杜偉波

廣東省石油化工建設(shè)集團公司 廣東廣州 510235

智能化技術(shù)在廣州地鐵低壓配電系統(tǒng)中的應用

杜偉波

廣東省石油化工建設(shè)集團公司 廣東廣州 510235

介紹了智能斷路器的構(gòu)成及其原理，分析了廣州地鐵智能低壓配電系統(tǒng)的應用模式以及智能低壓配電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、智能低壓配電系統(tǒng)通訊網(wǎng)絡、智能低壓配電控制系統(tǒng)的構(gòu)成，闡明了智能化技術(shù)的應用對提高自動化程度，實現(xiàn)地鐵運營管理的實時、可靠、快速、強抗干擾能力起到了越來越重要的作用。

智能斷路器 現(xiàn)場總線 低壓配電系統(tǒng)

1 前言

隨著電力技術(shù)的高速發(fā)展，特別是隨著電力系統(tǒng)控制方式數(shù)字化進程的發(fā)展應用以及電力系統(tǒng)綜合自動化的廣泛應用，包括供電系統(tǒng)和配電系統(tǒng)在內(nèi)的電力系統(tǒng)正向信息化和智能化邁進。智能化技術(shù)由于具有更高的安全性和可靠性，以及更高程度的可視化、自動化、網(wǎng)絡化、實時化、精確化，也正在廣泛應用于對普通民眾來說最密切相關(guān)的低壓配電系統(tǒng)中[1]。作為公司派駐的工程項目總工程師，本人參加了廣州地鐵一、二、三、五號線機電安裝工程的建設(shè)，對廣州地鐵智能化技術(shù)的應用過程有比較深刻的了解。廣州地鐵一號線和二號線低壓配電系統(tǒng)采用傳統(tǒng)的備自投裝置，功能單一 ，供電可靠性不夠高；其以點對點的方式與上位監(jiān)控系統(tǒng)連接，大量的控制電纜造成現(xiàn)場接線和調(diào)試工作量大，日后的維護也比較困難；另外設(shè)備控制采用繼電器接觸器控制，分離的電氣元件多，接線復雜，可靠性也較差。因此，從地鐵三號線開始，包括四、五號線，以及目前的二、八號線延長線，裝備了國內(nèi)先進的“智能低壓配電系統(tǒng)”，簡化了控制線路和現(xiàn)場接線、維護檢修工作,保證了高質(zhì)量、高安全、高可靠性的地鐵供電要求，同時為系統(tǒng)的智能化管理提供了極大的便利。

2 廣州地鐵智能低壓配電系統(tǒng)應用模式

2.1 智能化模式

廣州地鐵智能低壓配電系統(tǒng)主要是采用智能斷路器和現(xiàn)場總線技術(shù)共同應用模式。配電系統(tǒng)中的智能化斷路器經(jīng)現(xiàn)場總線與遠程計算機系統(tǒng)連接實現(xiàn)開關(guān)保護定值設(shè)置、電參量測量與顯示、故障與維護信息管理、電能質(zhì)量綜合監(jiān)測、遠程控制及參數(shù)越限告警等功能。地鐵低壓配電系統(tǒng)是直接向軌道交通中的其它系統(tǒng)包括動力系統(tǒng)、軌道系統(tǒng)、環(huán)控系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)、消防系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、安保系統(tǒng)、信號系統(tǒng)等提供電能的重要子系統(tǒng),同時還監(jiān)測控制各種動力設(shè)備和照明等設(shè)備的運行狀態(tài)。由于智能低壓配電系統(tǒng)處于控制系統(tǒng)的最底層,通信網(wǎng)絡選用了現(xiàn)場總線結(jié)構(gòu),智能元件均具有通信口。開關(guān)量、電量參數(shù)都可通過現(xiàn)場總線傳送到中央控制室的計算機上，實現(xiàn)對供配電回路或設(shè)備的計量、軟起動、變頻、控制、保護、監(jiān)視、故障診斷、故障報警和預報警等功能。

2.2 智能斷路器的構(gòu)成及其原理

智能化斷路器中智能化技術(shù)的應用核心是集保護、測量、監(jiān)控于一體的多功能脫扣器，它主要由微處理器單元、信號檢測采集單元、開關(guān)量輸入單元、顯示和鍵盤單元、執(zhí)行輸出單元、通信接口、電源等幾個部分組成，如圖1所示[2]。

廣州地鐵智能低壓配電系統(tǒng)采用了ABB的E系列PR112、PR113等智能化萬能式斷路器或西門子3WL智能斷路器，以下以ABB的E系列PR112、PR113智能化萬能式斷路器為例簡述其主要構(gòu)成和工作原理。

該斷路器由E系列開關(guān)、PR112、PR113保護脫扣器和附加的內(nèi)部模塊以及運行和診斷軟件TestBus2組成。PR112、PR113保護脫扣器使E系列產(chǎn)品的脫扣器更加完善齊全，這是一種高性能和保護功能豐富的脫扣器，除了為斷路器提供完善保護、測量、信號、數(shù)據(jù)日志和控制功能，它代表了低壓斷路器保護脫扣器的技術(shù)基準。同時，ABB的E系列PR112、PR113智能化萬能式斷路器可裝配附加內(nèi)部模塊來加強脫扣器能力，并使功能單元更加多樣化和智能化，在斷路器內(nèi)部,有一內(nèi)部特殊系統(tǒng)總線TestBus2作為該結(jié)構(gòu)的中樞。它可連接所有智能部件,并允許外部附加部件與斷路器連接。所有內(nèi)部系統(tǒng)總線上的模板都可直接訪問現(xiàn)有斷路器數(shù)據(jù)源,以保證快速地訪問信息和響應事件。這樣，通過內(nèi)部特殊系統(tǒng)總線與各附加模塊(包括PR120/K 信號模塊、PR120/V 測量模塊、PR120/D-M 通訊模塊、PR120/D-BT無線通信模塊等數(shù)字量輸入輸出模板或模擬量輸出模板)形成各種最有成本效益的自動化方案。

2.3 現(xiàn)場總線技術(shù)

現(xiàn)場總線技術(shù)是80年代末90年代初發(fā)展起來的應用于過程自動化和制造自動化領(lǐng)域的現(xiàn)場設(shè)備互聯(lián)網(wǎng)絡通信技術(shù)。它集中了自動化控制技術(shù)、網(wǎng)絡通信技術(shù)、計算機技術(shù)等多項成果。它的出現(xiàn)將給自動化領(lǐng)域帶來又一次重大變革，現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖，如圖2。

3 廣州地鐵智能低壓配電系統(tǒng)的構(gòu)成

3.1 智能低壓配電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

在地鐵智能低壓配電系統(tǒng)中,變電所進線、母聯(lián)、三級負荷總開關(guān)、環(huán)控電控室饋出開關(guān)均采用了智能斷路器，在變電所預留半面柜設(shè)置SCADA智能接口通訊模塊。整個智能低壓配電系統(tǒng)由智能斷路器、小型PLC呈智能I/O、現(xiàn)場總線等組成,并通過智能通信接口模塊與SCADA（數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)）連接。整個低壓部分有眾多開關(guān)柜,除完成正常的輸配電功能,還具備通訊功能與上位機組網(wǎng),形成低壓配電監(jiān)控裝置遠程組態(tài)、診斷、測試、維護等功能,進行低壓電網(wǎng)運行狀態(tài)實時監(jiān)測,及時發(fā)現(xiàn)和定位電網(wǎng)故障。地鐵智能低壓配電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示。

3.2 智能低壓配電系統(tǒng)通訊網(wǎng)絡

圖4為地鐵智能低壓配電系統(tǒng)通訊網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)示意圖[3]。在此網(wǎng)絡中,處于低壓配電室的進線柜、聯(lián)絡柜中的智能斷路器將采集到如電壓、電流、功率因數(shù)、斷路器狀態(tài)等各種參數(shù)，通過和它相連接的RS485送至本變電室光電接口，在光電轉(zhuǎn)換器處將電氣信號轉(zhuǎn)換為可以在光纖網(wǎng)絡上進行遠傳的光信號。從遠端傳輸來的光信號經(jīng)過NSC100轉(zhuǎn)換為RS232電氣標準信號，再由NPort5610轉(zhuǎn)換為適用于以太網(wǎng)的協(xié)議語言。

在中央控制室，值班人員可在PC機上看到所有配電室的設(shè)備運行狀況，隨時處理發(fā)生的緊急狀況，從而避免出現(xiàn)問題后由于信息閉塞而帶來設(shè)備損毀的可能。技術(shù)工程師可在此時對各開關(guān)進行參數(shù)設(shè)置、組態(tài)、診斷、測試、維護等。

3.4 智能低壓配電控制系統(tǒng)

地鐵智能低壓控制系統(tǒng)采用的是單總線結(jié)構(gòu)。考慮到系統(tǒng)可靠性要求，對于設(shè)備較多可靠性要求較高時采用多條單總線形式。如：一個車站環(huán)控電控室選用3條現(xiàn)場總線；區(qū)間及車站變電所選用1條現(xiàn)場總線。SCADA供貨商選用設(shè)備本身具有3個通信可掛3條現(xiàn)場總線。低壓柜內(nèi)、低壓柜與網(wǎng)關(guān)采用總線連接，通過網(wǎng)關(guān)輸出至車站BAS系統(tǒng)，區(qū)間風機房（超100m）采用光纖連接到車站BAS控制器，智能低壓控制系統(tǒng)示意圖如圖5所示。

4 結(jié)語

從目前廣州地鐵實際運行的情況來看，智能化技術(shù)和現(xiàn)場總線技術(shù)在廣州地鐵低壓配電系統(tǒng)中的應用，完善了各用電設(shè)備的保護功能、提高了系統(tǒng)的可靠性和自動化程度，簡化了低壓配電系統(tǒng)與EMCS的接口，實現(xiàn)了地鐵運營管理的實時、可靠、快速、強抗干擾能力的要求，同時提高了系統(tǒng)的可維護性[4]。相信在以后的地鐵線路中，智能化技術(shù)將更加廣泛的應用在低壓配電系統(tǒng)、變電系統(tǒng)、動力系統(tǒng)、照明系統(tǒng)等電氣系統(tǒng)中，在可靠、安全、快速的地鐵運輸系統(tǒng)中發(fā)揮越來越重要的作用。

1林國慶,張培銘,張冠生.低壓斷路器智能化綜述[J].企業(yè)技術(shù)開發(fā),1997(3):4

2高仁堂 智能化技術(shù)在低壓斷路器上的應用 冶金動力,2008(3):1-4

3高凡 馬藝瑋 3WL智能斷路器在地鐵低壓配電中的應用 科技資訊,2007(6):58-59

4陳健.地鐵車站設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計和功能介紹[J].微計算機信息.2004(7):46-47.

TP2

B

1672-9323（2011）02-0077-03

杜偉波（1967.9-）男 籍貫:廣東海豐 大學本科 電氣高級工程師，主要從事機電工程和石油化工設(shè)備安裝技術(shù)工作,發(fā)表專業(yè)論文共3篇.

2010-10-15)