地鐵低壓配電采用的智能化系統(tǒng)及設(shè)計合理化補充

摘 要：地鐵低壓配電智能化系統(tǒng)是保證地鐵安全快捷運行的良好保證。地鐵低壓配電設(shè)計內(nèi)容繁多，不一一累述，本文只結(jié)合在低壓配電領(lǐng)域經(jīng)常設(shè)計到的智能化系統(tǒng)為例，介紹一下用到的智能化系統(tǒng)。另外對低壓配電系統(tǒng)設(shè)計中可以更合理化的地方展開下一筆者的見解。

關(guān)鍵詞：地鐵；低壓配電；智能化系統(tǒng)；合理化見解

中圖分類號：U231.8 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）12-0261-02

前 言

隨著我國地鐵建設(shè)的多年發(fā)展，地鐵低壓配電系統(tǒng)對控制化、集成化要求越來越高。為了使配電系統(tǒng)更人性化，快捷化，更好的服務(wù)于地鐵安全和運營管理，智能化系統(tǒng)應(yīng)運而生。隨著智能化設(shè)備廠商新技術(shù)的不斷更新，低壓配電系統(tǒng)中的智能控制水平也在不斷提高。智能化系統(tǒng)在低壓配電系統(tǒng)中扮演著非常重要的作用。

1 地鐵低壓配電采用的智能化系統(tǒng)

1.1 智能照明系統(tǒng)

隨著通信技術(shù)的發(fā)展，智能照明系統(tǒng)在地鐵照明管理中發(fā)揮了重要作用，實現(xiàn)了照明的自動化。系統(tǒng)由觸摸屏一體化智能照明主機、智能照明開關(guān)控制器、照度傳感器、可編程現(xiàn)場控制面板、網(wǎng)關(guān)接口模塊、系統(tǒng)時鐘、輸入輸出模塊、通信網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)用軟件等構(gòu)成。采用智能照明系統(tǒng)來對公共區(qū)照明、導(dǎo)向照明、廣告照明等進行時間、光控、調(diào)光、場景等智能節(jié)能型管理。

1.2 智能低壓系統(tǒng)

地鐵低壓配電設(shè)計采用智能低壓系統(tǒng)，不僅可以提高系統(tǒng)可靠性而且可以提高其智能化和節(jié)能化。系統(tǒng)通過采用多功能儀表、PLC、通信管理器、智能I/O、總線等元器件把本站的各用電單元組成網(wǎng)絡(luò)，上傳給綜合監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制、參數(shù)設(shè)置、故障診斷，存儲打印報表等功能。

智能低壓系統(tǒng)相對于原始的配電系統(tǒng)簡化了現(xiàn)場接線和控制線路，減少了后期維護工作，對地鐵智能化管理創(chuàng)造了良好的基礎(chǔ)。

1.3 消防電源監(jiān)控

消防電源監(jiān)控系統(tǒng)擔(dān)負(fù)著保證地鐵消防設(shè)備火災(zāi)時正常運行的艱巨任務(wù)。系統(tǒng)由系統(tǒng)主機、信號傳感器、現(xiàn)場總線及專用軟件等部分組成。系統(tǒng)主機設(shè)置在車控室，信號傳感器設(shè)置在與消防設(shè)備配電的相關(guān)箱、柜內(nèi)。對被監(jiān)測的消防設(shè)備的電源狀況進行實時自動巡檢、監(jiān)測，通過測量記錄該電源的工作狀態(tài)，判斷消防設(shè)備電源是否存在中斷供電、過壓、欠壓、過流、缺相等故障。

1.4 電氣火災(zāi)監(jiān)控

電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)可以提前預(yù)判地鐵配電線路的漏電電流是否超過額定值，提前預(yù)防線路火災(zāi)，在地鐵安全方面至關(guān)重要。系統(tǒng)由安裝在每個車站車控室的電氣火災(zāi)監(jiān)控主機、安裝在檢測對象上的剩余電流式電氣火災(zāi)探測器及現(xiàn)場總線、專用軟件等部分組成。地鐵設(shè)計中一般在變電所和環(huán)控電控室的重要回路出線端設(shè)置剩余電流火災(zāi)報警系統(tǒng)。

1.5 智能疏散系統(tǒng)

智能疏散指示系統(tǒng)近年來在新建地鐵線路中開始使用起來。智能疏散系統(tǒng)針是針對靜態(tài)疏散系統(tǒng)的不足做了改進，根據(jù)火災(zāi)探測器報警的精確位置，管控疏散指示標(biāo)志箭頭指示的方向，同時可以對疏散指示燈的狀態(tài)進行巡檢。

智能疏散指示系統(tǒng)由疏散指示標(biāo)志燈具、控制主機、和中繼設(shè)備等組成，采用集中監(jiān)控的方式。主機是系統(tǒng)的核心，智能疏散標(biāo)志燈具采用集中電源集中控制，每盞燈具內(nèi)置獨立地址碼，功能可以實現(xiàn)巡檢、常亮、閃亮和滅燈等指示。地鐵設(shè)計中，每站均設(shè)一套智能疏散指示系統(tǒng)，其主機與火災(zāi)自動報警系統(tǒng)主機相近設(shè)置，主要管控車站及相鄰的半個區(qū)間。智能疏散標(biāo)志燈具采用總線與主機連接，電源由控制主機蓄電池供電。

2 合理化建議

2.1 車輛段屋頂光伏發(fā)電系統(tǒng)建議

太陽能光伏發(fā)電通常是利用半導(dǎo)體器件的光生伏打效應(yīng)進行光電轉(zhuǎn)換，將太陽光能直接轉(zhuǎn)化為電能。

光伏發(fā)電系統(tǒng)近年來技術(shù)開始成熟并與我國其他工程項目結(jié)合相建，如國家體育館鳥巢、深圳園博會等，京滬高鐵天津西站、南京南站、上海虹橋火車站均設(shè)置了并網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)。

太陽能光伏發(fā)電具有以下優(yōu)勢：節(jié)約能源、節(jié)省輸電設(shè)備、保護節(jié)約土地資源、運營維護簡單等優(yōu)勢。

地鐵車輛段、停車場主要建筑是列檢庫、運用庫、物資庫、綜合辦公樓等等，其中列檢庫、運用庫等建筑面積大、屋頂開闊，非常適合設(shè)置太陽能電池板。據(jù)統(tǒng)計，一座車輛段或停車場的占地面積在15萬～25萬m2左右，能有效利用太陽能發(fā)電的建筑屋頂面積在3萬～8萬m2左右。如此大的有效面積完全可參照鐵路火車站的模式設(shè)置成有逆流型并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)。不僅可向車輛段、停車場內(nèi)用電負(fù)荷供電，還可將富裕能量完全輸入本工程中壓網(wǎng)絡(luò)，向其他車站負(fù)荷提供光伏電源。

2.2 適當(dāng)利用車站配線的上層空間設(shè)置牽引降壓混合變電所

地下車站一般采用明挖方式，帶配線的明挖站的上層空間面積很大，該面積除部分用于通風(fēng)和排水設(shè)備房外，其他面積往往難以找到合適的用途（車站的許多功能用房和設(shè)備用房服務(wù)于車站，必須設(shè)在站臺和站廳附近）。有些地段的商業(yè)開發(fā)價值又不高，如果將配線上層多余的面積用于商業(yè)開發(fā)，有時并不經(jīng)濟。在某些城市，以往一般將其填實，現(xiàn)在一般將其封閉不用，留待將來有合適的用途時再啟用。由于帶配線的車站多設(shè)有跟隨所，將車站一端的牽引降壓混合變電所設(shè)置在配線的上層，低壓配電的距離也能保證，而它能夠節(jié)約車站主體部分350～400m2的面積，可大大減少車站主體部分的規(guī)模，節(jié)約工程投資。

2.3 防火門監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)置建議

《火災(zāi)自動報警系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》（GB50116-2013）已經(jīng)發(fā)布并實施，規(guī)范中明確說明：“防火門監(jiān)控器應(yīng)設(shè)置在消防控制室內(nèi)，未設(shè)置消防控制室時，應(yīng)設(shè)置在有人值班的場所”，條文解釋中明確：“防火門的啟閉在人員疏散中起到至關(guān)重要的作用，因此防火門監(jiān)控器應(yīng)設(shè)置在消防控制室內(nèi)，沒有消防控制室時，應(yīng)設(shè)置在有人值班的場所?！钡窃谝杨C布的《地鐵設(shè)計規(guī)范》（GB50157-2013）中未提及該部分內(nèi)容，考慮到（GB50116-2013）頒布時間相對較晚，建議在地鐵低壓配電設(shè)計中執(zhí)行該規(guī)范，即設(shè)置防火門監(jiān)控系統(tǒng)。

2.4 低壓有源濾波器補償中壓無功

軌道交通車站變電所0.4kV側(cè)功率因數(shù)為感性，目前低壓有源電力濾波器補償諧波后再產(chǎn)生容性無功以補償感性無功。由于整個軌道交通35kV環(huán)網(wǎng)電纜產(chǎn)生的容性無功比重大，特別是運營低峰時整個系統(tǒng)的無功呈容性，低壓有源電力濾波器產(chǎn)生容性無功加重了這種趨勢。

0.4kV有源濾波裝置既能濾除諧波，同時還能補償無功的雙重功能。運營期間，地鐵主變電所功率因數(shù)在0.9以上，0.4kV有源濾波裝置重點濾除低壓系統(tǒng)諧波，多余的容量可用于補償35kV電纜充電容性無功；停運期間，低壓負(fù)荷小，0.4kV有源濾波裝置重點進行無功補償，補償35kV環(huán)網(wǎng)產(chǎn)生的容性無功（該無功量相對固定），少量用于補償?shù)蛪合到y(tǒng)諧波。由于大部分無功已經(jīng)在各個車站變電所就地進行了補償，在主變電所僅需設(shè)小容量的SVG甚至取消SVG裝置即可滿足功率因數(shù)要求。這樣解決了集中設(shè)置大容量SVG裝置發(fā)熱量大、噪音大的特點，并且節(jié)省了工程投資。

2.5 節(jié)能環(huán)保建議

隨著科技的進步和社會的發(fā)展，地鐵應(yīng)探討如何有效減少運營用電量，減少能源損耗，同時改善城市軌道交通公共場所的環(huán)境以消除其對城市環(huán)境的影響的途徑。

（1）車站建議采用非晶合金變壓器。

針對地鐵動力變壓器非運營時間低負(fù)載運行時間長的運行特點，降低動力變壓器空載損耗對地鐵節(jié)能降耗具有重要意義。而非晶合金變壓器的最大優(yōu)點就是空載損耗低。

（2）合理選擇變壓器容量，降低設(shè)備損耗；

目前，國內(nèi)城市軌道交通車站配電變壓器容量選擇普遍偏大，而且在部分城市有越來越大的趨勢，但是，實際運行過程中變壓器負(fù)載率偏低，導(dǎo)致設(shè)備損耗偏大，增加了運營成本。

（3）采用環(huán)保型設(shè)備，降低對周邊環(huán)境的污染。

變電所設(shè)備選用質(zhì)量可靠、技術(shù)先進、經(jīng)濟、環(huán)保成套設(shè)備和定型產(chǎn)品，并盡量采用小型化、無油化、自動化、免維護或少維護產(chǎn)品。在地下使用的電氣設(shè)備及材料，選用防潮、低煙、無鹵、阻燃或耐火的定型產(chǎn)品。

（4）按照《用能單位能源計量器具配備和管理通則》（GB17167-2006）的要求合理配置能源計量器具，在能源計量器具配備齊全的基礎(chǔ)上做好能源統(tǒng)計工作，制定軌道交通能源消耗定額制度并嚴(yán)格執(zhí)行，定期分析實際執(zhí)行情況和總結(jié)推廣節(jié)能經(jīng)驗。

（5）列車車廂在條件允許的情況下，也可考慮設(shè)置弱冷車廂，可以節(jié)省車輛空調(diào)耗電的電能。

（6）建議車站公共區(qū)的燈箱廣告用幕門廣告代替，可節(jié)約用電。

（7）隨著廣告燈箱數(shù)量的不斷增加，其對照明區(qū)域照度的貢獻不可忽視，可以在設(shè)置廣告燈箱的區(qū)域相應(yīng)的減少照明燈具數(shù)量、降低照明燈具照度，從而達(dá)到節(jié)能的目的。

3 結(jié) 論

智能化系統(tǒng)在地鐵低壓配電設(shè)計中扮演著重要角色，不但可以優(yōu)化低壓配電系統(tǒng)的智能控制水平，促進地鐵低壓配電系統(tǒng)集成化的快速發(fā)展，而且還能夠為地鐵安全和管理帶來巨大的保障和便捷。雖然地鐵低壓配電設(shè)計已開展多年，但肯定還存在著這樣那樣需要改進的地方，沒有最優(yōu)，只有更優(yōu)，希望各地鐵設(shè)計師們能夠在設(shè)計前不斷思考，設(shè)計中不斷完善，多學(xué)習(xí)多借鑒國外等優(yōu)秀的設(shè)計方案，為我國地鐵低壓配電設(shè)計領(lǐng)域貢獻自己的力量。

參考文獻

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收稿日期：2018-3-21