解析轨道交通地铁动力配电及照明系统智能化设计研究

解析轨道交通地铁动力配电及照明系统智能化设计研究

罗珊

广州地铁建设管理有限公司

摘要:轨道交通地铁工程的发展随着市场经济的迅速成长和发展,同时他们对机电施工的效率和质量要求也愈来愈高。怎样进行机电工程的施工管控,是每个建设方都关心的课题。现阶段,中国的机电工程管理是不健全的,只有在具体实施过程中进一步加强规范与管理,才能从根本上促进机电施工管理的发展和提升,为建设项目创造更大的经济效益以及社会价值。

关键词:地铁;动力配电;照明;智能化设计

一、地铁动力配电及照明系统的特点

　　地铁中的各种装置规模大而复杂,对相互协调要求较高,同时还具有公益性,对高低压配电以及供电设备的安全、可靠性等均有较高的要求。地下铁路的动力负荷主要涉及列车内排热风机、中央空调机组、区域隧道风机、区域射流风机和冷水机等多种通风空调装置,同时还有出入口区域的污水机、废泵、潜水泵、风道初集自动化泵,以及大量的自动水泵装置。而这些设施不但在设施旁能够进行就地管理,同时还会使用火灾报警系统。而车站设备系统通常都是由列车综控室进行管理,另外部分设施还需要经由自动化中心来完成相关监测与管理。

一般情况下,照明系统都有着相对较为完整的分类,具备的功能也多种多样。车站照明系统分为应急照明和普通照明。其中,应急照明系统主要是由疏散灯具、备用灯具等所构成。普通照明主要是由工作照明、广告照明、区域照明、引导标识照明、附属用房照明、节点照明等构成的。除就地监控照明以外,车站、广播照明、站厅、标志照明和出入口公共区域照明等,都是由照明配电室实现统一管理与监控,同时在车站综控室还必须由BAS进行统一管理。在一般情况下,应急照明系统都是利用开关进行就地监控。出现火灾时,将通过FAS控制来达到全部点亮的要求。为节约用电,在营业高峰期时段,站厅公共区域、车站、节点照明和工作照明的所有照明全部打开;高峰时间过后,关闭所有节点照明和工作照明,节约照明用电。当深夜车辆暂停运营后,公共区域的节点照明和日常灯具也被全部关闭,只留下执勤照明和应急照明,方便了内部人员的正常出入和巡逻。

二、智能化低压柜的组成分析

在变电站内,智能低压控制系统主要负责监测、互锁和控制低压线路的工作情况,并完成了遥控、遥信和遥测智能断路器,并对通风空调、给排水等设备进行测量、监视、控制、保护,并结合实际情况对智能模块参数进行科学、合理的设定和复位。通风空调设备一般情况会设置环控、上位监控系统、就地电控室等三级控制,以确保各系统的安全、高效运行。

2.1 动力配电设备的配置

通常情况下,环控电控柜一般选择了抽屉柜。在整个环控电控室柜内,所选用的智能系统都是利用了现场总线上的最有效接口。实际上,现场总线系统应该采用单总线结构,但总线数量不得低于三个,以分散由于总线问题而产生的危害,以保证总线的安全与稳定性。水泵控制可以选择控制箱形式,采用集电机保护器、断路器以及接触器于一体的CPS方案,能够减少工序,也能够缩小空间并减少故障率。

2.1.1设备智能化的结构框架

设备自动化系统主要由电气部分和信息部分所构成,包括:电气部分包括了机械设备本身及其运行机构、电流互感器和传感器;信息部分则是指智能组件及其内部所配置的智能单元。其基本构成框架如图一所示。

（1)电气部分:与传统变电站的主要一次设备比较,高智能化一次电气设备在各本体以及运行机构中具备了同样的功能。将互感器和传感器安装到一个装置上,用于收集装置的状况和特性信号。

图1 设备智能化的结构框架示意图          

（2)智能部件组成:是智能装置的关键部分,为智慧单位完成信息处理、通信与运行等基础业务。将对电气设备本身的状态检测、管理、监视、维护(非电量)、测量的部分以及整个IED系统综合而成,并通过线缆或光纤将电气设备本身的感应器以及监控机构连接成有机整体,以完成对整个电子设备的状态检测。

（3)产品端口:通过网络端口接至车站控制层网络系统,用以智能一次产品相互间以及与车站控制层计算机之间的通信;专用端口可以直接连接智能模块,并进行特殊与智能模块的实时数据通信。

（4)智能单元:是高智能技术的应用终端,具备进行数据处理、大数据分析与控制的能力。

2.1.2 智能组件的工作过程

（1)数据测量:感应器将反应了该装置的状况情况(如在线监测情况、操纵机关情况和行动情况等)的物理量资料转换成电气测量资料,再经由状态连接传送至智能模块。

（2)数据分析处理:通过智能组件对所采集到的各种接口信号加以处理,从而获取数据分析所需要的各种数据。然后再由在智能组件里所设置的智能单元完成运算分析,把分析结果发送至输入输出部门。

（3)动作操作与消息发送:基于各智能模块的应用,智能模块实现相关的决策操作与消息发送。智能单元的控制产生了或来自于系统上级的操作指令,并经由控制单元对该系统的操作单元实施操作;然后,智能单元再经由网络接口发出从自动上传的系统上层提取的数据。

2.1.3 电子式互感器

如图二所显示,电子式互感器首先经过交换器传输一个CT/PT的数据给二次转换器,再经过MU实现数据融合后再传输至下一个测控设备。与普通互感器比较,电子式互感器由于内在构造的简化,大大的减少了二次连接的复杂程度。

图2 电子式互感器工作原理   

目前,计算机式CT大多使用罗氏线圈,计算机式PT大多使用高分压电容器。

2.2 关键单元配置要求

通常情况下，电机保护控制模块、小PLC和软启动等通过网关和总线连接，并且要与车站设备监控系统保持时间是同步的，还要用车站设备监控系统要求的总线协议替换底层总线协议。电机保护控制模块主要是借助外置或者内置电流互感器来实现对电机测电流的自动采集，显示点击运营状态和故障。模块应该包括许多可以编程的数字量输入点，把电机运行状态、控制状态、故障信息等参数上传到网关;还有一个或多于一个的通信接口。电机保护控制模块选择的是工业型产品。智能I/O或PLC可以显示故障和设备运行状态，把相关参数上传至网关。

三、照明系统智能化设计

基于城市轨道交通地铁工程的建设与发展,越来越多的智能化技术被应用其中,以期提高人性化运营管理水平。目前,大部分轨道交通工程位于地底,站台内无法进行采光,所以在停车及行车阶段都需要灯具对其进行采光,而轨道交通站台照明系统具有以下特点:(1)车站空间大,所需照明设备较多,以此对节能提出了较高要求;(2)运行期限较长,对灯具的使用寿命提出更高需求;(3)乘客流量分布不均匀,并且不同区域、不同时段对照度要求存在差异;(4)照明区域较多,包括换乘通道及出入口、车站站厅站台、广告照明、设备区照明等。

传统照明系统选择BAS系统控制,其控制模式比较单一,且需要敷设大量线缆以满足照明和控制需求,其不仅增加了建设难度,而且还会增加后续运行、维护的难度。鉴于此,推出了照明智能控制系统,其优点包括:(1)针对各种情况,智能照明控制系统通过定时监控、调灯管理等功能带来不同的照明效应,从而有效的适应地铁照明需要;(2)智能照明控制系统选择了总线形式,进一步简化了接线工序，且能够对系统内任一终端照明灯具进行监测;(3)由于采用了分布式网络,因此整个照明智能控制系统也可以使用同一个计算终端来进行全局控制。

在地铁动力配电及照明系统的辅助下,如果想要进一步提升照明自动化水准,则必须进行如下几方面的设计工作:

(1)照明和照明部件的选择。一般情况下,城市轨道交通列车的照明光源,基本上都会选用三基色细直径(T5或T8)的直管日光灯,和传统粗直径T十二进行比较发现,光效可由原来的七十lm/W提高至九十lm/W以上,在相同的照明水平下,也能够有效减少光源消耗量。同样,在地铁电灯控制系统中,通过对电力镇流器的使用,能够使启动的电压循序渐进的增加,这不但能够降低电灯的耗能,而且也能够增长电灯寿命,增加电灯的光效输出功率,达到更加有效的节电作用;

(2)电气设备房应急照明从最初的长光灯变换为翘板开关调节,一旦发生火灾事故时可由FAS系统给予强制性开启,这样既可以降低火灾事故带来的损失,而且还可以降低技术设备房电力功耗;

(3)公用区域照明,一般涉及到常规照明、导向照明、紧急照明、屏蔽门光带照亮以及广告照明,此时一般采用将接触器设置于照明电路,并通过对环境和电气设备系统的实现监控方式,以此来提高照明系统智能化控制效果。

如今,随着城市轨道交通运输网络的发展,智能照明控制系统也在城市轨道交通照明设计中得以广泛应用,它既包含了设在调制室内的总线电源、控制器主机、USB接口,同时也包含了设在配电器内的开关控制模块,它由照明传感器和就地控制台组成了整个结构。一般情况下,每一条照明供电回路具有与之相配套的地址,每个部件经由总线相连形成一个监控网络系统,以完成对照明控制系统的智能监控和管理工作。

上海地铁在低压配电体系下,通过智能照明设计可以完成对照明开闭状况的精确监控,在满足照明需求的同时,达到节约能源的目的。因为地铁改造时选用建筑材料有所不同,且引起的反射率产生不同,造成范围的照明差异,此时需要通过智能照明控制系统予以合理调控,以期达到照明的一致性。另外,通过港铁环境灯的控制,来对地下列车出口、高架站台等场段露天氯乙烯单体照明装置进行自动控制,由此来进行低能耗照明,满足节能环保要求。

结束语：

综上所述,城市轨道交通地铁工程的高速建设,促进了地铁中动力配电及照明系统设备朝着高度自动化发展。因此，动力配电及照明系统设备发展的眼前目标,就是利用动力配电及照明系统设备的有效配合,以保证供电系统的安全、可靠性,从而达到动力配电及照明系统的高度自动化,用户端控制操作简便,各种设备的应用更加灵活,提高系统运行效率,并达到节能效果。

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