地铁低压配电自动化系统的应用与发展

郑姗姗

（上海市隧道工程轨道交通设计研究院，上海 2002352）

地铁低压配电自动化系统的应用与发展

郑姗姗

（上海市隧道工程轨道交通设计研究院，上海 2002352）

针对近些年低压配电自动化系统在国内多个城市地铁建设中应用的现状，通过对比分析地铁低压配电自动化系统的传统模式与当前的各种模式，提出了低压配电系统自动化在地铁领域应用前景与发展的方向.

低压配电；地铁；系统

传统的低压配电控制方式主要是通过断路器、接触器、熔断器、控制继电器、互感器以及各种模拟指针仪表（电压表、电流表、功率表、电能表）等组成的低压开关柜来实现配电的控制、保护、监视等功能.这种传统的开关柜以人工直接操作为主，如果要进行计算机智能管理，则需要采用电量变送器及微处理器来实现.但是在地铁建设中大量使用电量变送器存在成本高、接线复杂、功能简单、精度低和可靠性差等缺点，而且地铁属于人员密集型公共场所，地铁低压系统供电的可靠性、控制的有效性、运营维护的便利性在地铁设计中占据着举足轻重的地位.随着微处理技术的广泛应用及计算机系统可靠性的大幅提高，低压电气自动化元件在地铁设计建设中得到快速发展，低压电气自动化配电系统应运而生.

1 传统低压配电系统与目前低压配电自动化系统的对比

随着低压配电自动化系统运行的可靠性和实时性不断提高，根据低压配电自动化系统直接面向控制终端的特点，其涵盖的终端设备种类也越来越多、分布越来越广.

1.1 降压变电所低压部分自动化系统应用

地铁0.4 k V配电系统直接面向车站、区间的低压用户，从用电设备负荷分类来讲，一、二级负荷占绝大多数，对低压电源的可靠性要求高.主变电所、中压网络等输变电环节采取了一系列措施以提高供电系统的可靠性，在0.4 k V配电系统这一环节采用分段单母线接线，设母线分段开关，并设三级负

荷分母线.

1.1.1 传统低压配电模式

（1）根据G B 50157—2003《地铁设计规范》14.6.8的规定,0.4 k V降压变电所遥控对象应包括下列基本内容：降压变电所的低压进线断路器、低压母联断路器、三级负荷低压总开关；

（2）根据G B 50157—2003《地铁设计规范》14.6.9的规定,0.4 k V降压变电所遥信对象应包括下列基本内容：降压变电所低压进线断路器、母联断路器的故障跳闸信号；

因此,传统低压配电模式根据规范要求，仅实现对进线断路器、母联断路器、三级负荷总开关以及监控变电所备用电源自投自复情况的遥控、遥信、遥测.具体智能低压系统结构图如图1所示.

图1 0.4 k V开关柜传统低压配电系统结构图

由图1可知,进线断路器、母联断路器、三级负荷总开关的遥控、遥信由智能断路器实现，智能断路器采用微处理器或单片机为核心的智能控制器，不仅具备普通断路器的各种保护功能，同时还具备实时显示电路中的各种电气参数，对电路进行在线监视、自行调节、测量、实验、自诊断、可通行等功能.遥测由智能化数字仪表来实现.

广州地铁2号线,上海地铁7、8号线,北京地铁1、2号线等地铁线路降压变电所低压部分自动化系统均采用该方式.

1.1.2 目前通用低压配电模式

在规范要求遥测、遥控、遥信的对象基础上,增加了对所有馈出回路的断路器的遥控、遥测、遥信，以及馈出回路电压、电流、功率、电能的遥测.具体低压配电自动化系统结构图如图2所示.

图2 0.4 k V开关柜目前通用低压配电自动化系统结构图

图1与图2比较可知,图3馈出回路采用智能断路器和智能化数字仪表，增加对重要馈出回路的遥控、遥测、遥信功能.同时增加P L C装置，P L C装置具有强大的逻辑控制功能.进线与分段开关之间复杂的控制逻辑关系如果由传统的电磁继电器实现，继电器数量多，连线多，调试工作繁重，维修工作量大.通过P L C装置很容易实现各种控制与联锁功能，并容易和变电所综合自动化系统实现通信.

新建的杭州地铁1号线、深圳地铁5号线、深圳地铁7号线、成都地铁2号线、上海地铁11号线、上海地铁12号线、上海地铁13号线等地铁线路降压变电所低压部分智能系统采用该方式.

1.2 环控电控低压部分的智能系统应用

地下车站环控负荷中心附近设环控电控室，环控设备由环控电控室集中配电.有些地铁车站环控配电采用单母线分段的主接线方式，有些地铁环控配电采用双电源切换的主接线方式.环控电控柜另设三级负荷母线段，采用单母线不分段的接线方式，为冷冻水泵、冷却水泵等三级负荷分组配电.环控电控柜都是直接连接的现场环控设备，直接对现场环控设备供电或进行控制，对实时性有一定要求.随着环控电控柜的发展，它已不仅局限于供电，而且已逐步地将控制器等产品纳入进来，如软起动器、变频器等.

1.2.1 传统模式

传统的环控配电系统通过软启动器和变频器实现对大功率电动机的遥测、遥信和遥控.其他小功率电动机馈出回路的保护和控制采用普通电动机专用断路器、交流接触器和热继电器结合的保护形式.

由图3可知,环控电控低压仅为其他小功率通风空调设备提供电源,通过断路器对小功率电动机进行过载和短路保护.

图3 环控智能低压配电系统结构图一

采用该配电系统模式的地铁线路包括：北京地铁1、2号线,广州地铁2号线,深圳地铁1号线,上海地铁1、2号线等线路.

1.2.2 目前通用模式

与传统利用软启动器和变频器实现对大功率电动机的遥测、遥信和遥控的环控配电系统相比较,目前环控柜低压自动化控制系统主要实现对通风空调等设备的监视、测量、控制和保护，对智能模块的参数设定、复位，对进线电源状态监视及电压、电流等参数的上传等；通风空调设备通常设就地控制、通风空调电控室控制、上位监控系统控制三级控制，智能低压控制系统实现三级控制转换及运行状态显示.每个通风空调电控柜内的智能电机保护器（智能马达保护控制器，简称马达保护，适用于保护交流50 H z的各种额定电流的电动机.对电动机的短路、堵转、过载、欠载、缺相/不平衡、接地/漏电、过/欠压及外部故障等引起的危害予以保护，并具有测量、操作控制、诊断维护、报警输出、模拟量输出及网络通讯，包括遥测、遥信、遥控、遥调等功能）采用现场总线连接，现场总线通过安装在远程I/O上的通信模块经过协议转换接入环控M C C系统.远程I/O与环控M C C系统之间通讯总线需采用冗余双总线方式；环控M C C系统与E M C S系统之间采用冗余以太网T C P/I P相连.通信模块与柜内智能模块之间的现场总线可采用单总线形式，通信速率不低于9600 b p s.远程I/O与环控M C C系统之间通讯总线采用冗余双总线方式，速率不低于1500 k b p s，以保证系统控制与数据传输的实时性.

图4 环控智能低压配电系统结构图二

由图4可知,环控电控低压部分通过智能模块、软启动器、变频器对电动机进行综合保护,采集通风空调设备的信息,环控电控低压可以设置独立的通信控制器,并将采集到的数据调整归纳、整理、计算后,实时刷新上传至E M C S的主P L C,同时根据E M C S的主P L C下达的通风模式,实施控制.也可以不单独设置通信控制器，合用E M C S的主P L C.上海地铁10、11、12、13号线,深圳地铁5、7号线、苏州地铁4号线等地铁线路环控电控低压部分自动化系统采用该方式.

2 低压配电自动化系统的应用比较

通过上面的分析可以看出,当前地铁设计建设中使用的低压配电自动化系统与传统配电模式相比有如下特点：

2.1 自动化

低压配电自动化系统由低压开关加装了具有通信功能的智能测控保护装置，比如微机电动机保护、智能仪表装置等，经数字通信与计算机系统网络连接，避免了传统模式无法对0.4 k V降压变电所馈线回路进行远程监视以及实时的掌握其电气元件工作状态的弊端，降低了传统的低压系统维护的工作量以及运营维护人员现场巡检工作的难度.真正实现了低压配电设备运行管理的自动化.

2.2 多功能化

智能测量保护装置增强系统的可靠性,摆脱了传统电气元件功能单一的缺点，集测量、保护、控制等多种功能于一体，取代了传统指针式电量表、信号灯、继电器等电气元件，并大量减少了配电柜内二次接线，降低了传统模式下以点对点的方式与监控系统相连接,使用大量的控制电缆，摆脱了现场电缆敷设工程量大、接线复杂、系统调试难度大等缺点.

2.3 网络化

地铁上应用的低压配电自动化系统一般具有数字通信接口，通过网络与微机处理系统互联，可实现实时数据采集、数据存储、数据通信、数据处理、控制中心远程操作等多种功能.

3 结语

低压配电自动化系统的性能主要体现在以下几个方面：(1)低压配电自动化系统能够实现远程测量，即可以在控制终端查看各回路或各控制单元的电量参数；(2)远程调节，即可对控制单元远距离上传、下载各种保护设定值、特性曲线；(3)远程控制，即可对控制单元进行远程储能、合闸、分闸、启动、停车(电动机控制回路)等操作；(4)可进行信息查询，即可对低压配电自动化系统的各种信息资源进行查询，如故障记录、日记报表，以及电网管理、电网质量与负荷分析等.实际上低压配电自动化系统也是电子、自动化与配电技术相结合的产物.

根据不同城市地铁的设计要求和地铁线路的具体情况,目前国内地铁低压配电自动化系统的实际应用各不相同,但从地铁供电的可靠性和自动化方面考虑,低压配电自动化系统将在地铁设计中的应用将会更加广泛.

〔1〕上海地铁12号线龙华站动力照明施工图设计.上海市隧道工程轨道交通设计研究院.2012.

〔2〕上海地铁13线长寿路站动力照明施工图设计.上海市隧道工程轨道交通设计研究院.2012.

〔3〕中国航空工业规划设计研究院.工业与民用配电设计手册[M].北京：中国电力出版社，2005.

〔4〕于松伟，等.城市轨道交通供电系统设计原理与应用[M].成都：西南交通大学出版社，2008.

〔5〕刘介才.工厂供电[M].北京：机械工业出版社，2004.

T M 72

A

1673-260 X（2012）09-0052-03