1概述

智能型低壓electrical系統(tǒng)設(shè)備簡單地說就是選擇了智能型元器件的設(shè)備，其主要特點是在傳統(tǒng)electrical設(shè)備和元器件基礎(chǔ)上充分應(yīng)用了微電子技術(shù)、電力電子技術(shù)、計算機控制技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)通訊等新技術(shù)，具有較高的功能和可靠性。若干個智能型低壓開關(guān)柜經(jīng)數(shù)字通信與計算機系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)連接，組成智能低壓配電系統(tǒng)，具有遙測、遙控、遙信及遙調(diào)性能，可以實現(xiàn)低壓開關(guān)設(shè)備運轉(zhuǎn)管理的自動化、智能化。

智能低壓配電系統(tǒng)可實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實時采集、數(shù)字通信、遠程操控與程序控制、保護定值管理、事件記錄與告警、故障分析、各類報表及設(shè)備維護信息管理等性能。針對低壓electrical系統(tǒng)直接面向控制終端，設(shè)備多、分布廣，而且現(xiàn)場條件麻煩，系統(tǒng)本身及設(shè)備頻繁操控、故障脫扣等產(chǎn)生的強電磁及諧波干擾等特點，智能化監(jiān)控系統(tǒng)能實現(xiàn)面向?qū)ο蟮牟倏啬Ｊ?，具有強抗干擾能力，主要控制性能由設(shè)備層智能型元器件完成，形成網(wǎng)絡(luò)集成式全分布控制系統(tǒng)，以滿足系統(tǒng)運轉(zhuǎn)的實時、急速及可靠性的要求。系統(tǒng)中的低壓智能型元件就其性能而言總體上可分為：電量參數(shù)測量、電能質(zhì)量監(jiān)測、開關(guān)保護與控制及電動機控制等。由于現(xiàn)場總線技術(shù)的應(yīng)用，系統(tǒng)中智能型元件可不依賴計算機網(wǎng)絡(luò)而獨立運轉(zhuǎn)，極大地提高系統(tǒng)運轉(zhuǎn)的實時性和可靠性，滿足低壓electrical設(shè)備運轉(zhuǎn)管理的需求及工廠生產(chǎn)過程控制的要求。

智能型低壓配電系統(tǒng)應(yīng)用非常廣范，但鑒于目前其價格較高，因此現(xiàn)主要應(yīng)用于：

1)電廠、變電站等發(fā)配電系統(tǒng)；

2)汽車制造、鋼鐵、石油化工和礦山等重要的工業(yè)領(lǐng)域；

3)碼頭、機場、地鐵等基礎(chǔ)設(shè)施；

4)高層建筑、超級商場、智能大廈等商業(yè)建筑和住宅。

上述領(lǐng)域新上項目基本上都應(yīng)用了智能型低壓配電系統(tǒng)，用量較大，特別是近幾年需要量迅速增加。隨著經(jīng)濟的飛速發(fā)展，其用量會越來越大，智能型開關(guān)柜的時代已經(jīng)到來。

2低壓electrical系統(tǒng)中智能控制技術(shù)在地鐵行業(yè)中的應(yīng)用

1）變電所智能低壓系統(tǒng)

低壓智能系統(tǒng)主要實現(xiàn)變電所低壓斷路器運轉(zhuǎn)狀態(tài)的監(jiān)視，實現(xiàn)進線、母聯(lián)、三級負荷總開關(guān)的監(jiān)控；完成變電所備用電源的自動投切，即實現(xiàn)進線、母聯(lián)、三級負荷總開關(guān)間的互鎖；實現(xiàn)對智能斷路器遙控、遙測、遙信等性能。智能表及電能管理系統(tǒng)的設(shè)置對加強地鐵能耗的監(jiān)測并制定節(jié)能策略具有重要意義。

2）electrical火災(zāi)監(jiān)測系統(tǒng)

（1）車站選擇剩余電流式、測溫式electrical火災(zāi)探測器探測electrical火災(zāi)的報警系統(tǒng)。

（2）在0.4kV低壓開關(guān)室低壓饋出回路，設(shè)置electrical火災(zāi)探測器。

（3）electrical火災(zāi)探測器的漏電電流30mA~500mA能夠連續(xù)可調(diào)，監(jiān)控精度為0.5級；能夠可靠地選擇數(shù)字信號傳輸；需求配置外置溫度探測器3組；溫度報警55℃~140℃連續(xù)可調(diào)，檢查溫度1級。

（4）監(jiān)控主機選擇壁掛式安裝在0.4kV開關(guān)柜室，可連接64×4路監(jiān)控探測器；能夠?qū)ΡO(jiān)控探測器進行參數(shù)設(shè)置；能夠?qū)ΡO(jiān)控探測器的漏電報警電流設(shè)定值30mA~500mA連續(xù)可調(diào)。

3）電能管理系統(tǒng)

（1）電能計量自動抄表系統(tǒng)主要由前端采集子系統(tǒng)、通信子系統(tǒng)和中心處理子系統(tǒng)三部分組成。

（2）在變電所配置車站級電能管理子站（一臺PLC通訊管理采集器以及一套觸摸查詢監(jiān)控系統(tǒng)），能對進出線回路進行數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)管理，并完成數(shù)據(jù)分類匯總和打包以及報表的自動生成，子站預(yù)留通信輸出接口。在0.4kV開關(guān)柜室設(shè)置本站電能管理主機（一臺監(jiān)控電腦及一套觸摸查詢系統(tǒng)），主機預(yù)留接口將數(shù)據(jù)上傳到綜合監(jiān)控系統(tǒng)，主機可完成本站數(shù)據(jù)的匯總、報表生成、上傳等性能。

4）環(huán)控電控系統(tǒng)

環(huán)控電控智能系統(tǒng)主要實現(xiàn)對通風(fēng)空調(diào)等設(shè)備的監(jiān)視、測量、控制和保護；實現(xiàn)對智能模塊的參數(shù)設(shè)定、復(fù)位等；通風(fēng)空調(diào)設(shè)備通常設(shè)就地控制、環(huán)控電控室控制、上位監(jiān)控系統(tǒng)（BAS）控制三級控制，實現(xiàn)三級控制轉(zhuǎn)換及運轉(zhuǎn)狀態(tài)顯示。

（1）環(huán)控設(shè)備控制方法與信號

環(huán)控設(shè)備選擇智能環(huán)控系統(tǒng)，由柜內(nèi)智能元件、現(xiàn)場總線、通信管理機等設(shè)備組成，并與BAS系統(tǒng)控制器連接。

對于三相電動機回路，如各類風(fēng)機、空調(diào)器、空調(diào)水系統(tǒng)的各類水泵，智能元件分為：變頻器、電機保護控制模塊。對于單相電機回路，如電動風(fēng)閥、電動蝶閥，智能元件選擇不具備保護性能的小型PLC或智能I/O。主要實現(xiàn)對通風(fēng)空調(diào)設(shè)備(主要包含各類風(fēng)機、空調(diào)器、電動風(fēng)閥、電動蝶閥、冷水機組的冷凍水泵、冷卻水泵及冷卻塔風(fēng)機）的測量、控制及保護等性能。

環(huán)控設(shè)備選擇三級控制方法，即車控室控制，環(huán)控電控室控制和現(xiàn)場就地控制。監(jiān)視信號包含設(shè)備狀態(tài)信號和事故信號。與消防有關(guān)的電機過載故障只動作于信號不動作于跳閘，消防風(fēng)機可在車控室按照模式執(zhí)行手動控制。

（2）環(huán)控設(shè)備控制系統(tǒng)方案

如圖1所示，在車站A端（小里程端）、B端（大里程端）環(huán)控電控室各設(shè)置一面控制柜，控制柜內(nèi)安裝一套PLC、人機界面（HMI）和網(wǎng)關(guān)。網(wǎng)關(guān)用于PLC和現(xiàn)場總線之間的協(xié)議轉(zhuǎn)換以及現(xiàn)場總線接口的擴展，人機界面用于整個車站環(huán)控設(shè)備的當(dāng)?shù)仫@示和控制。PLC通過雙Industrial Ethernet接口負責(zé)與BAS系統(tǒng)的通信連接，將接收到的模式指令解釋后下發(fā)到相應(yīng)的環(huán)控柜。A端、B端PLC 的CPU通過數(shù)據(jù)同時接口構(gòu)成一套冗余系統(tǒng)，但是各自獨立控制自己的遠程智能I/O站和智能馬達控制器以及變頻器。正常工作情況下，由操控員指定A端或者B端的PLC為主控PLC，另外一端的PLC為備用PLC，主控PLC負責(zé)接收BAS系統(tǒng)通過Industrial Ethernet下達的控制指令，通過冗余CPU的數(shù)據(jù)同時接口傳遞給備用PLC。如果主控PLC的BAS系統(tǒng)通訊出現(xiàn)故障，系統(tǒng)將自動切換到備用PLC接收BAS系統(tǒng)的模式控制指令并通過冗余CPU的數(shù)據(jù)同時接口傳遞給主控PLC，同步將故障上報BAS系統(tǒng)。環(huán)控設(shè)備控制系統(tǒng)方案如圖1所示。

圖1  環(huán)控設(shè)備控制系統(tǒng)方案

5）智能照明控制系統(tǒng)

車站公共區(qū)照明選擇智能照明控制系統(tǒng)，根據(jù)車站一天中早晚客流變更設(shè)定調(diào)光曲線，由智能照明監(jiān)控軟件按照不同步間區(qū)段，將公共區(qū)照明回路組合成多種場景模式。并通過照明監(jiān)控軟件實行對照明回路進行實時監(jiān)控，起到節(jié)能的功效。

3 節(jié)電措施

1）所有變、配、用電等設(shè)備及二次回路的控制設(shè)備均應(yīng)選擇低損耗高效能節(jié)能型產(chǎn)品。禁用國家明令淘汰的各種機電高耗能設(shè)備。

2）按生產(chǎn)區(qū)域、生產(chǎn)車間深入負荷中心設(shè)置供配電點，以就近供電；就地進行無功補償，使功率因數(shù)在0.9以上；合理采用導(dǎo)線截面；選擇必要的抑制非線性負荷所產(chǎn)生的高次諧波；以減小生產(chǎn)運轉(zhuǎn)中的電能輸送損耗。

3）正確采用和配置主變壓器、配電變壓器容量、臺數(shù)、運轉(zhuǎn)方法，合理調(diào)配負荷，實現(xiàn)低耗經(jīng)濟運轉(zhuǎn)，節(jié)約電能。

4）工藝風(fēng)機運轉(zhuǎn)參數(shù)采用在風(fēng)機特征高效區(qū)間，在風(fēng)管道上盡量不設(shè)與控制無關(guān)的風(fēng)門，在布置上充分做到流向合理，以下降管道阻力，節(jié)約風(fēng)機電耗。對機泵設(shè)備運轉(zhuǎn)負荷變更較大者，應(yīng)選擇變頻調(diào)速技術(shù)，以減小電能浪費。

5）全廠擬選擇發(fā)光效率高的LED燈、熒光燈、金屬鹵化物為主的光源，并配套選用反射率高、光效高的節(jié)能燈具。

6）在廠區(qū)道路、露天操控平臺及巡檢通道、經(jīng)常無人活動的場所、室外配電裝配等的照明選擇光電自動控制。綜合辦公場所、輔助生產(chǎn)建筑物等選擇分開關(guān)控制，做到控制靈活、便宜，人走燈滅。車站公共區(qū)照明選擇智能照明控制系統(tǒng)。

7）分系統(tǒng)或車間安裝智能電能計量表計，55kW及以上電動機設(shè)置計量表計，以實行電耗的定額考核。

8）通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的風(fēng)機、空調(diào)機組根據(jù)環(huán)境的變更通過BAS系統(tǒng)自動啟動或停止運轉(zhuǎn)，減小能耗。

9）通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)備按照遠期客流量計算出的通風(fēng)空調(diào)負荷采用，同步考慮初、近期運轉(zhuǎn)時負荷的變更，對車站隧道排熱風(fēng)機、組合式空調(diào)機組、大系統(tǒng)回排風(fēng)機選擇變頻技術(shù)，根據(jù)運轉(zhuǎn)情況調(diào)節(jié)風(fēng)量。在系統(tǒng)形式采用、風(fēng)機變頻控制、改變風(fēng)機選型原則提高設(shè)備效率、選擇節(jié)能運轉(zhuǎn)模式等方面采取節(jié)能措施，節(jié)省能耗。

10）能源計量措施嚴(yán)格按國家準(zhǔn)則《用能單位能源計量器具配備和管理通則》（GB 17167-2006）對本工程進行能源計量器具的配備。建立和完善能源計量管理、計量人員、能源計量器具檔案、能源計量器具檢定校準(zhǔn)及能源計量數(shù)據(jù)分析等各項管理制度，保證能源數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠。

4 結(jié)束語

低壓electrical智能化的普及對軌道交通行業(yè)的意義主要在于提高軌道交通行業(yè)的設(shè)備系統(tǒng)先進性、供電可靠性、系統(tǒng)的可擴充性、調(diào)度的靈活性及運營的便宜性。

當(dāng)然，低壓electrical智能化程度要適度，避免不必要的投資增加和系統(tǒng)的麻煩化，給運營維護帶來不便。如火災(zāi)漏電監(jiān)測系統(tǒng)報警電流閥值到底調(diào)整到多少合理；智能儀表設(shè)置的回路及計量性能的選取數(shù)據(jù)上傳；環(huán)控電控的系統(tǒng)運轉(zhuǎn)模式的轉(zhuǎn)換；智能照明的控制根據(jù)客流大小的投切；變頻風(fēng)機、水泵根據(jù)具體情況選擇何種頻率運轉(zhuǎn)等，都是值得設(shè)計人員結(jié)合實際運轉(zhuǎn)情況認真思考的問題。