地鐵低壓配電系統(tǒng)電壓波動(dòng)應(yīng)對措施

張 振 宇

(北京城建設(shè)計(jì)發(fā)展集團(tuán)股份有限公司, 北京 100037)

0 引 言

地鐵低壓配電系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的是地鐵供電網(wǎng)絡(luò)中全方位的服務(wù)功能,承擔(dān)除電動(dòng)車組以外給所有低壓負(fù)荷提供電能的重要任務(wù),保證所有動(dòng)力照明設(shè)備配電的安全、可靠、有效。地鐵低壓負(fù)荷種類繁多,服務(wù)功能也各異,有的負(fù)荷為防災(zāi)害負(fù)荷,如排煙風(fēng)機(jī)、雨水泵等,有的負(fù)荷為維持日常運(yùn)營所必須的負(fù)荷,如照明、扶梯、自動(dòng)售檢票系統(tǒng)(AFC)等。動(dòng)力照明低壓配電系統(tǒng)需根據(jù)負(fù)荷分級、負(fù)荷性質(zhì)進(jìn)行相應(yīng)的配電,并實(shí)現(xiàn)部分設(shè)備的就地控制,預(yù)留火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)(FAS)、樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)(BAS)遠(yuǎn)程控制的接口條件,控制系統(tǒng)接線形式與遠(yuǎn)程控制的BAS、FAS發(fā)出指令有密切關(guān)系,其可靠性直接影響到設(shè)備運(yùn)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(dòng)或地鐵內(nèi)部電源間切換都有可能導(dǎo)致低壓配電網(wǎng)絡(luò)的波動(dòng)。電網(wǎng)波動(dòng)造成危害有:運(yùn)行中的電動(dòng)機(jī)設(shè)備停機(jī);集中控制的照明燈具大面積停電;實(shí)時(shí)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(shè)計(jì)中要預(yù)防電源波動(dòng)對運(yùn)行設(shè)備造成不良的后果,目前電氣設(shè)計(jì)者應(yīng)重點(diǎn)考慮[3-5]。

1 消防專用風(fēng)機(jī)

地鐵消防專用送、排風(fēng)機(jī)屬于一級負(fù)荷,火災(zāi)時(shí)啟動(dòng)風(fēng)機(jī)進(jìn)行送風(fēng)排煙。專用消防風(fēng)機(jī)電控箱一次系統(tǒng)如圖1所示,采用雙電源切換裝置、負(fù)荷隔離開關(guān)、斷路器、接觸器、熱繼電器對風(fēng)機(jī)進(jìn)行配電、保護(hù)及控制。

消防專用風(fēng)機(jī)在火災(zāi)時(shí)由FAS系統(tǒng)遠(yuǎn)程啟動(dòng)并采用模式控制,風(fēng)機(jī)需連續(xù)運(yùn)行1 h[6-7]。車站變電所0.4 kV主接線如圖2所示。排煙風(fēng)機(jī)啟動(dòng)運(yùn)行期間,出現(xiàn)單母線分段接線形式的0.4 kV主進(jìn)電源1失壓,需延時(shí)跳進(jìn)線斷路器QF1,母線分段斷路器QF3合閘,此時(shí)排煙風(fēng)機(jī)電控箱的主供電源由斷路器QF2供電的母線供電,而排煙風(fēng)機(jī)電控箱設(shè)置的雙電源切換裝置不管是否設(shè)置延時(shí)自投(不設(shè)置延時(shí)自投,雙電源切換裝置ATSE切換本身也需要固有的時(shí)間),

圖1 專用消防風(fēng)機(jī)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(shí)間,導(dǎo)致排煙風(fēng)機(jī)電控回路會有短時(shí)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(fēng)機(jī)停機(jī)。此外,其他情況的電源波動(dòng)也可能導(dǎo)致排煙風(fēng)機(jī)電控箱進(jìn)線電源電壓波動(dòng),使電控回路上的接觸器主觸頭斷開,風(fēng)機(jī)停機(jī)[8-11]。

風(fēng)機(jī)需要再次啟動(dòng)運(yùn)行,必須FAS遠(yuǎn)程發(fā)來的常壓有源信號觸發(fā)風(fēng)機(jī)啟動(dòng),則風(fēng)機(jī)在電網(wǎng)恢復(fù)正常或電源切換后會直接啟動(dòng),系統(tǒng)恢復(fù)正常排煙模式。但此時(shí)FAS引來的信號為有源脈沖信號,風(fēng)機(jī)電控箱二次回路接線中即使采用自保持回路,當(dāng)供電電源恢復(fù)后仍然無法自啟動(dòng)風(fēng)機(jī),排煙風(fēng)機(jī)仍處于停機(jī)狀態(tài),無法實(shí)現(xiàn)排煙,需采用其他措施來啟動(dòng)風(fēng)機(jī)。當(dāng)然可以采用應(yīng)急啟動(dòng)(即IBP強(qiáng)啟)。但在火災(zāi)工況下工作人員處于救災(zāi)狀態(tài),恢復(fù)供電后直接自啟是首選。

2 接觸器控制的照明系統(tǒng)

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(fù)荷,日常運(yùn)營時(shí)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(yuǎn)程集中控制,BAS系統(tǒng)遠(yuǎn)程以常壓或脈沖的信號方式給配電箱發(fā)出控開、控關(guān)的指令,使得公共區(qū)照明按照預(yù)定模式開啟或關(guān)閉。當(dāng)遠(yuǎn)程BAS發(fā)出脈沖信號時(shí)與上述的排煙風(fēng)機(jī)類似,在電網(wǎng)電壓波動(dòng)時(shí)接觸器主觸頭斷開,導(dǎo)致停電事故,電網(wǎng)恢復(fù)供電后沒有自恢復(fù)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(dāng)采用常壓信號時(shí)出現(xiàn)電網(wǎng)波動(dòng),系統(tǒng)有自恢復(fù)供電能力,BAS系統(tǒng)屬于弱電系統(tǒng)設(shè)備,當(dāng)BAS系統(tǒng)在長期連續(xù)運(yùn)營中出現(xiàn)“死機(jī)”時(shí),照明系統(tǒng)的命令消失,公共區(qū)照明也會停止[12-13]。

改進(jìn)做法是BAS系統(tǒng)遠(yuǎn)程命令采用常壓反邏輯來控制公共區(qū)照明方式,當(dāng)BAS系統(tǒng)發(fā)出常壓命令后關(guān)閉公共區(qū)燈具,當(dāng)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(yùn)行時(shí),轉(zhuǎn)換開關(guān)SA處于遠(yuǎn)程狀態(tài),中間繼電器KB帶電,其常開觸點(diǎn)閉合,中間繼電器KA1沒有接收到BAS系統(tǒng)遠(yuǎn)程指令,其常閉觸點(diǎn)閉合,燈具處于點(diǎn)亮狀態(tài);當(dāng)電網(wǎng)波動(dòng)時(shí)接觸器也會因短時(shí)斷電而斷開,但是電源平穩(wěn)后接觸器線圈KM自動(dòng)得電,燈具仍處于正常工作狀態(tài)。BAS系統(tǒng)死機(jī)也不會使正常運(yùn)行的燈具停機(jī)。當(dāng)停運(yùn)后需要BAS系統(tǒng)關(guān)閉照明時(shí),BAS系統(tǒng)發(fā)出常壓命令,燈具處于關(guān)閉狀態(tài)。

圖4 公共區(qū)照明配電箱二次原理圖

3 通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)PLC

標(biāo)準(zhǔn)的地下車站站廳兩端分別設(shè)置通風(fēng)空調(diào)電控柜。通風(fēng)空調(diào)電控柜給通風(fēng)空調(diào)設(shè)備提供電源并實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場控制,消防風(fēng)機(jī)(非前述的消防專用風(fēng)機(jī))采用兩路獨(dú)立220/380 V電源通過雙電源切換裝置給風(fēng)機(jī)提供電源。所有由通風(fēng)空調(diào)電控柜提供電源的風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)、故障信號、轉(zhuǎn)換開關(guān)位置信號等信息實(shí)時(shí)通過通風(fēng)空調(diào)電控柜內(nèi)設(shè)置的PLC上傳至BAS系統(tǒng),同時(shí)BAS系統(tǒng)通過PLC給風(fēng)機(jī)發(fā)出控開、控關(guān)命令。

設(shè)置在通風(fēng)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(dāng)雙電源切換裝置在電網(wǎng)波動(dòng)或切換時(shí)PLC斷電,導(dǎo)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(shè)置的UPS電源,也可以在通風(fēng)空調(diào)電控柜內(nèi)設(shè)置1個(gè)小容量的UPS電源,由此UPS電源給PLC供電。

4 結(jié) 語

消防專用風(fēng)機(jī)應(yīng)接收FAS引來的有源常壓信號啟動(dòng)風(fēng)機(jī),才能避免在火災(zāi)工況下電網(wǎng)波動(dòng)導(dǎo)致風(fēng)機(jī)停止的風(fēng)險(xiǎn);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(fēng)空調(diào)電控柜的PLC電源需引自UPS電源,確保電源波動(dòng)時(shí)數(shù)據(jù)不丟失。