關(guān)于地鐵通信設(shè)備供電系統(tǒng)空開選型搭配的研究

摘 要：供電系統(tǒng)作為地鐵通信設(shè)備的電源提供模塊，在整個(gè)通信系統(tǒng)中占有重要地位。一般情況下，地鐵供電系統(tǒng)由不間斷電源UPS和交流配電單元構(gòu)成，交流配電單元由總空開和下級分空開組成，是一種由兩級空開組成的配電系統(tǒng)。本文通過對地鐵通信設(shè)備供電系統(tǒng)中交流配電單元的空開選型搭配研究，提供一種空開組合的思路，力求對通信設(shè)備起到最大的供電保護(hù)。

關(guān)鍵詞：地鐵通信；交流配電單元；空開

中圖分類號：U285 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）27-0322-02

背 景

隨著地鐵交通事業(yè)的快速發(fā)展，地鐵通信設(shè)備在地鐵日常運(yùn)營中起到的作用越來越重要。地鐵通信設(shè)備一般包含傳輸、無線、交換、視頻監(jiān)控、廣播和供電等系統(tǒng)，各系統(tǒng)在不同方面發(fā)揮著各自的作用，構(gòu)成傳送語音、數(shù)據(jù)和圖像等各種信息的綜合業(yè)務(wù)通信網(wǎng)。傳輸為各個(gè)系統(tǒng)提供傳輸通道，實(shí)現(xiàn)設(shè)備互聯(lián)互通；無線提供無線調(diào)度，實(shí)現(xiàn)列車司機(jī)與控制中心無線通信；供電系統(tǒng)為所有通信設(shè)備提供電源，是地鐵通信設(shè)備的重要基礎(chǔ)支持模塊。地鐵通信設(shè)備的平穩(wěn)運(yùn)行對整個(gè)地鐵的運(yùn)營服務(wù)質(zhì)量有重要影響，一旦通信設(shè)備因供電原因發(fā)生集體掉電，將嚴(yán)重影響地鐵運(yùn)營服務(wù)質(zhì)量。本文通過研究地鐵通信供電系統(tǒng)中交流配電單元內(nèi)空開選型搭配，力求為通信設(shè)備提供最合理、穩(wěn)定的電源供電，確保電網(wǎng)中任一通信設(shè)備過載、短路都可以由與其直接連接的空開通過脫扣直接切斷電源，隔離故障點(diǎn)，其他通信設(shè)備照常運(yùn)行，保證地鐵運(yùn)營服務(wù)質(zhì)量。

1 地鐵通信供電系統(tǒng)概述

1.1 不間斷電源UPS

UPS是Uninterrupted Power System的縮寫，中文譯為“不間斷電源”，是一種含有儲能裝置，以逆變器為主要組成部分的恒壓、恒頻的不間斷的電源。當(dāng)市電正常時(shí)，UPS將市電穩(wěn)壓、穩(wěn)頻后供通信設(shè)備使用，同時(shí)向蓄電池充電；當(dāng)市電中斷或異常時(shí)，UPS立即將蓄電池電源通過逆變轉(zhuǎn)換的方式向通信設(shè)備繼續(xù)供電，維持通信設(shè)備正常工作。

1.2 交流配電單元

交流配電單元是一種電源分配單元，它的作用是將經(jīng)過UPS穩(wěn)壓、穩(wěn)頻后輸出的電源安全、可靠、合理的分配給各個(gè)通信設(shè)備，保障通信設(shè)備平穩(wěn)運(yùn)行。地鐵通信供電系統(tǒng)交流配電單元由上、下兩級公開組成，上級空開為總空開，下級空開為直接與各通信設(shè)備連接的分空開。

1.3 空 開

空開是空氣開關(guān)的簡稱，又名空氣斷路器，是斷路器的一種，是一種只要電路中電流超過額定電流就會自動斷開的開關(guān)。空氣開關(guān)是低壓配電網(wǎng)絡(luò)和電力拖動系統(tǒng)中非常重要的一種電器，它集控制和多種保護(hù)功能于一身。除能完成接觸和分?jǐn)嚯娐吠?，尚能對電路或電氣設(shè)備發(fā)生的短路、嚴(yán)重過載及欠電壓等進(jìn)行保護(hù)。

2 上、下級空開選型搭配研究

2.1 故障案例

國內(nèi)某地鐵站發(fā)生全站通信設(shè)備掉電故障，對地鐵運(yùn)營造成較大影響。地鐵調(diào)度立即組織通信人員對故障進(jìn)行搶修，及時(shí)修復(fù)故障，恢復(fù)通信設(shè)備功能。經(jīng)過現(xiàn)場搶修，通信人員發(fā)現(xiàn)故障是由于視頻監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)生短路，短路電流過大造成交流配電單元內(nèi)總空開及視頻監(jiān)控空開同時(shí)跳閘引起。因總空開發(fā)生跳閘，造成了所有通信設(shè)備同時(shí)掉電。

2.2 總空開跳閘原因初步分析

本次故障發(fā)生時(shí)，交流配電單元內(nèi)總空開為施耐德IC65N系列空開，額定電流為63A，視頻監(jiān)控空開也是施耐德IC65N系列空開，額定電流為25A。由于本次故障原因?yàn)橐曨l監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)生短路，短路瞬時(shí)電流過大造成交流配電單元內(nèi)總空開與視頻監(jiān)控空開同時(shí)發(fā)生跳閘，這是造成整個(gè)地鐵站內(nèi)所有通信設(shè)備掉電的原因。

2.3 空開的B、C、D型

在ICE60898（ICE為國際電工委員會簡稱）標(biāo)準(zhǔn)下，將符合不同脫扣曲線的空開分為B、C、D型，脫扣曲線反映空開脫扣時(shí)間與過載、短路電流的關(guān)系，并規(guī)定了短路電流在達(dá)到空開額定電流的幾倍時(shí)發(fā)生瞬時(shí)脫扣如表1。

本次故障發(fā)生時(shí)，通信交流配電單元內(nèi)總空開和視頻監(jiān)控空開都為施耐德IC65N系列空開，而且都為符合C類脫扣曲線的C型空開。施耐德IC65N系列空開C型脫扣曲線如圖1所示。

從圖中可以看出，施耐德IC65N系列C型空開在短路電流達(dá)到7～10倍空開額定電流時(shí)會發(fā)生瞬時(shí)脫扣，而且脫扣時(shí)間無區(qū)別，都在0.01s或以下。結(jié)合本次故障實(shí)際情況，當(dāng)短路電流達(dá)到630A或者更大時(shí)，視頻監(jiān)控空開、總空開在同一時(shí)間發(fā)生瞬時(shí)脫扣，本站所有通信設(shè)備發(fā)生掉電。

2.4 空開的級聯(lián)和保護(hù)選擇性

級聯(lián)是指利用給定點(diǎn)斷路器（即空開）的限流能力，允許安裝低分?jǐn)嗄芰Φ牡统杀鞠录墧嗦菲?。通過級聯(lián)，空開可安裝在不同的配電柜中。因此通常情況下，級聯(lián)是指可安裝分?jǐn)嗄芰Φ陀谠摪惭b點(diǎn)預(yù)期短路電流的各類斷路器的組合。當(dāng)然，上級斷路器分?jǐn)嗄芰π璐笥诨虻扔谠摪惭b點(diǎn)的預(yù)期短路電流。

選擇性是指自動保護(hù)裝置（本文特指空開）間的協(xié)調(diào)配合，使電網(wǎng)中的任意故障可以并且僅有故障直接上一級短路其排除。若故障點(diǎn)所有故障電流值，從過載至短路電流，均由下級空開斷開切斷故障電流，上級保持閉合，則稱上、下級空開具有完全選擇性保護(hù)；如果全短路故障電流情況下，不能滿足完全選擇性保護(hù)，但是可能在某一較低故障值時(shí)（選擇性極限值）上、下級具有選擇性，則稱為部分選擇性保護(hù)。若故障發(fā)生時(shí)，上、下級空開同時(shí)斷開，則稱保護(hù)無選擇性。

2.5 總空開跳閘原因深度分析

進(jìn)一步分析，從施耐德公司IC65系列小型斷路器資料中發(fā)現(xiàn)，上級為IC65N系列額定電流為63A的C型空開，與下級為IC65N系列額定電流為25A的C型空開的組合結(jié)果為無保護(hù)選擇性的，也就是說當(dāng)發(fā)生短路時(shí)，并且短路電流超過上級空開的額定電流時(shí)上、下級空開會發(fā)生同時(shí)跳閘，如圖2所示。

因此，短路電流較大，交流配電單元內(nèi)上、下級空開選型搭配不合理無法起到完全選擇性保護(hù)是導(dǎo)致總空開跳閘，造成地鐵站內(nèi)所有通信設(shè)備掉電的根本原因。

2.6 解決方案

本站交流配電單元內(nèi)視頻監(jiān)控空開為施耐德IC65N系列額定電流為25A的C型空開，其他通信設(shè)備也是該類型空開，且額定電流小于25A。根據(jù)保護(hù)選擇性對照表，總空開需選擇Compact NSX160F/N/H/S/ LTM-D系列額定電流125A的空開，可起到完全選擇性的保護(hù)效果。

2.7 研究結(jié)論

兩級或者兩級以上空開的選型搭配非常重要，必須從建設(shè)初期設(shè)開始就給予充分考慮，確保上、下級空開的選型搭配符合設(shè)備供電要求，起到相應(yīng)的保護(hù)選擇性，對于地鐵運(yùn)營安全、運(yùn)營服務(wù)質(zhì)量造成較大影響的設(shè)備需達(dá)到保護(hù)完全選擇性，這樣才能保證設(shè)備供電的連線性?？臻_生產(chǎn)廠家一般都會有上、下級空開搭配保護(hù)選擇性對照表，從表中可以看出上、下級空開如何搭配才能達(dá)到完全選擇性。

3 結(jié) 語

本文從實(shí)際故障出發(fā)，深入研究故障原因，抽絲撥繭，層層推進(jìn)，最終找到故障原因，為通信設(shè)備供電系統(tǒng)空開選型搭配提供一種正確思路?？臻_的上、下級組合不能只是簡單的看額定電流的大小，不能簡單認(rèn)為上級空開額定電流大于下級空開就滿足要求。必須從空開的型號、功能等方面考慮，并參考空開保護(hù)選擇性對照表，才能確定上、下級空開的選型搭配，保障設(shè)備用電的穩(wěn)定和安全。

參考文獻(xiàn)

[1]孟憲章.低壓斷路器.北京：中國電力出版社，2006.

[2]施耐德電氣有限公司.Acti9 ic65系列小型斷路器產(chǎn)品資料.北京，2011.

收稿日期：2018-8-11

作者簡介：羅勝雄（1987-），男，漢族，廣東梅州人，助理工程師，本科，主要從事城市軌道交通通信技術(shù)管理工作。