姜亞楠

摘要：地鐵車站低壓配電系統(tǒng)是保障地鐵正常安全運行的重要組成部分，同時承擔著在發(fā)生故障及火災(zāi)等緊急情況時施以救援、疏散和消防的責任。本文結(jié)合工程實例，闡述了地鐵車站低壓配電監(jiān)控系統(tǒng)方案的設(shè)置，可為地鐵車站運行安全提供保證。

關(guān)鍵詞：地鐵車站；低壓配電；監(jiān)控系統(tǒng)；方案；分析

引言

地鐵車站是直接面向公眾服務(wù)的軌道交通的窗口。車站的低壓配電監(jiān)控系統(tǒng)不僅保證了地鐵的正常運營和安全運行，更擔負著故障及火災(zāi)情況時的緊急救援、疏散、消防等重任。但由于目前車站低壓配電系統(tǒng)內(nèi)部的弱電監(jiān)控系統(tǒng)越來越多，且各系統(tǒng)都是單獨組建，導(dǎo)致設(shè)備重復(fù)設(shè)置、各數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)縱橫交錯、設(shè)置于控制室中的系統(tǒng)后臺設(shè)備擁擠不堪、工作人員面對眾多系統(tǒng)工作壓力大、資源浪費也相當嚴重；同時各系統(tǒng)與外部的接口繁雜，調(diào)試維護復(fù)雜，使用也十分不便?；诖耍疚谋Y源共享、節(jié)約投資的理念，研究出一種低壓配電監(jiān)控綜合集成系統(tǒng)，以實現(xiàn)配電系統(tǒng)配套的各監(jiān)控系統(tǒng)的資源共享，簡化接口。

1工程概況

某地鐵一期工程，線路全長34.17km，共設(shè)23個站，根據(jù)本線電力專業(yè)的設(shè)計原則，將在車站變電所內(nèi)設(shè)置能源管理系統(tǒng)、低壓配電監(jiān)控系統(tǒng)、電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)，在車站區(qū)間設(shè)置集中型智能消防疏散系統(tǒng)，公共區(qū)設(shè)置智能照明控制系統(tǒng)，環(huán)控電控柜設(shè)置電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)，低壓消防配電系統(tǒng)設(shè)置消防設(shè)備電源監(jiān)控系統(tǒng)。

2地鐵的低壓供配電系統(tǒng)的組成

在地鐵供電系統(tǒng)中，我們按照各個組成部分的功能分為了主變電所、牽引供電系統(tǒng)、外部電源、動力照明系統(tǒng)、電力監(jiān)控系統(tǒng)和雜散電流腐蝕防護系統(tǒng)。在地鐵內(nèi)低壓配電中又由動力配電和照明配電兩部分組成，地鐵的地下車站耗電量是巨大的，其中總負荷的一半約為環(huán)控動力負荷，所以我們又按照動力、照明的用電負荷的不同用途和重要性分為了一級負荷、二級負荷和三級負荷。在一級負荷中，我們主要采用放射式配電方式，主要為應(yīng)急照明、變電所操作電源、火災(zāi)自動報警系統(tǒng)和信號系統(tǒng)等提高特別重要的負荷；二級負荷中我們主要采用樹干式配電和放射式配電方式混合使用，在這其中依靠二級負荷的設(shè)備主要有設(shè)備區(qū)和管理區(qū)的照明、出入口的通道照明和電梯、區(qū)間維修電源等，在這之中由于空調(diào)和通風的設(shè)備容量又較大，所以我們在設(shè)備聚集處建立環(huán)控電控室進行集中配電；三級負荷中，我們一般采用單電源供電方式，主要為公共區(qū)及管理用房的空調(diào)系統(tǒng)、廣告照明和電采暖、電茶爐等提供負荷。

3低壓配電監(jiān)控系統(tǒng)方案的設(shè)置

3.1單獨分散組網(wǎng)方案

相比一般的車站，低壓配電監(jiān)控系統(tǒng)包括若干個電力數(shù)據(jù)采集器，該電力數(shù)據(jù)采集器包括：電流互感器、電壓互感器、諧波采集器和開關(guān)狀態(tài)采集器，用于采集電力監(jiān)控數(shù)據(jù)。能源管理系統(tǒng)由多個分布在車站內(nèi)的能耗數(shù)據(jù)采集器組成，用于采集能耗數(shù)據(jù)。電氣火災(zāi)監(jiān)測系統(tǒng)包括若干個分布在低壓柜或配電箱內(nèi)的探測器，探測器包括剩余電流式電氣火災(zāi)探測器、高低壓藍牙溫度探測器和線型光纖感溫火災(zāi)探測器，用于探測電氣火災(zāi)的狀況，圖1為電氣火災(zāi)監(jiān)測系統(tǒng)組網(wǎng)方案。低壓配電監(jiān)控系統(tǒng)和能源管理系統(tǒng)的監(jiān)控組網(wǎng)方案與之類似。

這樣的監(jiān)控系統(tǒng)單獨分散組網(wǎng)方案特點是：（1）各系統(tǒng)單獨組網(wǎng)，數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)和后臺主機都獨立設(shè)置，總投資高；（2）后臺主機設(shè)置于控制室內(nèi)，每個系統(tǒng)都是獨立的主機，占地面積大；（3）各系統(tǒng)為多個廠商的設(shè)備，控制室日常需關(guān)注多套系統(tǒng)終端，很不方便；（4）各系統(tǒng)獨立運行，總體的可靠性較高；（5）由于測控終端重復(fù)設(shè)置，造成成套配電設(shè)備內(nèi)部元器件擁擠，散熱不良，相互干擾，配線復(fù)雜，易造成故障。

3.2綜合集成組網(wǎng)方案

3.2.1末端測控層共享分析

能源管理系統(tǒng)、低壓配電監(jiān)控系統(tǒng)、電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)這3個系統(tǒng)所需采集的數(shù)據(jù)及末端測控設(shè)備配置如表1所示。

根據(jù)表1進行分析，可以得出能源管理系統(tǒng)、低壓配電監(jiān)控系統(tǒng)的測控層采集的數(shù)據(jù)和測控設(shè)備為重復(fù)設(shè)置，是可以進行合并共享的；而電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)由于采集數(shù)據(jù)及測控設(shè)備與其他兩個系統(tǒng)都不一致，需單獨設(shè)置。

3.2.2數(shù)據(jù)傳輸層共享分析

地鐵車站的降壓變電所一般有150個進出線回路，根據(jù)對進線、饋線不同的監(jiān)控要求，低壓配電監(jiān)控系統(tǒng)共計采集約1225點，能源管理系統(tǒng)共計采集約600點（可以與低壓配電監(jiān)控系統(tǒng)點數(shù)共享），電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)共計采集約450點，共計需采集約1675點。

一個車站變電所組建一個低壓配電集成監(jiān)控系統(tǒng)，系統(tǒng)中的幾個子系統(tǒng)通過一個局域以太網(wǎng)連接起來。在實際運營過程中，局域網(wǎng)的帶寬主要考慮極限情況下，一個變電所故障，變電所范圍內(nèi)所有監(jiān)控點每0.5s與系統(tǒng)交換1次數(shù)據(jù)的能力。地鐵車站變電所的總點數(shù)約為1675點，在極限情況下，1675點均在0.5s內(nèi)同時發(fā)生變化，每個點均是在一個獨立的以太網(wǎng)幀中傳輸，故此時每秒的數(shù)據(jù)量為1675×2=3350包。由于工程的數(shù)據(jù)基本為設(shè)備狀態(tài)和模擬量，占用字節(jié)數(shù)不大，故暫按經(jīng)驗值每幀100個字節(jié)計算，則變電所故障時的網(wǎng)絡(luò)通道開銷為8×100×3350=2680000包=2.68Mb。此時局域網(wǎng)實際數(shù)據(jù)占用的帶寬約為2.68Mbps，考慮局域網(wǎng)負荷率最大按30%，因此局域網(wǎng)最大所需帶寬約為8.93Mbps。考慮后期業(yè)務(wù)拓展，建議局域網(wǎng)的帶寬為100Mbps。

3.2.3后臺管理層共享分析

根據(jù)以上對末端測控層和數(shù)據(jù)傳輸層的分析，能源管理系統(tǒng)、低壓配電監(jiān)控系統(tǒng)、電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)這3個系統(tǒng)總共的信息采集點數(shù)的量級為不足2000個，局域網(wǎng)為百兆帶寬以太網(wǎng)，以數(shù)據(jù)處理量和網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)來看，后臺管理層的工作站和服務(wù)器按不小于CPU主頻2.4GHz，內(nèi)存2GB，硬盤500G配置即可滿足多系統(tǒng)集成的數(shù)據(jù)存貯、檢索分析等功能要求和任務(wù)。以目前網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)處理軟硬件的運算水平來說，集成系統(tǒng)是一個數(shù)據(jù)體量及任務(wù)不大的系統(tǒng)，一般的監(jiān)控軟件能夠勝任。

3.3電氣火災(zāi)監(jiān)控設(shè)備要求

（1）電氣火災(zāi)監(jiān)控設(shè)備應(yīng)具有直接連接剩余電流探測器、測溫式電氣火災(zāi)探測器的功能，應(yīng)能同時處理上述探測器探測信號的能力。

（2）監(jiān)控設(shè)備應(yīng)對所轄范圍內(nèi)的各類探測器的報警信號進行聲、光報警，并在顯示器上顯示報警位置及探測器實測值。

（3）不同類型探測器故障信息應(yīng)有明顯區(qū)別。監(jiān)控設(shè)備能夠按用戶級和管理級權(quán)限靈活設(shè)置，用戶級權(quán)限具有靈活分配模塊操作權(quán)限功能。

（4）監(jiān)控設(shè)備應(yīng)具有以太網(wǎng)接口（RJ45），可直接與綜合監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)。綜合監(jiān)控系統(tǒng)通過RJ45接口（TCP/IP協(xié)議）在訪問和獲取多功能火災(zāi)探測系統(tǒng)主機信息時，系統(tǒng)主機能夠提供以自定義的報警分區(qū)為單位的即時光纖溫度信息，包括最大溫度、平均溫度、最小溫度、預(yù)報警信息、報警信息等，提供測溫式電氣火災(zāi)探測器、剩余電流式電氣火災(zāi)探測器即時信息；接收來自綜合監(jiān)控系統(tǒng)的時鐘同步信號，并校正自身時鐘信號。

（5）監(jiān)控設(shè)備系統(tǒng)主機采用網(wǎng)絡(luò)接口直接與火災(zāi)報警系統(tǒng)專業(yè)聯(lián)網(wǎng)，火災(zāi)報警系統(tǒng)可通過該接口訪問和獲取系統(tǒng)主機信息，包括饋電回路剩余電流、饋電回路三相溫度。

4結(jié)語

綜上所述，地鐵車站低壓配電監(jiān)控綜合集成系統(tǒng)對保證地鐵的安全可靠運行具有不可忽視的作用。本文通過對各低壓配電監(jiān)控子系統(tǒng)的分析，本著資源共享、節(jié)約投資的理念，提出了車站低壓配電監(jiān)控綜合集成系統(tǒng)的概念及具體的系統(tǒng)設(shè)置方法。經(jīng)比較分析證明此綜合集成方案優(yōu)化了單獨分散的監(jiān)控組網(wǎng)方案，可以減少設(shè)備投資、簡化車站低壓配電各監(jiān)控子系統(tǒng)與外界接口，提高安裝調(diào)試時的便利性及運營后期維護的可操作性，為車站運行安全提供保證。