佟強(qiáng)

摘 要：地鐵工程中的智能低壓配電系統(tǒng)選擇對(duì)地鐵運(yùn)行的穩(wěn)定性、安全性、自動(dòng)化等有重要影響。本文首先簡介了地鐵智能低壓配電系統(tǒng)，然后詳細(xì)描述了地鐵車站電力監(jiān)控系統(tǒng)，電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)，車站智能照明控制系統(tǒng)等隸屬于低壓配電智能化的相關(guān)內(nèi)容。通過這些分析可以全面立體的對(duì)智能低壓配電系統(tǒng)在地鐵工程中的多種應(yīng)用方式有更加詳盡的了解。

關(guān)鍵詞：智能低壓配電;地鐵工程;地鐵電力監(jiān)控系統(tǒng);電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng);智能照明控制系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TM7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2019）06-0121-02

0 引言

地鐵工程的低壓配電系統(tǒng)主要是為地鐵站內(nèi)公共區(qū)、設(shè)備管理用房區(qū)以及行車區(qū)間等區(qū)域提供通風(fēng)、給排水、通信、信號(hào)、綜合監(jiān)控、站臺(tái)門、AFC售檢票系統(tǒng)等 動(dòng)力設(shè)備以及以上相關(guān)區(qū)域內(nèi)照明等提供低壓電源及用電控制。地鐵工程中各種配套的設(shè)備和服務(wù)系統(tǒng)的接口繁多復(fù)雜，需要保持各個(gè)系統(tǒng)環(huán)節(jié)均正常運(yùn)行且密切配合，智能低壓配電系統(tǒng)可以更好地完善地鐵工程低壓配電系統(tǒng)的自動(dòng)化水平，以便通過配電及控制方式將地鐵內(nèi)各個(gè)用電系統(tǒng)整合為一個(gè)更加智能化的有機(jī)整體，在便利人們出行的同時(shí)，更好地保障地鐵乘客的出行安全。

1 智能低壓配電系統(tǒng)簡介

智能低壓配電系統(tǒng)是指通過系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)、信息技術(shù)，結(jié)合智能配電設(shè)備，實(shí)現(xiàn)有效發(fā)揮智能低壓元器件的控制功能，為系統(tǒng)的安全有效運(yùn)行提供更加完善的解決方案。[1]智能低壓配電系統(tǒng)是在傳統(tǒng)的低壓配電設(shè)備和元器件基礎(chǔ)上應(yīng)用電力電子技術(shù)、遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)控制技術(shù)以及通訊網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)，可以大大提高低壓配電系統(tǒng)自動(dòng)化控制水平。智能低壓配電系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集、通信、遠(yuǎn)距離操控、歷史事件記錄、故障解析及設(shè)備維護(hù)信息管理等功能，讓低壓配電系統(tǒng)更加“聰明”地為人們服務(wù)。

2 地鐵電力監(jiān)控系統(tǒng)（PSCADA）

SCADA系統(tǒng)的發(fā)展是以是在對(duì)系統(tǒng)設(shè)備遠(yuǎn)程狀態(tài)監(jiān)視、控制需求的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。隨著SCADA系統(tǒng)技術(shù)越來越成熟，不斷加速SCADA系統(tǒng)在電力系統(tǒng)領(lǐng)域的推廣速度。在電力系統(tǒng)中，SCADA系統(tǒng)在遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)中占重要地位，可監(jiān)控現(xiàn)場電力設(shè)備，以便完成“三遙”功能如下：

遙信：遠(yuǎn)程信號(hào)。采集并傳輸保護(hù)和開關(guān)量信息。

遙測：遠(yuǎn)程測量。采集并傳輸多種電氣量，如電壓、電流、功率等模擬量數(shù)值。

遙控：遠(yuǎn)程控制。接受遙控命令，可遠(yuǎn)程控制開關(guān)設(shè)備的分合或者控制量設(shè)備的開度調(diào)節(jié)。

在地鐵工程中SCADA系統(tǒng)應(yīng)用主要體現(xiàn)在變電所內(nèi)高、低壓配電柜、交直流屏、排流柜、軌道電位限制裝置等設(shè)備運(yùn)行狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)對(duì)電力設(shè)備集中控制、信息采集、數(shù)據(jù)分析處理及查詢、事故報(bào)警、遠(yuǎn)方維護(hù)等功能。

在地鐵工程中電力監(jiān)控系統(tǒng)納入綜合監(jiān)控系統(tǒng)，作為綜合監(jiān)控系統(tǒng)中一個(gè)子系統(tǒng)（PSCADA系統(tǒng)），該系統(tǒng)是綜合監(jiān)控系統(tǒng)中一個(gè)非常重要子系統(tǒng)，該子系統(tǒng)能快速收集低壓配電系統(tǒng)內(nèi)多項(xiàng)單元信息，可以迅速且準(zhǔn)確的判斷及顯示運(yùn)行狀態(tài)及故障等對(duì)安全運(yùn)行極其重要的數(shù)據(jù)信息， 為電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行提供了很好的保障，使變電所內(nèi)設(shè)備控制實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，可無人值守，在增加準(zhǔn)確率及工作效率的同時(shí)，節(jié)約大量人力資源成本。[2]與此同時(shí)，PSCADA系統(tǒng)可與環(huán)境設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)、自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合，對(duì)全線供電設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集，電調(diào)度實(shí)現(xiàn)對(duì)全線地鐵工程監(jiān)控點(diǎn)位進(jìn)行統(tǒng)一控制管理，更便捷的與其他系統(tǒng)共享信息，為擴(kuò)展更多的監(jiān)控功能奠定良好的系統(tǒng)配合基礎(chǔ)。

地鐵工程PSCADA系統(tǒng)控制模式一般分為以下三級(jí)系統(tǒng)：

第一部分是站級(jí)管理層主要是由控制、監(jiān)控功能的信號(hào)盤或控制單元、顯示屏、操作把手和用于管理、備份等的計(jì)算系統(tǒng)主機(jī)構(gòu)成。

第二部分是間隔層主要為分散設(shè)置在供配電一次設(shè)備的計(jì)算機(jī)保護(hù)測控、交直流保護(hù)及測控，還有信息收集、監(jiān)控及硬接點(diǎn)接入等。

最后一部分是網(wǎng)絡(luò)通信層就是所內(nèi)通信網(wǎng)絡(luò)、遠(yuǎn)程通信網(wǎng)絡(luò)及接口。

其工作原理就是通過變電所內(nèi)通信網(wǎng)絡(luò)層或接口對(duì)接交換間隔層設(shè)備和站級(jí)管理層的數(shù)據(jù);然后由站級(jí)管理層通過網(wǎng)絡(luò)與綜合監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行連接通信。

為增加整個(gè)系統(tǒng)的獨(dú)立可靠性，系統(tǒng)一般會(huì)采用分散控制或集中管理的結(jié)構(gòu)來運(yùn)行，如果系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中的某一段線路控制部分中出現(xiàn)故障，不會(huì)對(duì)其他部分甚至整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)行造成較大不良影響。當(dāng)面對(duì)這種情況，一般會(huì)采用逐級(jí)控制，在無異常情況下利用遠(yuǎn)程控制，當(dāng)設(shè)備維護(hù)的時(shí)候使用變電所所內(nèi)設(shè)備集中控制。在安全運(yùn)行方面，采用相互獨(dú)立封閉式，在配電柜上安裝當(dāng)?shù)?遠(yuǎn)方轉(zhuǎn)換器件。

3 電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，由于電氣原因引發(fā)的火災(zāi)，約占全部火災(zāi)的近40%，且近年來一直呈逐步上升趨勢，故電氣火災(zāi)不容忽視。隨著城市的不斷發(fā)展，全國很多一二線城市均有地鐵建設(shè)或開通運(yùn)營，地鐵作為城市居民日常采用的公共交通工具，保障地鐵的安全運(yùn)營是關(guān)乎民生的重大事件。地鐵車站一般以地下車站為主，地下空間相對(duì)密閉，且客流量十分巨大，一旦發(fā)生火災(zāi)等事故，疏散和救援相對(duì)更加困難，尤其電氣線路或設(shè)備所引起的火災(zāi)，會(huì)導(dǎo)致用電設(shè)備或配電線路出現(xiàn)損壞，導(dǎo)致停電，無法提供正常照明，會(huì)使車站現(xiàn)場更加混亂，也會(huì)對(duì)乘客心理造成更加不良的影響，如果處理不及時(shí)恰當(dāng)，極容易造成十分巨大的人員傷亡及財(cái)產(chǎn)損失。

因此，我們需要一套智能化監(jiān)控系統(tǒng)能遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)的監(jiān)控各區(qū)域電氣設(shè)備和線路的用電運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)被監(jiān)測的用電設(shè)備及線路發(fā)生故障等異常狀態(tài)，能及時(shí)報(bào)警提醒工作人員排除隱患，防微杜漸，可以更好的避免發(fā)生電氣火災(zāi)造成人員傷害。目前，多數(shù)城市地鐵工程在電氣設(shè)計(jì)時(shí)均采用電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)用于監(jiān)測地鐵內(nèi)電氣設(shè)備或線路剩余電流及溫度，且《民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》、《交通建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》等電氣規(guī)范條文中均明確規(guī)定在具有電氣火災(zāi)危險(xiǎn)的相應(yīng)場所設(shè)置電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)。

一般情況下，地鐵電氣火災(zāi)產(chǎn)生的原因主要為以下幾種：

（1）電氣短路。電氣線路中的配電線路導(dǎo)線絕緣層被損壞后，兩導(dǎo)線之間絕緣點(diǎn)破損處如有接觸，會(huì)引起電流突然劇增，產(chǎn)生短路故障，引起導(dǎo)體溫度急劇升高，在短路點(diǎn)極易產(chǎn)生電火花或電弧，使絕緣層發(fā)生燃燒并引燃附近可燃物，引起火災(zāi)的發(fā)生。

（2）過負(fù)荷運(yùn)行。當(dāng)電氣設(shè)備或敷設(shè)線纜的電流，超出額定值，就會(huì)使其溫度不斷上升，這種情況稱之為過負(fù)荷，溫度上升會(huì)使絕緣材料加速老化，甚至在某一時(shí)間可能達(dá)到絕緣材料的燃點(diǎn)，以致引燃周圍可燃物，發(fā)生火災(zāi)。

（3）漏電。漏電是由于設(shè)備或者線路上絕緣損壞或其他原因而引起的電流泄漏。當(dāng)出現(xiàn)漏電故障時(shí)，漏電電流流入大地過程中，遇到電阻較大的部位會(huì)產(chǎn)生局部溫度快速升高，甚至引燃附近的可燃物。[3]

其他如“靜電效應(yīng)”也會(huì)因產(chǎn)生火花和放電，也可能會(huì)引發(fā)火災(zāi)事故。

電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)是一套可以提前對(duì)可能發(fā)生火災(zāi)的區(qū)域進(jìn)行提前預(yù)警的系統(tǒng)設(shè)備。該系統(tǒng)主要由以下幾部分裝置組成：

（1）電氣火災(zāi)監(jiān)控主機(jī)：一般設(shè)置于車控室。

（2）電氣火災(zāi)監(jiān)控探測控制模塊單元：一般設(shè)置于低壓配電柜內(nèi)。

（3）監(jiān)控傳感器（剩余電流互感器/溫度傳感器）：一般設(shè)置于低壓配電柜非消防配電回路。

當(dāng)電氣設(shè)備或者線路的溫度、電流等參數(shù)發(fā)生突變或存在異常時(shí)，系統(tǒng)末端探測器通過溫度效應(yīng)的變對(duì)該信息進(jìn)行采集，并輸送到探測器里，經(jīng)信號(hào)放大及模數(shù)轉(zhuǎn)換后、分析變化幅值，對(duì)比已經(jīng)設(shè)定的報(bào)警值，當(dāng)超出設(shè)定值時(shí)，探測器通過通訊線將信息傳送到監(jiān)控設(shè)備，再通過監(jiān)控設(shè)備進(jìn)行進(jìn)一步識(shí)別判定，當(dāng)確認(rèn)可能發(fā)生火災(zāi)時(shí)，電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)主機(jī)發(fā)出聲光報(bào)警，以此同時(shí)，在車控室顯示屏上實(shí)時(shí)顯示報(bào)警信息，以便提醒運(yùn)營人員按照報(bào)警所示信息，排查險(xiǎn)情，避免引起嚴(yán)重的火災(zāi)事故。

隨著國家對(duì)于公共建筑電氣火災(zāi)的重視程度不斷提高，對(duì)于電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的這種立足預(yù)防且專門針對(duì)電氣線路故障進(jìn)行監(jiān)控、有效消除火災(zāi)隱患的前期預(yù)警系統(tǒng)的需求會(huì)越來越迫切，通過對(duì)這套系統(tǒng)的不斷改進(jìn)完善，可以更加智能化的保證地鐵低壓用電安全，給地鐵出行的人們的多了一層安全保障。

4 智能照明控制系統(tǒng)

隨著我國城市地鐵工程建設(shè)水平日益成熟，需要更加自動(dòng)化、智能化技術(shù)成果應(yīng)用到地鐵工程建設(shè)中以便更好實(shí)現(xiàn)人性化運(yùn)營管理。目前我國的地鐵工程建設(shè)規(guī)劃線路一般均沿城市中心區(qū)域設(shè)置，考慮城市整體規(guī)劃及空間發(fā)展需求，地鐵工程較多采用地下建筑形式，車站內(nèi)部無自然采光，在正常運(yùn)營或停止運(yùn)營期間均需提供照明。地鐵車站照明具有如下特點(diǎn)[4]：

（1）運(yùn)營時(shí)間較長，相應(yīng)照明燈具工作時(shí)間較長。

（2）車站空間大，設(shè)置照明燈具較多，對(duì)節(jié)能要求較高。

（3）乘客流量分布不均勻，不同時(shí)段、不同區(qū)域?qū)τ谡斩纫蟛煌?/p>

（4）照明類型較多，如車站站廳站臺(tái)、換乘通道、設(shè)備區(qū)、廣告照明等。

傳統(tǒng)照明控制方式為照明分回路并采用BAS系統(tǒng)控制，該控制方式模式單一，對(duì)于同一照明回路上的照明燈具只有開、關(guān)兩種方式，控制和布線方式，需要敷設(shè)大量的線纜，系統(tǒng)越來越復(fù)雜，在增加了建設(shè)難度同時(shí)也降低了系統(tǒng)的可靠性，易用性，為日常運(yùn)營維護(hù)帶來諸多不便。鑒于此，傳統(tǒng)照明控制方式已經(jīng)不能滿足日益提高的運(yùn)營管理要求，這種簡單的控制方式，也不能滿足更加人性化的照明節(jié)能控制。目前很多城市的地鐵工程開始逐步應(yīng)用全新的智能照明控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)具體如下優(yōu)勢：

（1）智能照明控制系統(tǒng)通過采用調(diào)光控制、定時(shí)控制模塊等控制單元，在不同場合產(chǎn)生不同的照明效果， 營造出適合人們活動(dòng)的光照。

（2）智能照明系統(tǒng)采用總線形式，接線形式相對(duì)簡單，且可檢測系統(tǒng)內(nèi)任一終端照明燈具，便于日常管理維護(hù)。

（3）智能照明系統(tǒng)通過分布式網(wǎng)絡(luò)，一臺(tái)計(jì)算終端就可實(shí)現(xiàn)整體管理。

智能照明控制系統(tǒng)構(gòu)成主要分為三個(gè)主要部分：

一是指令執(zhí)行模塊，包括調(diào)光模塊、開關(guān)控制模塊、負(fù)載反饋型控制模塊、接口模塊等;

二是操控部分，包括觸摸屏幕、可編程控制板、時(shí)鐘控制模塊、傳感器等;

三是監(jiān)控部分，包括智能控制系統(tǒng)軟件、可移動(dòng)編程器等。

通過以上三個(gè)主要部分的有機(jī)結(jié)合，密切配合，智能照明系統(tǒng)可通過整體照明燈具的時(shí)鐘控制、場景模式控制、光感調(diào)整控制，并且可通過控制主機(jī)、網(wǎng)絡(luò)控制方式方便實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)擴(kuò)展需求。

5 結(jié)語

隨著我國城市化進(jìn)程不斷深入，城市發(fā)展對(duì)于地鐵的需求會(huì)越來越多，與地鐵工程配套的技術(shù)發(fā)展更新較快，低壓配電作為地鐵工程中的重要系統(tǒng)之一，其智能化發(fā)展是不可阻擋的趨勢，通過不斷智能優(yōu)化的步伐，地鐵作為居民出行的工具將更加安全、可靠、節(jié)能，在城市中不斷發(fā)揮其“綠色大動(dòng)脈”的巨大作用。

參考文獻(xiàn)

[1] 劉萬庭.智能低壓配電系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢分析[J].電力訊息，2018（9）：160-161.

[2] 王劍.電力監(jiān)控系統(tǒng)（PSCADA）在地鐵中的應(yīng)用[J].信息技術(shù)，2012（15）：122-123.

[3] 宋曉鵬.電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)在地鐵中的的應(yīng)用分析[J].自動(dòng)化與儀器儀表，2017（3）：208-210.

[4] 殷爽.城市軌道交通智能照明系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及應(yīng)用[J].地下工程與隧道，2015（3）：41-43.