（中鐵第六勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，天津 300250）

0.引言

作為經(jīng)濟(jì)高效、低碳環(huán)保的交通方式，軌道交通區(qū)域性規(guī)劃建設(shè)交通線網(wǎng)也在不斷規(guī)劃和籌建，并且將持續(xù)在未來(lái)的城市建設(shè)中占有重要位置。供電系統(tǒng)是軌道交通的建設(shè)核心，其智能化的研究和應(yīng)用不僅能夠保障列車(chē)的牽引供電，同時(shí)為動(dòng)力照明等設(shè)備提供電能，確保軌道交通運(yùn)營(yíng)的安全性和穩(wěn)定性，這對(duì)于我國(guó)城市軌道交通建設(shè)意義重大。優(yōu)良的供電系統(tǒng)不僅是軌道交通正常運(yùn)轉(zhuǎn)的有力保證，同時(shí)也是提高城市居民出行體驗(yàn)，提升軌道交通使用率從而緩解城市交通壓力的有效途徑。

1.城市軌道交通供電系統(tǒng)綜述

1.1 城市軌道交通供電系統(tǒng)研究?jī)r(jià)值

城市軌道交通作為城市規(guī)劃建設(shè)的重要組成部分，大致有地鐵、輕軌、磁懸浮列車(chē)和有軌電車(chē)等幾種，是城市交通出行最經(jīng)濟(jì)環(huán)保的方式之一。由于其同時(shí)具備快速、安全、舒適、載客量較大的優(yōu)勢(shì)，軌道交通現(xiàn)已成為各大中型城市的交通骨干。為保障軌道交通線路的正常運(yùn)行需要消耗大量的電能，供電系統(tǒng)的主要作用就在于對(duì)電壓和電流科學(xué)處理成合適的電力從而支持軌道交通的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，可見(jiàn)供電系統(tǒng)在軌道交通的日常運(yùn)轉(zhuǎn)中占據(jù)關(guān)鍵位置。供電系統(tǒng)通過(guò)高壓輸電網(wǎng)來(lái)完成電力輸送過(guò)程，之后經(jīng)由110/35kV主變電所進(jìn)行降壓，配合軌道交通內(nèi)部的供電網(wǎng)絡(luò)為全線牽引和動(dòng)力照明負(fù)荷供電?？梢哉f(shuō)，供電系統(tǒng)的安全性及可靠性，為城市軌道交通的各個(gè)方面的設(shè)施安全穩(wěn)定運(yùn)營(yíng)奠定了基礎(chǔ)。

1.2 城市軌道交通供電系統(tǒng)簡(jiǎn)介

軌道交通牽引系統(tǒng)采用直流供電，具有電壓質(zhì)量高、調(diào)速范圍大、方便易控、牽引網(wǎng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。整個(gè)供電系統(tǒng)包括：外部電源、主變電站、牽引供電系統(tǒng)、動(dòng)力照明供電系統(tǒng)和電力監(jiān)控系統(tǒng)等。其中牽引供電系統(tǒng)擔(dān)負(fù)著為電動(dòng)列車(chē)和運(yùn)營(yíng)設(shè)備提供電能的任務(wù)，具體包括牽引變電站、接觸網(wǎng)、車(chē)輛、軌道等組成部分。而動(dòng)力照明系統(tǒng)則包含降壓變電所、動(dòng)力照明配電系統(tǒng)，主要負(fù)責(zé)向車(chē)站、區(qū)間動(dòng)力系統(tǒng)、照明系統(tǒng)的提供電源[1]。

2.城市軌道交通電力監(jiān)控系統(tǒng)智能化

2.1 智能化電力監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

現(xiàn)階段我國(guó)的智能化電力監(jiān)控系統(tǒng)主要是依靠高速光纖實(shí)施通訊，同時(shí)由主控制來(lái)實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的監(jiān)控、管理、調(diào)度等，而其他的相關(guān)設(shè)備則處于分散監(jiān)管的狀態(tài)。其中變電所的位置通過(guò)智能通訊設(shè)備管理機(jī)實(shí)現(xiàn)，使用屏蔽雙絞線和智能管理機(jī)之間相互連接，從而形成能夠智能控制系統(tǒng)內(nèi)所有設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)。此外，智能化管理機(jī)可以通過(guò)與光纖通訊網(wǎng)絡(luò)連接實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換，進(jìn)而通過(guò)監(jiān)控計(jì)算機(jī)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)通訊功能。

2.2 智能化電力監(jiān)控系統(tǒng)的功能

2.2.1 數(shù)據(jù)采集處理功能

智能化的電力監(jiān)控系統(tǒng)首先具備信息收集功能，通過(guò)對(duì)日常運(yùn)行的數(shù)據(jù)采集處理，收集歸納模擬變量、開(kāi)關(guān)數(shù)量、突發(fā)狀況等有效信息并計(jì)算分析，從而實(shí)現(xiàn)交通設(shè)備智能化的管理與監(jiān)控。同時(shí)對(duì)設(shè)備日常故障和維護(hù)等信息保存形成日志，為后續(xù)的故障檢修以及突發(fā)情況的預(yù)防工作提供數(shù)據(jù)依據(jù)。

2.2.2 自動(dòng)報(bào)警功能

通過(guò)在系統(tǒng)中錄入大量的事故信息、預(yù)告信息等，使整個(gè)系統(tǒng)具有對(duì)線路運(yùn)行過(guò)程中的自動(dòng)檢測(cè)功能，準(zhǔn)確判斷出設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)于意外情況發(fā)出預(yù)警信號(hào)，從而防止事故發(fā)生。比如用電回路中電壓、電流參數(shù)超出負(fù)荷允許范圍；變壓器溫度超過(guò)最高警戒范圍等。如果長(zhǎng)時(shí)間問(wèn)題未得到解決，保護(hù)裝置可以操作斷路器切斷故障回路來(lái)防止嚴(yán)重事故的發(fā)生。同時(shí)，當(dāng)設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，智能電力控制系統(tǒng)還能夠通過(guò)預(yù)設(shè)的報(bào)警信號(hào)來(lái)通知工作人員進(jìn)行檢修維護(hù)。

2.2.3 事故追憶畫(huà)面顯示功能

當(dāng)故障發(fā)生時(shí)，系統(tǒng)能夠立即檢測(cè)出并且自動(dòng)采用設(shè)置的保護(hù)方案。同時(shí)，系統(tǒng)能夠詳細(xì)的記錄下故障發(fā)生過(guò)程中的數(shù)據(jù)參數(shù)，在檢修人員到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)時(shí)就可以通過(guò)讀取數(shù)據(jù)記錄、工況圖等來(lái)縮短排查故障、檢測(cè)維修的時(shí)間。同時(shí)事故追憶功能也能夠?yàn)橄到y(tǒng)日后的維護(hù)保養(yǎng)提供有效數(shù)據(jù)來(lái)作為參考。

2.2.4 遠(yuǎn)程控制功能

通過(guò)將各個(gè)現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)行設(shè)備與電力調(diào)度控制中心相互連接，實(shí)現(xiàn)通過(guò)在電力調(diào)度中心通過(guò)操作計(jì)算機(jī)來(lái)控制各個(gè)系統(tǒng)設(shè)備的運(yùn)行狀況，達(dá)到遠(yuǎn)距離控制設(shè)備的目的，實(shí)現(xiàn)智能化管理。為了保障遠(yuǎn)程操作的準(zhǔn)確性，系統(tǒng)還設(shè)置了多級(jí)口令，只有當(dāng)各級(jí)口令順利通過(guò)才能夠?qū)嵤┚唧w操作，從而避免了失誤性的操作出現(xiàn)。

2.2.5 自動(dòng)備份歷史數(shù)據(jù)功能

通過(guò)設(shè)置歷史數(shù)據(jù)庫(kù)，讀取記錄設(shè)備運(yùn)行中的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，如正常運(yùn)行數(shù)據(jù)、運(yùn)行故障數(shù)據(jù)、維修數(shù)據(jù)等，來(lái)達(dá)到存儲(chǔ)設(shè)備各項(xiàng)歷史數(shù)據(jù)的功能，備份時(shí)間長(zhǎng)達(dá)兩年以上，同時(shí)數(shù)據(jù)記錄周期可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整。后期設(shè)備維護(hù)或處理故障時(shí)就可以通過(guò)讀取歷史數(shù)據(jù)來(lái)了解設(shè)備的運(yùn)行歷史和故障數(shù)據(jù)，從而達(dá)到快速排查、維修的目的，為列車(chē)的正常運(yùn)營(yíng)打下良好基礎(chǔ)。

3.城市軌道交通照明系統(tǒng)智能化

城市軌道交通的智能化照明主要是利用計(jì)算機(jī)智能化和無(wú)線通訊技術(shù)等來(lái)達(dá)到遙測(cè)、遙控照明系統(tǒng)，達(dá)到調(diào)節(jié)燈光強(qiáng)弱、開(kāi)關(guān)、場(chǎng)景設(shè)置等。軌道交通線路尤其是車(chē)站范圍內(nèi)一般為較封閉式空間，且大多數(shù)線路為地下線路，為達(dá)到節(jié)能的目的同時(shí)兼顧乘客乘坐舒適度的需求，照明系統(tǒng)的智能化管理十分必要。

3.1 智能化照明系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

智能照明由于需要控制范圍較廣，實(shí)際中一般是以車(chē)站為管理單位來(lái)控制。按照其功能一般分為3個(gè)模塊：第一是輸入輸出部分，包括照明開(kāi)關(guān)控制、負(fù)載反饋控制、RS-485接口模塊、RS-232接口模塊等；第二個(gè)是現(xiàn)場(chǎng)控制部分，包括彩色觸摸屏、智能傳感器、可編程控制面板等；第三個(gè)是監(jiān)控調(diào)試部分，主要包括系統(tǒng)管理軟件、可移動(dòng)編程器、系統(tǒng)調(diào)試軟件等。通過(guò)屏蔽數(shù)據(jù)雙絞線的連接，將區(qū)域內(nèi)的設(shè)備進(jìn)行有序連接形成一個(gè)可智能控制的網(wǎng)絡(luò)。

3.2 智能化照明系統(tǒng)的功能

智能照明系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)多項(xiàng)功能的智能化，通過(guò)控制軟件對(duì)場(chǎng)景模式、時(shí)鐘、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)等多項(xiàng)功能實(shí)現(xiàn)控制并且控制方式較為靈活。比如智能照明自帶定時(shí)器，可以通過(guò)數(shù)據(jù)設(shè)定來(lái)調(diào)整控制照明時(shí)間；根據(jù)照明需求，可以預(yù)先設(shè)定場(chǎng)景模式或者根據(jù)時(shí)鐘來(lái)對(duì)燈具進(jìn)行管理，達(dá)到預(yù)期照明目的，大大減少了日常管理的工作量。管理軟件可以通過(guò)圖形化界面來(lái)實(shí)現(xiàn)智能管理，完成具體到單個(gè)燈具的開(kāi)關(guān)控制、參數(shù)讀取，以及燈具群控功能，這對(duì)于大范圍內(nèi)的燈具管理、壽命周期管理和保養(yǎng)維護(hù)等具有重要意義[2]。場(chǎng)景模式的預(yù)設(shè)功能也可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)依照全年固定模式表來(lái)運(yùn)行。分散供電與集中照明合理結(jié)合，在提高管理效率的同時(shí)也能夠做到節(jié)能減排。

智能化照明系統(tǒng)同時(shí)具有智能預(yù)警功能，通過(guò)讀取回路中的電流、電壓等相關(guān)數(shù)據(jù)，在數(shù)據(jù)超出安全范圍值時(shí)進(jìn)行預(yù)報(bào)警，提醒運(yùn)營(yíng)維修人員第一時(shí)間處理故障并提供參數(shù)依據(jù)。若在設(shè)定時(shí)間內(nèi)故障未得到處理，控制系統(tǒng)將會(huì)依據(jù)自我保護(hù)功能的相關(guān)設(shè)定，自動(dòng)切斷回路，預(yù)防故障范圍的繼續(xù)擴(kuò)大。對(duì)于相關(guān)參數(shù)的記錄反饋，還可以為維修人員日后優(yōu)化系統(tǒng)、保養(yǎng)維護(hù)提供依據(jù)。

4.結(jié)語(yǔ)

供電系統(tǒng)對(duì)于城市軌道交通的正常運(yùn)行有著核心性的地位和作用，其智能化的發(fā)展方向也為旅客帶來(lái)了更加優(yōu)質(zhì)、舒適的乘坐體驗(yàn)。但是尤其軌道交通智能化還處于起步階段，距離達(dá)到全智能化管理還需要有很長(zhǎng)的路要走。軌道交通所涉及各行各業(yè)的先進(jìn)設(shè)備和最新研究成果都可以有效促進(jìn)其安全性能的提升和智能化管理的前進(jìn)。越來(lái)越多的先進(jìn)設(shè)備和自動(dòng)化管理信息系統(tǒng)將被引入軌道交通，其智能化功能也將日益完善，為軌道交通的智能化發(fā)展不斷助推，從而滿足城市交通運(yùn)營(yíng)智能化發(fā)展的新需求。