低压智能控制技术在地铁行业中的应用
发布日期：2018-03-29 00:35:04
智能型低压电气系统设备简单地说就是采用了智能型元器件的设备，其主要特点是在传统电气设备和元器件基础上充分应用了微电子技术、电力电子技术、计算机控制技术以及网络通讯等新技术，具有较高的性能和可靠性。若干个智能型低压开关柜经数字通信与计算机系统网络连接，组成智能低压配电系统，具有遥测、遥控、遥信及遥调功能，可以实现低压开关设备运行管理的自动化、智能化。
智能型低压配电系统应用非常广泛，但鉴于目前其价格较高，因此现主要应用于：
⑴ 电厂、变电站等发配电系统；
⑵ 汽车制造、钢铁、石油化工和矿山等重要的工业领域；
⑶ 码头、机场、地铁等基础设施；
⑷ 高层建筑、超级商场、智能大厦等商业建筑和住宅。
上述领域新上项目基本上都应用了智能型低压配电系统，用量较大，特别是近几年需求量迅速增加。随着经济的飞速发展，其用量会越来越大，智能型开关柜的时代已经到来。
一、低压电气系统中智能控制技术在地铁行业中的应用
⑴ 变电所智能低压系统
低压智能系统主要实现变电所低压断路器运行状态的监视，实现进线、母联、三级负荷总开关的监控；完成变电所备用电源的自动投切，即实现进线、母联、三级负荷总开关间的互锁；实现对智能断路器遥控、遥测、遥信等功能。智能表及电能管理系统的设置对加强地铁能耗的监测并制定节能策略具有重要意义。
⑵ 电气火灾监测系统
① 车站采用剩余电流式、测温式电气火灾探测器探测电气火灾的报警系统。
② 在0.4kV低压开关室低压馈出回路，设置电气火灾探测器。
③ 电气火灾探测器的漏电电流30mA~500mA能够连续可调，监控精度为0.5级；能够可靠地采用数字信号传输；需要配置外置温度探测器3组；温度报警55℃~140℃连续可调，检测温度1级。
④ 监控主机采用壁挂式安装在0.4kV开关柜室，可连接64×4路监控探测器；能够对监控探测器进行参数设置；能够对监控探测器的漏电报警电流设定值30mA~500mA连续可调。
⑶ 电能管理系统
① 电能计量自动抄表系统主要由前端采集子系统、通信子系统和中心处理子系统三部分组成。
② 在变电所配置车站级电能管理子站（一台PLC通讯管理采集器以及一套触摸查询监控系统），能对进出线回路进行数据采集和数据管理，并完成数据分类汇总和打包以及报表的自动生成，子站预留通信输出接口。在0.4kV开关柜室设置本站电能管理主机（一台监控电脑及一套触摸查询系统），主机预留接口将数据上传到综合监控系统，主机可完成本站数据的汇总、报表生成、上传等功能。
⑷ 环控电控系统
环控电控智能系统主要实现对通风空调等设备的监视、测量、控制和保护；实现对智能模块的参数设定、复位等；通风空调设备通常设就地控制、环控电控室控制、上位监控系统（BAS）控制三级控制，实现三级控制转换及运行状态显示。
① 环控设备控制方式与信号
环控设备采用智能环控系统，由柜内智能元件、现场总线、通信管理机等设备组成，并与BAS系统控制器连接。
对于三相电动机回路，如各类风机、空调器、空调水系统的各类水泵，智能元件分为：变频器、电机保护控制模块。对于单相电机回路，如电动风阀、电动蝶阀，智能元件采用不具备保护功能的小型PLC或智能I/O。主要实现对通风空调设备(主要包括各类风机、空调器、电动风阀、电动蝶阀、冷水机组的冷冻水泵、冷却水泵及冷却塔风机）的测量、控制及保护等功能。
环控设备采用三级控制方式，即车控室控制，环控电控室控制和现场就地控制。监视信号包括设备状态信号和事故信号。与消防有关的电机过载故障只动作于信号不动作于跳闸，消防风机可在车控室按照模式执行手动控制。
② 环控设备控制系统方案
如图所示，在车站A端（小里程端）、B端（大里程端）环控电控室各设置一面控制柜，控制柜内安装一套PLC、人机界面（HMI）和网关。网关用于PLC和现场总线之间的协议转换以及现场总线接口的扩展，人机界面用于整个车站环控设备的当地显示和控制。PLC通过双工业以太网接口负责与BAS系统的通信连接，将接收到的模式指令解释后下发到相应的环控柜。A端、B端PLC的CPU通过数据同步接口构成一套冗余系统，但是各自独立控制自己的远程智能I/O站和智能马达控制器以及变频器。正常工作情况下，由操作员指定A端或者B端的PLC为主控PLC，另外一端的PLC为备用PLC，主控PLC负责接收BAS系统通过工业以太网下达的控制指令，通过冗余CPU的数据同步接口传递给备用PLC。如果主控PLC的BAS系统通讯出现故障，系统将自动切换到备用PLC接收BAS系统的模式控制指令并通过冗余CPU的数据同步接口传递给主控PLC，同时将故障上报BAS系统。
⑴ 电厂、变电站等发配电系统；
⑵ 汽车制造、钢铁、石油化工和矿山等重要的工业领域；
⑶ 码头、机场、地铁等基础设施；
⑷ 高层建筑、超级商场、智能大厦等商业建筑和住宅。
上述领域新上项目基本上都应用了智能型低压配电系统，用量较大，特别是近几年需求量迅速增加。随着经济的飞速发展，其用量会越来越大，智能型开关柜的时代已经到来。
一、低压电气系统中智能控制技术在地铁行业中的应用
⑴ 变电所智能低压系统
低压智能系统主要实现变电所低压断路器运行状态的监视，实现进线、母联、三级负荷总开关的监控；完成变电所备用电源的自动投切，即实现进线、母联、三级负荷总开关间的互锁；实现对智能断路器遥控、遥测、遥信等功能。智能表及电能管理系统的设置对加强地铁能耗的监测并制定节能策略具有重要意义。
⑵ 电气火灾监测系统
① 车站采用剩余电流式、测温式电气火灾探测器探测电气火灾的报警系统。
② 在0.4kV低压开关室低压馈出回路，设置电气火灾探测器。
③ 电气火灾探测器的漏电电流30mA~500mA能够连续可调，监控精度为0.5级；能够可靠地采用数字信号传输；需要配置外置温度探测器3组；温度报警55℃~140℃连续可调，检测温度1级。
④ 监控主机采用壁挂式安装在0.4kV开关柜室，可连接64×4路监控探测器；能够对监控探测器进行参数设置；能够对监控探测器的漏电报警电流设定值30mA~500mA连续可调。
⑶ 电能管理系统
① 电能计量自动抄表系统主要由前端采集子系统、通信子系统和中心处理子系统三部分组成。
② 在变电所配置车站级电能管理子站（一台PLC通讯管理采集器以及一套触摸查询监控系统），能对进出线回路进行数据采集和数据管理，并完成数据分类汇总和打包以及报表的自动生成，子站预留通信输出接口。在0.4kV开关柜室设置本站电能管理主机（一台监控电脑及一套触摸查询系统），主机预留接口将数据上传到综合监控系统，主机可完成本站数据的汇总、报表生成、上传等功能。
⑷ 环控电控系统
环控电控智能系统主要实现对通风空调等设备的监视、测量、控制和保护；实现对智能模块的参数设定、复位等；通风空调设备通常设就地控制、环控电控室控制、上位监控系统（BAS）控制三级控制，实现三级控制转换及运行状态显示。
① 环控设备控制方式与信号
环控设备采用智能环控系统，由柜内智能元件、现场总线、通信管理机等设备组成，并与BAS系统控制器连接。
对于三相电动机回路，如各类风机、空调器、空调水系统的各类水泵，智能元件分为：变频器、电机保护控制模块。对于单相电机回路，如电动风阀、电动蝶阀，智能元件采用不具备保护功能的小型PLC或智能I/O。主要实现对通风空调设备(主要包括各类风机、空调器、电动风阀、电动蝶阀、冷水机组的冷冻水泵、冷却水泵及冷却塔风机）的测量、控制及保护等功能。
环控设备采用三级控制方式，即车控室控制，环控电控室控制和现场就地控制。监视信号包括设备状态信号和事故信号。与消防有关的电机过载故障只动作于信号不动作于跳闸，消防风机可在车控室按照模式执行手动控制。
② 环控设备控制系统方案
如图所示，在车站A端（小里程端）、B端（大里程端）环控电控室各设置一面控制柜，控制柜内安装一套PLC、人机界面（HMI）和网关。网关用于PLC和现场总线之间的协议转换以及现场总线接口的扩展，人机界面用于整个车站环控设备的当地显示和控制。PLC通过双工业以太网接口负责与BAS系统的通信连接，将接收到的模式指令解释后下发到相应的环控柜。A端、B端PLC的CPU通过数据同步接口构成一套冗余系统，但是各自独立控制自己的远程智能I/O站和智能马达控制器以及变频器。正常工作情况下，由操作员指定A端或者B端的PLC为主控PLC，另外一端的PLC为备用PLC，主控PLC负责接收BAS系统通过工业以太网下达的控制指令，通过冗余CPU的数据同步接口传递给备用PLC。如果主控PLC的BAS系统通讯出现故障，系统将自动切换到备用PLC接收BAS系统的模式控制指令并通过冗余CPU的数据同步接口传递给主控PLC，同时将故障上报BAS系统。
⑸ 智能照明控制系统
车站公共区照明采用智能照明控制系统，根据车站一天中早晚客流变化设定调光曲线，由智能照明监控软件按照不同时间区段，将公共区照明回路组合成多种场景模式。并通过照明监控软件实行对照明回路进行实时监控，起到节能的功效。
二、节电措施
⑴ 所有变、配、用电等设备及二次回路的控制设备均应采用低损耗高效能节能型产品。禁用国家明令淘汰的各种机电高耗能设备。
⑵ 按生产区域、生产车间深入负荷中心设置供配电点，以就近供电；就地进行无功补偿，使功率因数在0.9以上；合理选择导线截面；采用必要的抑制非线性负荷所产生的高次谐波；以减少生产运行中的电能输送损耗。
⑶ 正确选择和配置主变压器、配电变压器容量、台数、运行方式，合理调配负荷，实现低耗经济运行，节约电能。
⑷ 工艺风机运行参数选择在风机特性高效区间，在风管道上尽量不设与控制无关的风门，在布置上充分做到流向合理，以降低管道阻力，节约风机电耗。对机泵设备运行负荷变化较大者，应采用变频调速技术，以减少电能浪费。
⑸ 全厂拟采用发光效率高的LED灯、荧光灯、金属卤化物为主的光源，并配套选用反射率高、光效高的节能灯具。
⑹ 在厂区道路、露天操作平台及巡检通道、经常无人活动的场所、室外配电装置等的照明采用光电自动控制。综合办公场所、辅助生产建筑物等采用分开关控制，做到控制灵活、方便，人走灯灭。车站公共区照明采用智能照明控制系统。
⑺ 分系统或车间安装智能电能计量表计，55kW及以上电动机设置计量表计，以实行电耗的定额考核。
⑻ 通风空调系统的风机、空调机组根据环境的变化通过BAS系统自动启动或停止运行，减少能耗。
⑼ 通风空调系统的设备按照远期客流量计算出的通风空调负荷选择，同时考虑初、近期运行时负荷的变化，对车站隧道排热风机、组合式空调机组、大系统回排风机采用变频技术，根据运行情况调节风量。在系统形式选择、风机变频控制、改变风机选型原则提高设备效率、采用节能运行模式等方面采取节能措施，节省能耗。
⑽ 能源计量措施严格按国家标准《用能单位能源计量器具配备和管理通则》（GB17167-2006）对本工程进行能源计量器具的配备。建立和完善能源计量管理、计量人员、能源计量器具档案、能源计量器具检定校准及能源计量数据分析等各项管理制度，确保能源数据准确可靠。
三、结束语
低压电气智能化的普及对轨道交通行业的意义，主要在于提高轨道交通行业的设备系统先进性、供电可靠性、系统的可扩充性、调度的灵活性及运营的方便性。当然，低压电气智能化程度要适度，避免不必要的投资增加和系统的复杂化，给运营维护带来不便。
车站公共区照明采用智能照明控制系统，根据车站一天中早晚客流变化设定调光曲线，由智能照明监控软件按照不同时间区段，将公共区照明回路组合成多种场景模式。并通过照明监控软件实行对照明回路进行实时监控，起到节能的功效。
二、节电措施
⑴ 所有变、配、用电等设备及二次回路的控制设备均应采用低损耗高效能节能型产品。禁用国家明令淘汰的各种机电高耗能设备。
⑵ 按生产区域、生产车间深入负荷中心设置供配电点，以就近供电；就地进行无功补偿，使功率因数在0.9以上；合理选择导线截面；采用必要的抑制非线性负荷所产生的高次谐波；以减少生产运行中的电能输送损耗。
⑶ 正确选择和配置主变压器、配电变压器容量、台数、运行方式，合理调配负荷，实现低耗经济运行，节约电能。
⑷ 工艺风机运行参数选择在风机特性高效区间，在风管道上尽量不设与控制无关的风门，在布置上充分做到流向合理，以降低管道阻力，节约风机电耗。对机泵设备运行负荷变化较大者，应采用变频调速技术，以减少电能浪费。
⑸ 全厂拟采用发光效率高的LED灯、荧光灯、金属卤化物为主的光源，并配套选用反射率高、光效高的节能灯具。
⑹ 在厂区道路、露天操作平台及巡检通道、经常无人活动的场所、室外配电装置等的照明采用光电自动控制。综合办公场所、辅助生产建筑物等采用分开关控制，做到控制灵活、方便，人走灯灭。车站公共区照明采用智能照明控制系统。
⑺ 分系统或车间安装智能电能计量表计，55kW及以上电动机设置计量表计，以实行电耗的定额考核。
⑻ 通风空调系统的风机、空调机组根据环境的变化通过BAS系统自动启动或停止运行，减少能耗。
⑼ 通风空调系统的设备按照远期客流量计算出的通风空调负荷选择，同时考虑初、近期运行时负荷的变化，对车站隧道排热风机、组合式空调机组、大系统回排风机采用变频技术，根据运行情况调节风量。在系统形式选择、风机变频控制、改变风机选型原则提高设备效率、采用节能运行模式等方面采取节能措施，节省能耗。
⑽ 能源计量措施严格按国家标准《用能单位能源计量器具配备和管理通则》（GB17167-2006）对本工程进行能源计量器具的配备。建立和完善能源计量管理、计量人员、能源计量器具档案、能源计量器具检定校准及能源计量数据分析等各项管理制度，确保能源数据准确可靠。
三、结束语
低压电气智能化的普及对轨道交通行业的意义，主要在于提高轨道交通行业的设备系统先进性、供电可靠性、系统的可扩充性、调度的灵活性及运营的方便性。当然，低压电气智能化程度要适度，避免不必要的投资增加和系统的复杂化，给运营维护带来不便。
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