的多功能脫扣器，它主要由微處理器單元、信號(hào)檢測(cè)采集單元、開關(guān)量輸入單元、顯示和鍵盤單元、執(zhí)行輸出單元、通信接口、電源等幾個(gè)部分組成，如圖1所示[2]。

廣州地鐵智能低壓配電系統(tǒng)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(jiǎn)述其主要構(gòu)成和工作原理。

該斷路器由E系列開關(guān)、PR112、PR113保護(hù)脫扣器和附加的內(nèi)部模塊以及運(yùn)行和診斷軟件TestBus2組成。PR112、PR113保護(hù)脫扣器使E系列產(chǎn)品的脫扣器更加完善齊全，這是一種高性能和保護(hù)功能豐富的脫扣器，除了為斷路器提供完善保護(hù)、測(cè)量、信號(hào)、數(shù)據(jù)日志和控制功能，它代表了低壓斷路器保護(hù)脫扣器的技術(shù)基準(zhǔn)。同時(shí)，ABB的E系列PR112、PR113智能化萬能式斷路器可裝配附加內(nèi)部模塊來加強(qiáng)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(nèi)部,有一內(nèi)部特殊系統(tǒng)總線TestBus2作為該結(jié)構(gòu)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(nèi)部系統(tǒng)總線上的模板都可直接訪問現(xiàn)有斷路器數(shù)據(jù)源,以保證快速地訪問信息和響應(yīng)事件。這樣，通過內(nèi)部特殊系統(tǒng)總線與各附加模塊(包括PR120/K 信號(hào)模塊、PR120/V 測(cè)量模塊、PR120/D-M 通訊模塊、PR120/D-BT無線通信模塊等數(shù)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(dòng)化方案。

2.3 現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)

現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)是80年代末90年代初發(fā)展起來的應(yīng)用于過程自動(dòng)化和制造自動(dòng)化領(lǐng)域的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)。它集中了自動(dòng)化控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等多項(xiàng)成果。它的出現(xiàn)將給自動(dòng)化領(lǐng)域帶來又一次重大變革，現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖，如圖2。

3 廣州地鐵智能低壓配電系統(tǒng)的構(gòu)成

3.1 智能低壓配電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

在地鐵智能低壓配電系統(tǒng)中,變電所進(jìn)線、母聯(lián)、三級(jí)負(fù)荷總開關(guān)、環(huán)控電控室饋出開關(guān)均采用了智能斷路器，在變電所預(yù)留半面柜設(shè)置SCADA智能接口通訊模塊。整個(gè)智能低壓配電系統(tǒng)由智能斷路器、小型PLC呈智能I/O、現(xiàn)場(chǎng)總線等組成,并通過智能通信接口模塊與SCADA（數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)）連接。整個(gè)低壓部分有眾多開關(guān)柜,除完成正常的輸配電功能,還具備通訊功能與上位機(jī)組網(wǎng),形成低壓配電監(jiān)控裝置遠(yuǎn)程組態(tài)、診斷、測(cè)試、維護(hù)等功能,進(jìn)行低壓電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),及時(shí)發(fā)現(xiàn)和定位電網(wǎng)故障。地鐵智能低壓配電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示。

3.2 智能低壓配電系統(tǒng)通訊網(wǎng)絡(luò)

圖4為地鐵智能低壓配電系統(tǒng)通訊網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖[3]。在此網(wǎng)絡(luò)中,處于低壓配電室的進(jìn)線柜、聯(lián)絡(luò)柜中的智能斷路器將采集到如電壓、電流、功率因數(shù)、斷路器狀態(tài)等各種參數(shù)，通過和它相連接的RS485送至本變電室光電接口，在光電轉(zhuǎn)換器處將電氣信號(hào)轉(zhuǎn)換為可以在光纖網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行遠(yuǎn)傳的光信號(hào)。從遠(yuǎn)端傳輸來的光信號(hào)經(jīng)過NSC100轉(zhuǎn)換為RS232電氣標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，再由NPort5610轉(zhuǎn)換為適用于以太網(wǎng)的協(xié)議語言。

在中央控制室，值班人員可在PC機(jī)上看到所有配電室的設(shè)備運(yùn)行狀況，隨時(shí)處理發(fā)生的緊急狀況，從而避免出現(xiàn)問題后由于信息閉塞而帶來設(shè)備損毀的可能。技術(shù)工程師可在此時(shí)對(duì)各開關(guān)進(jìn)行參數(shù)設(shè)置、組態(tài)、診斷、測(cè)試、維護(hù)等。

3.4 智能低壓配電控制系統(tǒng)

地鐵智能低壓控制系統(tǒng)采用的是單總線結(jié)構(gòu)?？紤]到系統(tǒng)可靠性要求，對(duì)于設(shè)備較多可靠性要求較高時(shí)采用多條單總線形式。如：一個(gè)車站環(huán)控電控室選用3條現(xiàn)場(chǎng)總線；區(qū)間及車站變電所選用1條現(xiàn)場(chǎng)總線。SCADA供貨商選用設(shè)備本身具有3個(gè)通信可掛3條現(xiàn)場(chǎng)總線。低壓柜內(nèi)、低壓柜與網(wǎng)關(guān)采用總線連接，通過網(wǎng)關(guān)輸出至車站BAS系統(tǒng)，區(qū)間風(fēng)機(jī)房（超100m）采用光纖連接到車站BAS控制器，智能低壓控制系統(tǒng)示意圖如圖5所示。

4 結(jié)語

從目前廣州地鐵實(shí)際運(yùn)行的情況來看，智能化技術(shù)和現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)在廣州地鐵低壓配電系統(tǒng)中的應(yīng)用，完善了各用電設(shè)備的保護(hù)功能、提高了系統(tǒng)的可靠性和自動(dòng)化程度，簡(jiǎn)化了低壓配電系統(tǒng)與EMCS的接口，實(shí)現(xiàn)了地鐵運(yùn)營管理的實(shí)時(shí)、可靠、快速、強(qiáng)抗干擾能力的要求，同時(shí)提高了系統(tǒng)的可維護(hù)性[4]。相信在以后的地鐵線路中，智能化技術(shù)將更加廣泛的應(yīng)用在低壓配電系統(tǒng)、變電系統(tǒng)、動(dòng)力系統(tǒng)、照明系統(tǒng)等電氣系統(tǒng)中，在可靠、安全、快速的地鐵運(yùn)輸系統(tǒng)中發(fā)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(yè)技術(shù)開發(fā),1997(3):4

2高仁堂 智能化技術(shù)在低壓斷路器上的應(yīng)用 冶金動(dòng)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(yīng)用 科技資訊,2007(6):58-59

4陳健.地鐵車站設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和功能介紹[J].微計(jì)算機(jī)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(xué)本科 電氣高級(jí)工程師，主要從事機(jī)電工程和石油化工設(shè)備安裝技術(shù)工作,發(fā)表專業(yè)論文共3篇.

2010-10-15)