智慧城軌建設(shè)中的低壓配電系統(tǒng)設(shè)計

孫宇坤

蘇交科集團股份有限公司 江蘇 南京 210000

引言

對于城市基礎(chǔ)建設(shè)而言，城市軌道交通系統(tǒng)是重要的組成部分。城市軌道交通系統(tǒng)就是指在城市道路上建設(shè)固定導(dǎo)軌，以電能作為主要動力，采取輪軌運輸?shù)姆绞?，實現(xiàn)快速、大運量的公共交通運輸?shù)南到y(tǒng)。比如，地鐵、輕軌列車等都屬于該系統(tǒng)內(nèi)的交通設(shè)施。出于提高環(huán)保性能及提高交通運輸效率方面的考量，城市軌道交通系統(tǒng)在城市發(fā)展中發(fā)揮的作用越來越重要、為進一步提高城市軌道交通系統(tǒng)的供電水平，避免因供電問題而引發(fā)軌道交通事故，需要將配電系統(tǒng)的性能不斷增強。

1 低壓配電系統(tǒng)的主要特點

城軌低壓配電系統(tǒng)是城軌正常運行的核心，只有擁有穩(wěn)定的低壓配電系統(tǒng)，才能對城軌進行日常維護，以及確保城市軌道穩(wěn)定運行。智慧城軌低壓配電系統(tǒng)中的電源可以有效保障城軌的穩(wěn)定運行。由于城市軌道交通系統(tǒng)是由多個子系統(tǒng)的共同組成，各個子系統(tǒng)設(shè)備齊全，配合緊密，地鐵本身具有公共福利強等特點，對供電和采用低壓配電系統(tǒng)的可靠性和安全技術(shù)要求也日益提高，城市軌道擁有大量風(fēng)力負荷，比如，車站熱風(fēng)機、空調(diào)、冷卻器等通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)，以及車站進出口處廢水泵和浸沒式空調(diào)泵。這些大型裝載機不僅需要本地控制，還需要在車站內(nèi)部進行綜合監(jiān)測位置的控制系統(tǒng)與火災(zāi)報警系統(tǒng)。有些設(shè)備甚至需要一個中央控制室進行監(jiān)視。此外，照明系統(tǒng)根據(jù)其功能作用范圍來進行分類，通常情況下，包含正常照明，應(yīng)急照明和緊急燈光。一般正常的照明主要包括作業(yè)照明、區(qū)段性燈光照明、節(jié)約能源燈光照明、廣告燈光照明、標識燈光照明和其他附加的房間燈光照明，應(yīng)急燈光通常由備用燈光照明和疏散燈光照明組成。一般的情況下，照明控制不僅需要本地控制，還需要照明配電室遠程控制（站臺、站廳出口標志、公共區(qū)域照明）。一般情況下，應(yīng)急照明由開關(guān)需要就地控制。站廳和站臺公共區(qū)域的操作燈和節(jié)電燈要在高峰時段開啟，不是高峰時段應(yīng)關(guān)閉，以此有效節(jié)約電能[1]。

2 城軌低壓配電系統(tǒng)現(xiàn)階段的特點及局限性

主動式運行與維護管理的常規(guī)方案在執(zhí)行強度、可靠性方面依然具有很大的可提升空間。其主要原因是城軌交通系統(tǒng)并非近年來的新產(chǎn)物，在很多城市中已經(jīng)運行了多年。任何系統(tǒng)、設(shè)備在經(jīng)過多年使用后，出現(xiàn)各類故障的概率都會提升。因此，常規(guī)的在發(fā)生故障后進行針對性搶修、維護的方案已經(jīng)嚴重滯后，相對“被動”的運維理念不再適用。在“變被動為主動”的思維理念指導(dǎo)下，可以在低壓配電系統(tǒng)中設(shè)置數(shù)字化、智能化的監(jiān)控裝置，對主要設(shè)備的運行工況進行實時監(jiān)測，圍繞相關(guān)參數(shù)，可生成折線趨勢圖。以此為基礎(chǔ)，當(dāng)設(shè)備表現(xiàn)出性能下滑，就是參數(shù)異常的情況之后，技術(shù)人員可以提前判斷出設(shè)備即將老化，進而對潛藏的故障進行排除、維護，更換磨損嚴重的零部件，以此為整個系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運行提供充足的保障。

現(xiàn)階段，城市軌道交通的配電系統(tǒng)是由多個具有不同功能的子系統(tǒng)組成。因此，對于智能城軌的建設(shè)而言，軌道交通系統(tǒng)中，應(yīng)進一步提升與低壓配電系統(tǒng)相關(guān)的多個子系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)運轉(zhuǎn)性。而在城軌交通低壓配電子系統(tǒng)設(shè)置安裝的初期，多個功能性子系統(tǒng)并不是同時完成設(shè)置的，而是隨著城市軌道交通系統(tǒng)的不斷升級，為了解決與日俱增的新要求而逐漸增加。對于管理的需求，當(dāng)前不同時間段新增的功能性子系統(tǒng)雖然能夠暫時滿足，但是，隨著需求的逐漸增加，現(xiàn)有的子系統(tǒng)管理運行機制極有可能會出現(xiàn)更多的漏洞，根本無法實現(xiàn)精細化的管理。因此，提高城軌低壓配電系統(tǒng)的管理水平，加強整體性，才能將低壓配電系統(tǒng)的運行效率進一步提升，對減耗、節(jié)約投資、提高資源利用率均會產(chǎn)生積極意義。

城軌低壓配電系統(tǒng)資產(chǎn)管理方面存在很大的增值空間。由于我國一部分城市經(jīng)濟發(fā)展起步較早，因此，當(dāng)前經(jīng)濟水平處于全國領(lǐng)先地位。但是，一些早期建設(shè)的城市，其基礎(chǔ)設(shè)施在功能性方面不夠完備，盡管通過各種方式，使城市基礎(chǔ)設(shè)施呈現(xiàn)出了現(xiàn)代化的特點，但是，能源的應(yīng)用效率較低、資產(chǎn)的價值無法得到良好的維護。比如，廣州市的軌道交通系統(tǒng)中，為了提高車站的美觀性，以熒光燈替代傳統(tǒng)的LED燈的方式，表面看來是與時俱進，但是，實際上將部分設(shè)備以變頻方式運行的調(diào)整，在節(jié)能減耗方面依然無法達到相關(guān)要求。因此，只有在城軌低壓配電系統(tǒng)中加入數(shù)字化監(jiān)測及分析裝置，要加強探索如何將能源使用效率進一步提高的相關(guān)內(nèi)容，以此完成城軌交通車站新結(jié)構(gòu)模型的設(shè)計，才能有效地節(jié)能減排，進而將資產(chǎn)的應(yīng)用價值進一步提高。

3 智慧城軌建設(shè)中的低壓配電系統(tǒng)設(shè)計的基本原則

3.1 可視化管理

智慧城軌建設(shè)中的低壓配電系統(tǒng)主要是通過系統(tǒng)自動對城軌的低壓配電系統(tǒng)進行智能化管理，因此，整個地鐵交通的安全在很大程度上取決于系統(tǒng)的安全性。但是，在實際的工作中，城軌低壓配電系統(tǒng)若出現(xiàn)故障，不能迅速檢測定位出存在的問題位置，在車站控制室控制端顯示出位置信息，由值班人員立即安排搶修，則很容易影響城軌智能配電系統(tǒng)的正常運行，進而為乘客的出行安全埋下隱患，所以，設(shè)計人員應(yīng)遵循可視化管理的基本原則，進行城軌低壓配電系統(tǒng)設(shè)計，使系統(tǒng)的運行狀況可以在計算機設(shè)備中清晰地顯示出來，以此最大程度保障系統(tǒng)正常運行，進一步提升城軌智能低壓配電系統(tǒng)設(shè)計的安全性，為人們的出行保駕護航[2]。

3.2 智能化設(shè)計

隨著電氣設(shè)備的技術(shù)進步和發(fā)展，越來越多的行業(yè)實現(xiàn)了配電系統(tǒng)的自動化和智能化，智慧城軌建設(shè)中的低壓配電系統(tǒng)也應(yīng)該緊跟時代發(fā)展的腳步，加入智能化發(fā)展的行列中。智能城軌低壓配電系統(tǒng)的設(shè)計應(yīng)該具有智能性，因此，系統(tǒng)可以提前設(shè)計好程序，城軌低壓配電系統(tǒng)根據(jù)設(shè)計好的程序運行和工作，而且系統(tǒng)可以根據(jù)城軌運行中的實際情況，對其參數(shù)進行調(diào)整和優(yōu)化，降低傳統(tǒng)人為配電造成的異常運行情況，提高城軌低壓配電系統(tǒng)的智能化和高效化，為運營安全提供充足的保障。

3.3 可靠性設(shè)計

智慧城軌建設(shè)中的低壓配電系統(tǒng)設(shè)計的重要原則就是可靠性，因為城軌與人們的生命安全息息相關(guān)，近年來新聞報道的城市軌道安全事故頻出，所以，設(shè)計人員在設(shè)計過程中應(yīng)該將可靠性放在首要位置。設(shè)計的可靠性主要體現(xiàn)在以下兩個方面：一方面，智慧城軌建設(shè)中的低壓配電系統(tǒng)在正常工作狀態(tài)下能夠進行實時的監(jiān)測，在異常的狀態(tài)下或者存在安全隱患的時候，系統(tǒng)能夠?qū)Π踩珕栴}進行準確識別，并及時切斷故障，有效控制影響范圍。另一方面，系統(tǒng)應(yīng)該操作設(shè)置簡單，當(dāng)出現(xiàn)安全問題，操作人員可以采用最簡單的操作將問題有效解決。

4 智慧城軌建設(shè)中的低壓配電系統(tǒng)設(shè)計

4.1 主站的優(yōu)化設(shè)計

協(xié)調(diào)城軌配電系統(tǒng)的無功平衡就是主站的主要作用，主站的運算分析和狀態(tài)預(yù)測是基于無功補償裝置的開關(guān)狀態(tài)以及各子站發(fā)送的遙測數(shù)據(jù)來完成的，如此就能得到城軌各節(jié)點的無功補償范圍。通過智能無功補償系統(tǒng)可以把控各子站的運行狀態(tài)，以及確保系統(tǒng)中的無功補償最優(yōu)。此系統(tǒng)在閉環(huán)控制的過程中，會將控制參數(shù)發(fā)送至各子站系統(tǒng)。此外，在開環(huán)控制中，會借助通過系統(tǒng)內(nèi)部運算，將子站的控制參數(shù)提供給系統(tǒng)，用作控制調(diào)度，一次讓城軌的智能無功補償系統(tǒng)保持最優(yōu)狀態(tài)。此外，主站還可以作為城軌中的最大無功補償控制的子站，將本站的運行數(shù)據(jù)發(fā)送至上一級，為其控制本站提供充足的依據(jù)。

4.2 通風(fēng)系統(tǒng)的配電分析

分析與設(shè)計城軌配電系統(tǒng)進行配電的過程中，需要重點考慮到對其車站自身的空調(diào)系統(tǒng)進行配置工作。在實際開展智慧城軌通風(fēng)系統(tǒng)的配置工作時，需要考慮到其系統(tǒng)所產(chǎn)生的溫度并根據(jù)其所處天氣和氣候進行動態(tài)化調(diào)整，以此來進一步提高乘客自身搭乘的舒適感與體驗。比如，在夏天天氣較為炎熱的氣候條件下，需要通過車站所帶有的冷風(fēng)機組進行降溫工作，與之相對應(yīng)的是，在冬天天氣較為寒冷的天氣條件下，則需要有暖風(fēng)機組對車站進行升溫工作。如此一來，便能夠保證車站本身長期處于穩(wěn)定的環(huán)境溫度下。城市軌道冷風(fēng)機組和暖風(fēng)機組的自身電力負荷均需要根據(jù)其實際使用情況進行配置工作，可分為三級根據(jù)不同情況進行電力輸送工作。由于冷風(fēng)機組與暖風(fēng)機組不會同時開啟使用，因此，其電源供電的方式可采用單電源，輸電方式可采用單回路，以此來達到全面降低通風(fēng)吸引的用電量、減少控制器與配電箱等硬件設(shè)備的使用數(shù)量，從而進一步起到解決城市軌道通風(fēng)系統(tǒng)成本的最終目的[3]。

4.3 照明系統(tǒng)的配電設(shè)計

地鐵、輕軌列車等都屬于城軌交通系統(tǒng)。比如，地鐵車站自身公共系統(tǒng)的配電設(shè)計通常是以車站自身的中心點出發(fā)，延伸到四周進行供電服務(wù)。如此一來，便可以很方便日后車站系統(tǒng)設(shè)備管理工作以及運行維護工作。但是，在一般情況下，大部分的地鐵車站在建設(shè)的時候會避開車站自身的變電所，而這便會造成在進行地鐵車站電力系統(tǒng)供應(yīng)的時候通常會布置大量的線路進行電路供應(yīng)，從而造成不必要的電力資源與設(shè)備資源浪費。然而，由于地鐵站臺自身的公共區(qū)域通常是屬于同一個防火分區(qū)內(nèi)的，且其自身工作照明、應(yīng)急照明等電源都采取交叉供電的方式。因此沒有必要對其進行電源拆分工作。所以，在設(shè)計地鐵車站站名系統(tǒng)的配電時，可以從地鐵沿線的某一處配電室直接供電，且如果能夠在多個地鐵車站都采取該類設(shè)計進行系統(tǒng)配電設(shè)計，則可以很大程度上減少地鐵自身的資金投入。在進行地鐵車站的照明系統(tǒng)配電設(shè)計及實施的過程中。首先，需要有專業(yè)的設(shè)計檢測人員對地鐵車站進行詳細的測量與評估工作，以此保障計算數(shù)據(jù)的準確性，并在此基礎(chǔ)之上安裝與之對應(yīng)的照明系統(tǒng)與設(shè)備，由此實現(xiàn)高效益的地鐵車站用電調(diào)配工作，然后，再輔助用以變壓器對地鐵車站所用電流進行靈活配置工作。在進行地鐵車站照明用電量的計算工作時，需要注意車站自身的站內(nèi)面積以及光源通亮，從而合理設(shè)置地鐵車站電源的最高值與最低值，再以此為依據(jù)選擇地鐵所用的燈光設(shè)備數(shù)量與變壓器容量等。

4.4 智能斷路器

對于智能斷路器來說，其能夠發(fā)揮控制和保護低壓配電網(wǎng)絡(luò)的作用，通常把智能斷路器安裝在低壓配電柜中，以此作為主開關(guān)起保護作用。在智能低壓配電系統(tǒng)中，智能斷路器非常關(guān)鍵，許多智能斷路器都是應(yīng)用模塊式結(jié)構(gòu)，并同時能夠?qū)崿F(xiàn)電路保護和監(jiān)控一體化功能。智慧城軌低壓配電系統(tǒng)對自動化和智能化有著更高的標準，所以智能斷路器以它自身的優(yōu)勢彌補了傳統(tǒng)斷路器的弊端，滿足了地鐵智能低壓配電系統(tǒng)的需要。在安裝應(yīng)用智能斷路器期間，需要根據(jù)低壓配電系統(tǒng)回路的額定電流進行選型，以保障各個回路的正常運行；其次在安裝完試運行后，應(yīng)進行二次檢測，根據(jù)實際運行對參數(shù)設(shè)定進行調(diào)節(jié)，保障智能斷路器適應(yīng)地鐵低壓配電回路運行的需要，能夠穩(wěn)定可靠的運行。如果低壓配電系統(tǒng)出現(xiàn)故障，工作人員可根據(jù)監(jiān)測信號進行操作，以此把城軌配電系統(tǒng)的故障解決，使配電系統(tǒng)能夠穩(wěn)定運行[4-5]。

5 結(jié)束語

綜上所述，在建設(shè)智慧城市期間，智慧城軌作為先導(dǎo)工程，對其提出的頂層設(shè)計規(guī)劃，提高了軌道交通各專業(yè)的標準。在工程設(shè)計中應(yīng)該緊跟時代發(fā)展的腳步，注重技術(shù)創(chuàng)新，改變傳統(tǒng)的設(shè)計理念和工作方式，將智能低壓配電系統(tǒng)應(yīng)用到智慧城軌建設(shè)中，促進城軌朝著智能化和自動化的方向發(fā)展，帶給人們更舒適和方便的出行體驗。