張 振 宇
(北京城建設計發(fā)展集團股份有限公司, 北京 100037)
地鐵低壓配電系統(tǒng)實現(xiàn)的是地鐵供電網(wǎng)絡中全方位的服務功能,承擔除電動車組以外給所有低壓負荷提供電能的重要任務,保證所有動力照明設備配電的安全、可靠、有效。地鐵低壓負荷種類繁多,服務功能也各異,有的負荷為防災害負荷,如排煙風機、雨水泵等,有的負荷為維持日常運營所必須的負荷,如照明、扶梯、自動售檢票系統(tǒng)(AFC)等。動力照明低壓配電系統(tǒng)需根據(jù)負荷分級、負荷性質(zhì)進行相應的配電,并實現(xiàn)部分設備的就地控制,預留火災報警系統(tǒng)(FAS)、樓宇自動化系統(tǒng)(BAS)遠程控制的接口條件,控制系統(tǒng)接線形式與遠程控制的BAS、FAS發(fā)出指令有密切關系,其可靠性直接影響到設備運行連續(xù)性及操作控制的方便性[1-2]。
地鐵線路一般采用集中式、分散式或混合式接線方式將城市電網(wǎng)電源接入地鐵線路,城市電網(wǎng)的波動或地鐵內(nèi)部電源間切換都有可能導致低壓配電網(wǎng)絡的波動。電網(wǎng)波動造成危害有:運行中的電動機設備停機;集中控制的照明燈具大面積停電;實時上傳數(shù)據(jù)的系統(tǒng)存儲單元的數(shù)據(jù)丟失等,因此在設計中要預防電源波動對運行設備造成不良的后果,目前電氣設計者應重點考慮[3-5]。
地鐵消防專用送、排風機屬于一級負荷,火災時啟動風機進行送風排煙。專用消防風機電控箱一次系統(tǒng)如圖1所示,采用雙電源切換裝置、負荷隔離開關、斷路器、接觸器、熱繼電器對風機進行配電、保護及控制。
消防專用風機在火災時由FAS系統(tǒng)遠程啟動并采用模式控制,風機需連續(xù)運行1 h[6-7]。車站變電所0.4 kV主接線如圖2所示。排煙風機啟動運行期間,出現(xiàn)單母線分段接線形式的0.4 kV主進電源1失壓,需延時跳進線斷路器QF1,母線分段斷路器QF3合閘,此時排煙風機電控箱的主供電源由斷路器QF2供電的母線供電,而排煙風機電控箱設置的雙電源切換裝置不管是否設置延時自投(不設置延時自投,雙電源切換裝置ATSE切換本身也需要固有的時間),
圖1 專用消防風機電控箱一次系統(tǒng)
圖2 車站變電所0.4 kV主接線
都會有短暫的停電時間,導致排煙風機電控回路會有短時停電間隔。接觸器主觸頭由于其線圈電壓消失而斷開,排煙風機停機。此外,其他情況的電源波動也可能導致排煙風機電控箱進線電源電壓波動,使電控回路上的接觸器主觸頭斷開,風機停機[8-11]。
風機需要再次啟動運行,必須FAS遠程發(fā)來的常壓有源信號觸發(fā)風機啟動,則風機在電網(wǎng)恢復正?;螂娫辞袚Q后會直接啟動,系統(tǒng)恢復正常排煙模式。但此時FAS引來的信號為有源脈沖信號,風機電控箱二次回路接線中即使采用自保持回路,當供電電源恢復后仍然無法自啟動風機,排煙風機仍處于停機狀態(tài),無法實現(xiàn)排煙,需采用其他措施來啟動風機。當然可以采用應急啟動(即IBP強啟)。但在火災工況下工作人員處于救災狀態(tài),恢復供電后直接自啟是首選。
部分軌道交通車站站廳、站臺公共區(qū)照明仍采用接觸器集中控制照明啟、停的方式,公共區(qū)照明配電箱一次系統(tǒng)圖如圖3所示。地下公共區(qū)照明為一級負荷,日常運營時提供足夠的照度,公共區(qū)照明突然停電會引起人員密集場所乘客的恐慌,造成較大社會影響。
圖3 公共區(qū)照明配電箱一次系統(tǒng)圖
公共區(qū)照明一般采用BAS遠程集中控制,BAS系統(tǒng)遠程以常壓或脈沖的信號方式給配電箱發(fā)出控開、控關的指令,使得公共區(qū)照明按照預定模式開啟或關閉。當遠程BAS發(fā)出脈沖信號時與上述的排煙風機類似,在電網(wǎng)電壓波動時接觸器主觸頭斷開,導致停電事故,電網(wǎng)恢復供電后沒有自恢復供電的能力,需車站綜控室的工作人員在電壓穩(wěn)定后再次由BAS發(fā)出命令,使接觸器吸合。當采用常壓信號時出現(xiàn)電網(wǎng)波動,系統(tǒng)有自恢復供電能力,BAS系統(tǒng)屬于弱電系統(tǒng)設備,當BAS系統(tǒng)在長期連續(xù)運營中出現(xiàn)“死機”時,照明系統(tǒng)的命令消失,公共區(qū)照明也會停止[12-13]。
改進做法是BAS系統(tǒng)遠程命令采用常壓反邏輯來控制公共區(qū)照明方式,當BAS系統(tǒng)發(fā)出常壓命令后關閉公共區(qū)燈具,當常壓命令消失后燈具開啟。公共區(qū)照明配電箱二次原理圖如圖4所示,KA1中間繼電器接受BAS系統(tǒng)引來常壓有源信號,正常運行時,轉(zhuǎn)換開關SA處于遠程狀態(tài),中間繼電器KB帶電,其常開觸點閉合,中間繼電器KA1沒有接收到BAS系統(tǒng)遠程指令,其常閉觸點閉合,燈具處于點亮狀態(tài);當電網(wǎng)波動時接觸器也會因短時斷電而斷開,但是電源平穩(wěn)后接觸器線圈KM自動得電,燈具仍處于正常工作狀態(tài)。BAS系統(tǒng)死機也不會使正常運行的燈具停機。當停運后需要BAS系統(tǒng)關閉照明時,BAS系統(tǒng)發(fā)出常壓命令,燈具處于關閉狀態(tài)。
圖4 公共區(qū)照明配電箱二次原理圖
標準的地下車站站廳兩端分別設置通風空調(diào)電控柜。通風空調(diào)電控柜給通風空調(diào)設備提供電源并實現(xiàn)現(xiàn)場控制,消防風機(非前述的消防專用風機)采用兩路獨立220/380 V電源通過雙電源切換裝置給風機提供電源。所有由通風空調(diào)電控柜提供電源的風機運行狀態(tài)、故障信號、轉(zhuǎn)換開關位置信號等信息實時通過通風空調(diào)電控柜內(nèi)設置的PLC上傳至BAS系統(tǒng),同時BAS系統(tǒng)通過PLC給風機發(fā)出控開、控關命令。
設置在通風空調(diào)電控柜內(nèi)的PLC所引的電源很多情況引自自身雙電源切換裝置下口,當雙電源切換裝置在電網(wǎng)波動或切換時PLC斷電,導致BAS系統(tǒng)上傳的數(shù)據(jù)丟失。因此,PLC電源引自其他專業(yè)設置的UPS電源,也可以在通風空調(diào)電控柜內(nèi)設置1個小容量的UPS電源,由此UPS電源給PLC供電。
消防專用風機應接收FAS引來的有源常壓信號啟動風機,才能避免在火災工況下電網(wǎng)波動導致風機停止的風險;采用接觸器控制照明系統(tǒng),BAS系統(tǒng)控制采用常壓反邏輯方式控制照明;通風空調(diào)電控柜的PLC電源需引自UPS電源,確保電源波動時數(shù)據(jù)不丟失。