姜亞楠

摘要：地鐵車站低壓配電系統(tǒng)是保障地鐵正常安全運(yùn)行的重要組成部分，同時(shí)承擔(dān)著在發(fā)生故障及火災(zāi)等緊急情況時(shí)施以救援、疏散和消防的責(zé)任。本文結(jié)合工程實(shí)例，闡述了地鐵車站低壓配電監(jiān)控系統(tǒng)方案的設(shè)置，可為地鐵車站運(yùn)行安全提供保證。

關(guān)鍵詞：地鐵車站；低壓配電；監(jiān)控系統(tǒng)；方案；分析

引言

地鐵車站是直接面向公眾服務(wù)的軌道交通的窗口。車站的低壓配電監(jiān)控系統(tǒng)不僅保證了地鐵的正常運(yùn)營(yíng)和安全運(yùn)行，更擔(dān)負(fù)著故障及火災(zāi)情況時(shí)的緊急救援、疏散、消防等重任。但由于目前車站低壓配電系統(tǒng)內(nèi)部的弱電監(jiān)控系統(tǒng)越來(lái)越多，且各系統(tǒng)都是單獨(dú)組建，導(dǎo)致設(shè)備重復(fù)設(shè)置、各數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)縱橫交錯(cuò)、設(shè)置于控制室中的系統(tǒng)后臺(tái)設(shè)備擁擠不堪、工作人員面對(duì)眾多系統(tǒng)工作壓力大、資源浪費(fèi)也相當(dāng)嚴(yán)重；同時(shí)各系統(tǒng)與外部的接口繁雜，調(diào)試維護(hù)復(fù)雜，使用也十分不便?；诖耍疚谋Y源共享、節(jié)約投資的理念，研究出一種低壓配電監(jiān)控綜合集成系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)配電系統(tǒng)配套的各監(jiān)控系統(tǒng)的資源共享，簡(jiǎn)化接口。

1工程概況

某地鐵一期工程，線路全長(zhǎng)34.17km，共設(shè)23個(gè)站，根據(jù)本線電力專業(yè)的設(shè)計(jì)原則，將在車站變電所內(nèi)設(shè)置能源管理系統(tǒng)、低壓配電監(jiān)控系統(tǒng)、電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)，在車站區(qū)間設(shè)置集中型智能消防疏散系統(tǒng)，公共區(qū)設(shè)置智能照明控制系統(tǒng)，環(huán)控電控柜設(shè)置電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)，低壓消防配電系統(tǒng)設(shè)置消防設(shè)備電源監(jiān)控系統(tǒng)。

2地鐵的低壓供配電系統(tǒng)的組成

在地鐵供電系統(tǒng)中，我們按照各個(gè)組成部分的功能分為了主變電所、牽引供電系統(tǒng)、外部電源、動(dòng)力照明系統(tǒng)、電力監(jiān)控系統(tǒng)和雜散電流腐蝕防護(hù)系統(tǒng)。在地鐵內(nèi)低壓配電中又由動(dòng)力配電和照明配電兩部分組成，地鐵的地下車站耗電量是巨大的，其中總負(fù)荷的一半約為環(huán)控動(dòng)力負(fù)荷，所以我們又按照動(dòng)力、照明的用電負(fù)荷的不同用途和重要性分為了一級(jí)負(fù)荷、二級(jí)負(fù)荷和三級(jí)負(fù)荷。在一級(jí)負(fù)荷中，我們主要采用放射式配電方式，主要為應(yīng)急照明、變電所操作電源、火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)和信號(hào)系統(tǒng)等提高特別重要的負(fù)荷；二級(jí)負(fù)荷中我們主要采用樹干式配電和放射式配電方式混合使用，在這其中依靠二級(jí)負(fù)荷的設(shè)備主要有設(shè)備區(qū)和管理區(qū)的照明、出入口的通道照明和電梯、區(qū)間維修電源等，在這之中由于空調(diào)和通風(fēng)的設(shè)備容量又較大，所以我們?cè)谠O(shè)備聚集處建立環(huán)控電控室進(jìn)行集中配電；三級(jí)負(fù)荷中，我們一般采用單電源供電方式，主要為公共區(qū)及管理用房的空調(diào)系統(tǒng)、廣告照明和電采暖、電茶爐等提供負(fù)荷。

3低壓配電監(jiān)控系統(tǒng)方案的設(shè)置

3.1單獨(dú)分散組網(wǎng)方案

相比一般的車站，低壓配電監(jiān)控系統(tǒng)包括若干個(gè)電力數(shù)據(jù)采集器，該電力數(shù)據(jù)采集器包括：電流互感器、電壓互感器、諧波采集器和開關(guān)狀態(tài)采集器，用于采集電力監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)。能源管理系統(tǒng)由多個(gè)分布在車站內(nèi)的能耗數(shù)據(jù)采集器組成，用于采集能耗數(shù)據(jù)。電氣火災(zāi)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括若干個(gè)分布在低壓柜或配電箱內(nèi)的探測(cè)器，探測(cè)器包括剩余電流式電氣火災(zāi)探測(cè)器、高低壓藍(lán)牙溫度探測(cè)器和線型光纖感溫火災(zāi)探測(cè)器，用于探測(cè)電氣火災(zāi)的狀況，圖1為電氣火災(zāi)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)組網(wǎng)方案。低壓配電監(jiān)控系統(tǒng)和能源管理系統(tǒng)的監(jiān)控組網(wǎng)方案與之類似。

這樣的監(jiān)控系統(tǒng)單獨(dú)分散組網(wǎng)方案特點(diǎn)是：（1）各系統(tǒng)單獨(dú)組網(wǎng)，數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)和后臺(tái)主機(jī)都獨(dú)立設(shè)置，總投資高；（2）后臺(tái)主機(jī)設(shè)置于控制室內(nèi)，每個(gè)系統(tǒng)都是獨(dú)立的主機(jī)，占地面積大；（3）各系統(tǒng)為多個(gè)廠商的設(shè)備，控制室日常需關(guān)注多套系統(tǒng)終端，很不方便；（4）各系統(tǒng)獨(dú)立運(yùn)行，總體的可靠性較高；（5）由于測(cè)控終端重復(fù)設(shè)置，造成成套配電設(shè)備內(nèi)部元器件擁擠，散熱不良，相互干擾，配線復(fù)雜，易造成故障。

3.2綜合集成組網(wǎng)方案

3.2.1末端測(cè)控層共享分析

能源管理系統(tǒng)、低壓配電監(jiān)控系統(tǒng)、電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)這3個(gè)系統(tǒng)所需采集的數(shù)據(jù)及末端測(cè)控設(shè)備配置如表1所示。

根據(jù)表1進(jìn)行分析，可以得出能源管理系統(tǒng)、低壓配電監(jiān)控系統(tǒng)的測(cè)控層采集的數(shù)據(jù)和測(cè)控設(shè)備為重復(fù)設(shè)置，是可以進(jìn)行合并共享的；而電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)由于采集數(shù)據(jù)及測(cè)控設(shè)備與其他兩個(gè)系統(tǒng)都不一致，需單獨(dú)設(shè)置。

3.2.2數(shù)據(jù)傳輸層共享分析

地鐵車站的降壓變電所一般有150個(gè)進(jìn)出線回路，根據(jù)對(duì)進(jìn)線、饋線不同的監(jiān)控要求，低壓配電監(jiān)控系統(tǒng)共計(jì)采集約1225點(diǎn)，能源管理系統(tǒng)共計(jì)采集約600點(diǎn)（可以與低壓配電監(jiān)控系統(tǒng)點(diǎn)數(shù)共享），電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)共計(jì)采集約450點(diǎn)，共計(jì)需采集約1675點(diǎn)。

一個(gè)車站變電所組建一個(gè)低壓配電集成監(jiān)控系統(tǒng)，系統(tǒng)中的幾個(gè)子系統(tǒng)通過(guò)一個(gè)局域以太網(wǎng)連接起來(lái)。在實(shí)際運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，局域網(wǎng)的帶寬主要考慮極限情況下，一個(gè)變電所故障，變電所范圍內(nèi)所有監(jiān)控點(diǎn)每0.5s與系統(tǒng)交換1次數(shù)據(jù)的能力。地鐵車站變電所的總點(diǎn)數(shù)約為1675點(diǎn)，在極限情況下，1675點(diǎn)均在0.5s內(nèi)同時(shí)發(fā)生變化，每個(gè)點(diǎn)均是在一個(gè)獨(dú)立的以太網(wǎng)幀中傳輸，故此時(shí)每秒的數(shù)據(jù)量為1675×2=3350包。由于工程的數(shù)據(jù)基本為設(shè)備狀態(tài)和模擬量，占用字節(jié)數(shù)不大，故暫按經(jīng)驗(yàn)值每幀100個(gè)字節(jié)計(jì)算，則變電所故障時(shí)的網(wǎng)絡(luò)通道開銷為8×100×3350=2680000包=2.68Mb。此時(shí)局域網(wǎng)實(shí)際數(shù)據(jù)占用的帶寬約為2.68Mbps，考慮局域網(wǎng)負(fù)荷率最大按30%，因此局域網(wǎng)最大所需帶寬約為8.93Mbps?？紤]后期業(yè)務(wù)拓展，建議局域網(wǎng)的帶寬為100Mbps。

3.2.3后臺(tái)管理層共享分析

根據(jù)以上對(duì)末端測(cè)控層和數(shù)據(jù)傳輸層的分析，能源管理系統(tǒng)、低壓配電監(jiān)控系統(tǒng)、電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)這3個(gè)系統(tǒng)總共的信息采集點(diǎn)數(shù)的量級(jí)為不足2000個(gè)，局域網(wǎng)為百兆帶寬以太網(wǎng)，以數(shù)據(jù)處理量和網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)來(lái)看，后臺(tái)管理層的工作站和服務(wù)器按不小于CPU主頻2.4GHz，內(nèi)存2GB，硬盤500G配置即可滿足多系統(tǒng)集成的數(shù)據(jù)存貯、檢索分析等功能要求和任務(wù)。以目前網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)處理軟硬件的運(yùn)算水平來(lái)說(shuō)，集成系統(tǒng)是一個(gè)數(shù)據(jù)體量及任務(wù)不大的系統(tǒng)，一般的監(jiān)控軟件能夠勝任。

3.3電氣火災(zāi)監(jiān)控設(shè)備要求

（1）電氣火災(zāi)監(jiān)控設(shè)備應(yīng)具有直接連接剩余電流探測(cè)器、測(cè)溫式電氣火災(zāi)探測(cè)器的功能，應(yīng)能同時(shí)處理上述探測(cè)器探測(cè)信號(hào)的能力。

（2）監(jiān)控設(shè)備應(yīng)對(duì)所轄范圍內(nèi)的各類探測(cè)器的報(bào)警信號(hào)進(jìn)行聲、光報(bào)警，并在顯示器上顯示報(bào)警位置及探測(cè)器實(shí)測(cè)值。

（3）不同類型探測(cè)器故障信息應(yīng)有明顯區(qū)別。監(jiān)控設(shè)備能夠按用戶級(jí)和管理級(jí)權(quán)限靈活設(shè)置，用戶級(jí)權(quán)限具有靈活分配模塊操作權(quán)限功能。

（4）監(jiān)控設(shè)備應(yīng)具有以太網(wǎng)接口（RJ45），可直接與綜合監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)。綜合監(jiān)控系統(tǒng)通過(guò)RJ45接口（TCP/IP協(xié)議）在訪問(wèn)和獲取多功能火災(zāi)探測(cè)系統(tǒng)主機(jī)信息時(shí)，系統(tǒng)主機(jī)能夠提供以自定義的報(bào)警分區(qū)為單位的即時(shí)光纖溫度信息，包括最大溫度、平均溫度、最小溫度、預(yù)報(bào)警信息、報(bào)警信息等，提供測(cè)溫式電氣火災(zāi)探測(cè)器、剩余電流式電氣火災(zāi)探測(cè)器即時(shí)信息；接收來(lái)自綜合監(jiān)控系統(tǒng)的時(shí)鐘同步信號(hào)，并校正自身時(shí)鐘信號(hào)。

（5）監(jiān)控設(shè)備系統(tǒng)主機(jī)采用網(wǎng)絡(luò)接口直接與火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)專業(yè)聯(lián)網(wǎng)，火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)可通過(guò)該接口訪問(wèn)和獲取系統(tǒng)主機(jī)信息，包括饋電回路剩余電流、饋電回路三相溫度。

4結(jié)語(yǔ)

綜上所述，地鐵車站低壓配電監(jiān)控綜合集成系統(tǒng)對(duì)保證地鐵的安全可靠運(yùn)行具有不可忽視的作用。本文通過(guò)對(duì)各低壓配電監(jiān)控子系統(tǒng)的分析，本著資源共享、節(jié)約投資的理念，提出了車站低壓配電監(jiān)控綜合集成系統(tǒng)的概念及具體的系統(tǒng)設(shè)置方法。經(jīng)比較分析證明此綜合集成方案優(yōu)化了單獨(dú)分散的監(jiān)控組網(wǎng)方案，可以減少設(shè)備投資、簡(jiǎn)化車站低壓配電各監(jiān)控子系統(tǒng)與外界接口，提高安裝調(diào)試時(shí)的便利性及運(yùn)營(yíng)后期維護(hù)的可操作性，為車站運(yùn)行安全提供保證。