1概述
智能型低壓electrical系統(tǒng)設備簡單地說就是選擇了智能型元器件的設備，其主要特點是在傳統(tǒng)electrical設備和元器件基礎上充分應用了微電子技術、電力電子技術、計算機控制技術以及網(wǎng)絡通訊等新技術，具有較高的功能和可靠性。若干個智能型低壓開關柜經(jīng)數(shù)字通信與計算機系統(tǒng)網(wǎng)絡連接，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)低壓開關設備運轉(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，設備多、分布廣，而且現(xiàn)場條件麻煩，系統(tǒng)本身及設備頻繁操控、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剑哂袕娍垢蓴_能力，主要控制性能由設備層智能型元器件完成，形成網(wǎng)絡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、開關保護與控制及電動機控制等。由于現(xiàn)場總線技術的應用，系統(tǒng)中智能型元件可不依賴計算機網(wǎng)絡而獨立運轉(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)應用非常廣范，但鑒于目前其價格較高，因此現(xiàn)主要應用于：
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)領域；
3)碼頭、機場、地鐵等基礎設施；
4)高層建筑、超級商場、智能大廈等商業(yè)建筑和住宅。
上述領域新上項目基本上都應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，智能型開關柜的時代已經(jīng)到來。
2低壓electrical系統(tǒng)中智能控制技術在地鐵行業(yè)中的應用
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火災監(jiān)測系統(tǒng)
（1）車站選擇剩余電流式、測溫式electrical火災探測器探測electrical火災的報警系統(tǒng)。
（2）在0.4kV低壓開關室低壓饋出回路，設置electrical火災探測器。
（3）electrical火災探測器的漏電電流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)設置；能夠?qū)ΡO(jiān)控探測器的漏電報警電流設定值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，子站預留通信輸出接口。在0.4kV開關柜室設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)對通風空調(diào)等設備的監(jiān)視、測量、控制和保護；實現(xiàn)對智能模塊的參數(shù)設定、復位等；通風空調(diào)設備通常設就地控制、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)控設備控制方法與信號
環(huán)控設備選擇智能環(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)對通風空調(diào)設備(主要包含各類風機、空調(diào)器、電動風閥、電動蝶閥、冷水機組的冷凍水泵、冷卻水泵及冷卻塔風機）的測量、控制及保護等性能。
環(huán)控設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)視信號包含設備狀態(tài)信號和事故信號。與消防有關的電機過載故障只動作于信號不動作于跳閘，消防風機可在車控室按照模式執(zhí)行手動控制。
（2）環(huán)控設備控制系統(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。網(wǎng)關用于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)控設備的當?shù)仫@示和控制。PLC通過雙Industrial Ethernet接口負責與BAS系統(tǒng)的通信連接，將接收到的模式指令解釋后下發(fā)到相應的環(huán)控柜。A端、B端PLC 的CPU通過數(shù)據(jù)同時接口構成一套冗余系統(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)控設備控制系統(tǒng)方案如圖1所示。
圖1 環(huán)控設備控制系統(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、用電等設備及二次回路的控制設備均應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備。
2）按生產(chǎn)區(qū)域、生產(chǎn)車間深入負荷中心設置供配電點，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）工藝風機運轉(zhuǎn)參數(shù)采用在風機特征高效區(qū)間，在風管道上盡量不設與控制無關的風門，在布置上充分做到流向合理，以下降管道阻力，節(jié)約風機電耗。對機泵設備運轉(zhuǎn)負荷變更較大者，應選擇變頻調(diào)速技術，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及以上電動機設置計量表計，以實行電耗的定額考核。
8）通風空調(diào)系統(tǒng)的風機、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）通風空調(diào)系統(tǒng)的設備按照遠期客流量計算出的通風空調(diào)負荷采用，同步考慮初、近期運轉(zhuǎn)時負荷的變更，對車站隧道排熱風機、組合式空調(diào)機組、大系統(tǒng)回排風機選擇變頻技術，根據(jù)運轉(zhuǎn)情況調(diào)節(jié)風量。在系統(tǒng)形式采用、風機變頻控制、改變風機選型原則提高設備效率、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）能源計量措施嚴格按國家準則《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，都是值得設計人員結(jié)合實際運轉(zhuǎn)情況認真思考的問題。
