地铁智能低压配电系统研究

中交（西安）铁道设计研究院有限公司，陕西 西安 710000

1 地铁智能低压配电系统概述

1.1 系统基本结构

地铁智能低压配电系统由三级负荷开关、智能化断路器、现场总线以及PLC可编程逻辑控制器等构成，并由现场采集层、通信管理层与中心监控层共同形成一套完整的配电监控远程系统，具备输配电监控与信息通信、远程控制等使用功能。其中，现场采集层由智能化控制终端设备组成，如智能断路器与温控仪等，在系统运行期间，负责对所处环境及设备的运行数据进行监测采集，并将数据向上传输；通信管理层负责在现场采集层和中心监控层间构建稳定的信息桥梁，基于通信协议对数据信息进行转换，向中心监控层上传监测数据，向现场采集层下达控制指令。

1.2 系统特点

与传统低压配电系统相比，地铁智能低压配电系统的核心优势与系统特点体现在以下三个方面：（1）联网监控。在系统运行期间，通过系统结构中的通信管理层保持中心监控层与现场采集层及用电设备的通信联系，将经过数字化处理后的监测信息上传至中心监控层，将其作为制定系统设备控制指令的决策依据。同时，持续对系统及设备运行状况进行监控感知，在监测到运行故障后，系统自动发送报警信号，在用户界面显示报警动画，并基于程序运行准则采取相应措施。（2）节能环保。智能化低压配电系统具有良好的环境感知能力，在已知信息基础上准确判断实际低压配电需求，并对地铁内部实施分阶段电力供应模式，如在运营高峰期后自动关闭部分照明灯具，以此减少电能消耗。（3）供电安全。低压配电系统负责对用电系统运行状况进行监测，在检测到电气故障时将控制断路器等装置执行相应保护动作，快速消除系统故障，控制故障影响范围，避免造成更严重的损失。

1.3 系统控制方式

地铁工程的低压配电系统结构较为复杂，受到外部因素影响时，偶尔会出现短路、漏电、超负荷与电火花等电气故障，进而影响到正常的电力供应。因此，为保证供电安全，减小电气故障对系统运行及设备造成的影响，在构建地铁智能低压配电系统时必须采取多元化控制措施，如BAS控制、就地控制、FAS控制方式。以智能照明系统为例，在系统正常运行状态下，在照明配电室进行控制，并由开关装置对应急照明进行就地控制；同时，在检测到照明系统处于异常运行状态或出现故障问题后，快速切换至FAS进线控制模式。

1.4 系统运用效果

（1）变电所低压配电控制。在地铁智能低压配电系统运行期间，通过控制三级负荷低压开关、进线断路器以及母联断路器等装置，将起到变电所低压配电控制的作用，实现地铁低压配电系统可靠安全供电目标。根据系统实际运行情况，可选择遥测遥控方式，将系统实时状态作为决策依据，向进线断路器与母联断路器等装置下达相应控制指令，以此控制变电所低压。同时，可通过由以太网网关、PLC与智能开关装置等构成的控制网络对母联断路器及进线断路器等装置进行控制，实现降低变电所低压目标。

（2）现场总线。现场总线作为地铁智能低压配电系统的一项关键技术，是通过改善系统与设备间的连接关系，解决设备间的信息传递问题，保证数据交换的通畅性，起到提高系统管理效率的效果。同时，依托现场总线技术，可以重新对地铁低压配电系统的操作描述与输入输出使用功能进行重新定义，改善系统用户层的可操作性。

（3）智能断路器。断路器是一款具备关合、承载及开断异常回路条件下电流的开关装置，在智能低压配电系统中，所配置智能断路器发挥着分配电能与向电源电路及设备提供保护的作用，可将其视作过欠热继电器以及熔断式开关装置的组合体。在系统运行期间，智能断路器持续对系统整体运行状态进行监测，在检测到出现过载运行、欠压与短路等故障时，自动执行分闸动作，切断故障电路，取得最佳的分闸效果。

2 地铁智能低压配电系统实现策略

2.1 可视化管理

由于地铁工程低压配电系统结构较为复杂，在运行期间会持续产生庞大数据量，需要工作人员全面了解各项实时数据，掌握低压配电系统实时运行状况，科学制订管理计划并下达控制指令。在这一系统管理模式中，对工作人员的专业素养提出了严格要求，因为受到人为因素影响，时常会出现故障问题，管理存在漏洞。对此，在开发地铁智能低压配电系统时，应在计算机终端开发可视化操作界面，将智能化系统分析处理后的数据信息在用户界面中以图表形式进行集中化、可视化展示，帮助管理人员快速掌握系统实时运行状况，为管理决策的制定提供信息支持。

2.2 低压部分智能控制

首先，应严格遵循地铁设计规范，重点开发系统低压部分的馈线回路、进线、无功补偿等部位的遥测遥控功能。其次，基于AcuSystem等配电管理系统开发智能低压配电系统的中心监控层，确保系统同时具备数字报表与图形分析等使用功能，可以向用户直观显示数据信息与处理结果。再次，在系统现场采集层中配置具备通信接口的智能元件，如PLC可编程逻辑控制器与Arcnvim系列智能化仪表等装置。最后，在条件允许的前提下，尽可量采取总分系统结构，在各分站中心点设置监控主机，并在各分站区域内设置浏览子机，授予管理人员浏览权限。

2.3 环控电控低压设计

在地铁工程中，环控系统涵盖隧道通风系统、车站通风系统以及给排水系统，在系统中配置了大量的电机，电机远程控制、综合保护与用电监控是环控系统的主要职能。因此，在环控电控低压设计环节，需要配置适当数量记性好的电机保护器，向电机设备提供过载保护、短路保护及断相功能，如配置AcuMC620型电动机保护器。同时，要求所配置电机保护器具备多种通信接口，持续将所采集数据信息远程传输至主机系统。

3 地铁智能低压配电系统的应用

3.1 智能照明系统

在地铁工程中，传统照明系统主要采取BAS控制方式，仅可对相同照明回路中的照明灯具进行开启与关闭控制，并要求在现场敷设大量线缆，使得系统结构较为复杂，不利于系统管理与维护检修工作的开展。同时，传统照明系统在运行期间由于运行模式僵化，无法根据实际用电需求进行调整，常造成不必要的电能损耗。智能照明系统由一体化主机、照度传感器、网关接口模块、照明开关控制器、通信网络与可编程现场控制面板等组成，具有较高的智能化与自动化程度，可以在系统运行期间对所处环境进行有效感知，判断车站等区域的实际照明需求，并在其基础上下达相应控制指令，如调整系统用电负荷与关闭部分照明灯具。

与传统照明系统相比，智能照明系统具有以下优势：（1）功能完备。管理人员可以将系统切换至调光控制与定时控制等运行模式，以满足实际照明需求，在不同场合内提供独特的照明效果。同时，在无人工干预条件下，系统可以自动制订与实施控制指令，使系统稳定处于最佳运行状态。（2）系统采取总线形式，所布置线路结构较为简单，在运行期间不易出现电气故障，在客观层面上提高了系统维修效率。（3）智能照明系统采取分布式网络结构，仅需配置一台计算终端即可满足系统的运行管理需求。

3.2 电力监控系统

电力监控系统简称为SCADA系统，具备遥控、遥信以及遥测使用功能。其中，遥控功能是对系统设备遥控下达控制命令，如控制设备开关分合与调节开度；遥信功能负责对设备状态进行监测，采集与传输开关量的信息数据；遥测功能是对电压、系统功率与电流等模拟量数值进行远程测量。

在地铁工程中，SCADA系统负责监测高低压配电柜、轨道电位限制装置与交直流屏等设备的实时运行状态，向管理人员提供设备集中控制、事故自动报警、数据分析、信息采集等服务，帮助管理人员全面掌握系统运行状态，替代人工完成多数基础性工作，有力推广了少人值守与无人值守模式。此外，为保证系统安全稳定运行，在开发SCADA系统时，应采取分散控制结构。如此，在系统运行期间，当任意控制部分出现运行故障时，并不会对系统整体运行状态造成明显影响，从而控制故障影响范围。

3.3 电气火灾监控系统

通过构建电气火灾监控系统，可以在地铁火灾事故发生的第一时间发现火情，并采取相应措施，保证应急照明与通风排烟等系统的稳定运行，为受灾人员提供疏散通道，减小火灾所造成的损失。例如，在系统运行期间，通过末端探测器持续对线路及控制区域内电气设备的温度与电流等参数进行监测，可将所采集的信号进行放大与模数转换处理，将监测值与所设定报警值进行对照分析，如果监测值超过安全阀值，系统将自动发送报警信号，并依靠监测数据锁定着火点，引导工作人员排查火灾险情。

4 结束语

综上所述，在现代地铁工程中，相关部门需要加大对地铁智能低压配电系统的研究力度，正确认识智能化系统的应用价值，大力开发与持续完善智能低压配电系统，以此推动我国城市轨道交通事业的现代化发展，保证地铁低压配电系统及用电系统的安全稳定运行。