徐云鶴(中國中鐵二院工程集團有限責任公司， 四川 成都 610031)

1 概述

智能型低壓電氣系統(tǒng)設備簡單地說就是采用了智能型元器件的設備，其主要特點是在傳統(tǒng)電氣設備和元器件基礎上充分應用了微電子技術、電力電子技術、計算機控制技術以及網(wǎng)絡通訊等新技術，具有較高的性能和可靠性。若干個智能型低壓開關柜經(jīng)數(shù)字通信與計算機系統(tǒng)網(wǎng)絡連接，組成智能低壓配電系統(tǒng)，具有遙測、遙控、遙信及遙調功能，可以實現(xiàn)低壓開關設備運行管理的自動化、智能化。

智能低壓配電系統(tǒng)可實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實時采集、數(shù)字通信、遠程操作與程序控制、保護定值管理、事件記錄與告警、故障分析、各類報表及設備維護信息管理等功能。針對低壓電氣系統(tǒng)直接面向控制終端，設備多、分布廣，而且現(xiàn)場條件復雜，系統(tǒng)本身及設備頻繁操作、故障脫扣等產(chǎn)生的強電磁及諧波干擾等特點，智能化監(jiān)控系統(tǒng)能實現(xiàn)面向對象的操作模式，具有強抗干擾能力，主要控制功能由設備層智能型元器件完成，形成網(wǎng)絡集成式全分布控制系統(tǒng)，以滿足系統(tǒng)運行的實時、快速及可靠性的要求。系統(tǒng)中的低壓智能型元件就其功能而言總體上可分為：電量參數(shù)測量、電能質量監(jiān)測、開關保護與控制及電動機控制等。由于現(xiàn)場總線技術的應用，系統(tǒng)中智能型元件可不依賴計算機網(wǎng)絡而獨立運行，極大地提高系統(tǒng)運行的實時性和可靠性，滿足低壓電氣設備運行管理的需要及工廠生產(chǎn)過程控制的要求。

智能型低壓配電系統(tǒng)應用非常廣泛，但鑒于目前其價格較高，因此現(xiàn)主要應用于：

1)電廠、變電站等發(fā)配電系統(tǒng)；

2)汽車制造、鋼鐵、石油化工和礦山等重要的工業(yè)領域；

3)碼頭、機場、地鐵等基礎設施；

4)高層建筑、超級商場、智能大廈等商業(yè)建筑和住宅。

上述領域新上項目基本上都應用了智能型低壓配電系統(tǒng)，用量較大，特別是近幾年需求量迅速增加。隨著經(jīng)濟的飛速發(fā)展，其用量會越來越大，智能型開關柜的時代已經(jīng)到來。

2 低壓電氣系統(tǒng)中智能控制技術在地鐵行業(yè)中 的應用

1)變電所智能低壓系統(tǒng)

低壓智能系統(tǒng)主要實現(xiàn)變電所低壓斷路器運行狀態(tài)的監(jiān)視，實現(xiàn)進線、母聯(lián)、三級負荷總開關的監(jiān)控；完成變電所備用電源的自動投切，即實現(xiàn)進線、母聯(lián)、三級負荷總開關間的互鎖；實現(xiàn)對智能斷路器遙控、遙測、遙信等功能。智能表及電能管理系統(tǒng)的設置對加強地鐵能耗的監(jiān)測并制定節(jié)能策略具有重要意義。

2)電氣火災監(jiān)測系統(tǒng)

(1)車站采用剩余電流式、測溫式電氣火災探測器探測電氣火災的報警系統(tǒng)。

(2)在0.4kV低壓開關室低壓饋出回路，設置電氣火災探測器。

(3)電氣火災探測器的漏電電流30mA～500mA能夠連續(xù)可調，監(jiān)控精度為0.5級；能夠可靠地采用數(shù)字信號傳輸；需要配置外置溫度探測器3組；溫度報警55℃～140℃連續(xù)可調，檢測溫度1級。

(4)監(jiān)控主機采用壁掛式安裝在0.4kV開關柜室，可連接64×4路監(jiān)控探測器；能夠對監(jiān)控探測器進行參數(shù)設置；能夠對監(jiān)控探測器的漏電報警電流設定值30mA～500mA連續(xù)可調。

3)電能管理系統(tǒng)

(1)電能計量自動抄表系統(tǒng)主要由前端采集子系統(tǒng)、通信子系統(tǒng)和中心處理子系統(tǒng)三部分組成。

(2)在變電所配置車站級電能管理子站(一臺PLC通訊管理采集器以及一套觸摸查詢監(jiān)控系統(tǒng))，能對進出線回路進行數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)管理，并完成數(shù)據(jù)分類匯總和打包以及報表的自動生成，子站預留通信輸出接口。在0.4kV開關柜室設置本站電能管理主機(一臺監(jiān)控電腦及一套觸摸查詢系統(tǒng))，主機預留接口將數(shù)據(jù)上傳到綜合監(jiān)控系統(tǒng)，主機可完成本站數(shù)據(jù)的匯總、報表生成、上傳等功能。

4)環(huán)控電控系統(tǒng)

環(huán)控電控智能系統(tǒng)主要實現(xiàn)對通風空調等設備的監(jiān)視、測量、控制和保護；實現(xiàn)對智能模塊的參數(shù)設定、復位等；通風空調設備通常設就地控制、環(huán)控電控室控制、上位監(jiān)控系統(tǒng)(BAS)控制三級控制，實現(xiàn)三級控制轉換及運行狀態(tài)顯示。

(1)環(huán)控設備控制方式與信號

環(huán)控設備采用智能環(huán)控系統(tǒng)，它由柜內智能元件、現(xiàn)場總線、通信管理機等設備組成，并與BAS系統(tǒng)控制器連接。

對于三相電動機回路，如各類風機、空調器、空調水系統(tǒng)的各類水泵，智能元件分為：變頻器、電機保護控制模塊。對于單相電機回路，如電動風閥、電動蝶閥，智能元件采用不具備保護功能的小型PLC或智能I/O。主要實現(xiàn)對通風空調設備(主要包括各類風機、空調器、電動風閥、電動蝶閥、冷水機組的冷凍水泵、冷卻水泵及冷卻塔風機)的測量、控制及保護等功能。

環(huán)控設備采用三級控制方式，即車控室控制，環(huán)控電控室控制和現(xiàn)場就地控制。監(jiān)視信號包括設備狀態(tài)信號和事故信號。與消防有關的電機過載故障只動作于信號不動作于跳閘，消防風機可在車控室按照模式執(zhí)行手動控制。

(2)環(huán)控設備控制系統(tǒng)方案

如圖1所示，在車站A端(小里程端)、B端(大里程端)環(huán)控電控室各設置一面控制柜，控制柜內安裝一套PLC、人機界面(HMI)和網(wǎng)關。網(wǎng)關用于PLC和現(xiàn)場總線之間的協(xié)議轉換以及現(xiàn)場總線接口的擴展，人機界面用于整個車站環(huán)控設備的當?shù)仫@示和控制。PLC通過雙工業(yè)以太網(wǎng)接口負責與BAS系統(tǒng)的通信連接，將接收到的模式指令解釋后下發(fā)到相應的環(huán)控柜。A端、B端PLC的CPU通過數(shù)據(jù)同步接口構成一套冗余系統(tǒng)，但是各自獨立控制自己的遠程智能I/O站和智能馬達控制器以及變頻器。正常工作情況下，由操作員指定A端或者B端的PLC為主控PLC，另外一端的PLC為備用PLC，主控PLC負責接收BAS系統(tǒng)通過工業(yè)以太網(wǎng)下達的控制指令，通過冗余CPU的數(shù)據(jù)同步接口傳遞給備用PLC。如果主控PLC的BAS系統(tǒng)通訊出現(xiàn)故障，系統(tǒng)將自動切換到備用PLC接收BAS系統(tǒng)的模式控制指令并通過冗余CPU的數(shù)據(jù)同步接口傳遞給主控PLC，同時將故障上報BAS系統(tǒng)。環(huán)控設備控制系統(tǒng)方案如圖1所示。

5)智能照明控制系統(tǒng)

車站公共區(qū)照明采用智能照明控制系統(tǒng)，根據(jù)車站一天中早晚客流變化設定調光曲線，由智能照明監(jiān)控軟件按照不同時間區(qū)段，將公共區(qū)照明回路組合成多種場景模式。并通過照明監(jiān)控軟件實行對照明回路進行實時監(jiān)控，起到節(jié)能的功效。

圖1 環(huán)控設備控制系統(tǒng)方案

3 節(jié)電措施

1)所有變、配、用電等設備及二次回路的控制設備均應采用低損耗高效能節(jié)能型產(chǎn)品。禁用國家明令淘汰的各種機電高耗能設備。

2)按生產(chǎn)區(qū)域、生產(chǎn)車間深入負荷中心設置供配電點，以就近供電；就地進行無功補償，使功率因數(shù)在0.9以上；合理選擇導線截面；采用必要的抑制非線性負荷所產(chǎn)生的高次諧波；以減少生產(chǎn)運行中的電能輸送損耗。

3)正確選擇和配置主變壓器、配電變壓器容量、臺數(shù)、運行方式，合理調配負荷，實現(xiàn)低耗經(jīng)濟運行，節(jié)約電能。

4)工藝風機運行參數(shù)選擇在風機特性高效區(qū)間，在風管道上盡量不設與控制無關的風門，在布置上充分做到流向合理，以降低管道阻力，節(jié)約風機電耗。對機泵設備運行負荷變化較大者，應采用變頻調速技術，以減少電能浪費。

5)全廠擬采用發(fā)光效率高的LED燈、熒光燈、金屬鹵化物為主的光源，并配套選用反射率高、光效高的節(jié)能燈具。

6)在廠區(qū)道路、露天操作平臺及巡檢通道、經(jīng)常無人活動的場所、室外配電裝置等的照明采用光電自動控制。綜合辦公場所、輔助生產(chǎn)建筑物等采用分開關控制，做到控制靈活、方便，人走燈滅。車站公共區(qū)照明采用智能照明控制系統(tǒng)。

7)分系統(tǒng)或車間安裝智能電能計量表計，55kW及以上電動機設置計量表計，以實行電耗的定額考核。

8)通風空調系統(tǒng)的風機、空調機組根據(jù)環(huán)境的變化通過BAS系統(tǒng)自動啟動或停止運行，減少能耗。

9)通風空調系統(tǒng)的設備按照遠期客流量計算出的通風空調負荷選擇，同時考慮初、近期運行時負荷的變化，對車站隧道排熱風機、組合式空調機組、大系統(tǒng)回排風機采用變頻技術，根據(jù)運行情況調節(jié)風量。在系統(tǒng)形式選擇、風機變頻控制、改變風機選型原則提高設備效率、采用節(jié)能運行模式等方面采取節(jié)能措施，節(jié)省能耗。

10)能源計量措施嚴格按國家標準《用能單位能源計量器具配備和管理通則》(GB 17167-2006)對本工程進行能源計量器具的配備。建立和完善能源計量管理、計量人員、能源計量器具檔案、能源計量器具檢定校準及能源計量數(shù)據(jù)分析等各項管理制度，確保能源數(shù)據(jù)準確可靠。

4 結束語

低壓電氣智能化的普及對軌道交通行業(yè)的意義主要在于提高軌道交通行業(yè)的設備系統(tǒng)先進性、供電可靠性、系統(tǒng)的可擴充性、調度的靈活性及運營的方便性。

當然，低壓電氣智能化程度要適度，避免不必要的投資增加和系統(tǒng)的復雜化，給運營維護帶來不便。如火災漏電監(jiān)測系統(tǒng)報警電流閥值到底調整到多少合理；智能儀表設置的回路及計量功能的選取數(shù)據(jù)上傳；環(huán)控電控的系統(tǒng)運行模式的轉換；智能照明的控制根據(jù)客流大小的投切；變頻風機、水泵根據(jù)具體情況采用何種頻率運行等，都是值得設計人員結合實際運行情況認真思考的問題。