智能化技术在广州地铁低压配电系统中的应用

杜伟波

广东省石油化工建设集团公司 广东广州 510235

智能化技术在广州地铁低压配电系统中的应用

杜伟波

广东省石油化工建设集团公司 广东广州 510235

介绍了智能断路器的构成及其原理，分析了广州地铁智能低压配电系统的应用模式以及智能低压配电系统结构、智能低压配电系统通讯网络、智能低压配电控制系统的构成，阐明了智能化技术的应用对提高自动化程度，实现地铁运营管理的实时、可靠、快速、强抗干扰能力起到了越来越重要的作用。

智能断路器 现场总线 低压配电系统

1 前言

随着电力技术的高速发展，特别是随着电力系统控制方式数字化进程的发展应用以及电力系统综合自动化的广泛应用，包括供电系统和配电系统在内的电力系统正向信息化和智能化迈进。智能化技术由于具有更高的安全性和可靠性，以及更高程度的可视化、自动化、网络化、实时化、精确化，也正在广泛应用于对普通民众来说最密切相关的低压配电系统中[1]。作为公司派驻的工程项目总工程师，本人参加了广州地铁一、二、三、五号线机电安装工程的建设，对广州地铁智能化技术的应用过程有比较深刻的了解。广州地铁一号线和二号线低压配电系统采用传统的备自投装置，功能单一 ，供电可靠性不够高；其以点对点的方式与上位监控系统连接，大量的控制电缆造成现场接线和调试工作量大，日后的维护也比较困难；另外设备控制采用继电器接触器控制，分离的电气元件多，接线复杂，可靠性也较差。因此，从地铁三号线开始，包括四、五号线，以及目前的二、八号线延长线，装备了国内先进的“智能低压配电系统”，简化了控制线路和现场接线、维护检修工作,保证了高质量、高安全、高可靠性的地铁供电要求，同时为系统的智能化管理提供了极大的便利。

2 广州地铁智能低压配电系统应用模式

2.1 智能化模式

广州地铁智能低压配电系统主要是采用智能断路器和现场总线技术共同应用模式。配电系统中的智能化断路器经现场总线与远程计算机系统连接实现开关保护定值设置、电参量测量与显示、故障与维护信息管理、电能质量综合监测、远程控制及参数越限告警等功能。地铁低压配电系统是直接向轨道交通中的其它系统包括动力系统、轨道系统、环控系统、给排水系统、消防系统、照明系统、安保系统、信号系统等提供电能的重要子系统,同时还监测控制各种动力设备和照明等设备的运行状态。由于智能低压配电系统处于控制系统的最底层,通信网络选用了现场总线结构,智能元件均具有通信口。开关量、电量参数都可通过现场总线传送到中央控制室的计算机上，实现对供配电回路或设备的计量、软起动、变频、控制、保护、监视、故障诊断、故障报警和预报警等功能。

2.2 智能断路器的构成及其原理

智能化断路器中智能化技术的应用核心是集保护、测量、监控于一体的多功能脱扣器，它主要由微处理器单元、信号检测采集单元、开关量输入单元、显示和键盘单元、执行输出单元、通信接口、电源等几个部分组成，如图1所示[2]。

广州地铁智能低压配电系统采用了ABB的E系列PR112、PR113等智能化万能式断路器或西门子3WL智能断路器，以下以ABB的E系列PR112、PR113智能化万能式断路器为例简述其主要构成和工作原理。

该断路器由E系列开关、PR112、PR113保护脱扣器和附加的内部模块以及运行和诊断软件TestBus2组成。PR112、PR113保护脱扣器使E系列产品的脱扣器更加完善齐全，这是一种高性能和保护功能丰富的脱扣器，除了为断路器提供完善保护、测量、信号、数据日志和控制功能，它代表了低压断路器保护脱扣器的技术基准。同时，ABB的E系列PR112、PR113智能化万能式断路器可装配附加内部模块来加强脱扣器能力，并使功能单元更加多样化和智能化，在断路器内部,有一内部特殊系统总线TestBus2作为该结构的中枢。它可连接所有智能部件,并允许外部附加部件与断路器连接。所有内部系统总线上的模板都可直接访问现有断路器数据源,以保证快速地访问信息和响应事件。这样，通过内部特殊系统总线与各附加模块(包括PR120/K 信号模块、PR120/V 测量模块、PR120/D-M 通讯模块、PR120/D-BT无线通信模块等数字量输入输出模板或模拟量输出模板)形成各种最有成本效益的自动化方案。

2.3 现场总线技术

现场总线技术是80年代末90年代初发展起来的应用于过程自动化和制造自动化领域的现场设备互联网络通信技术。它集中了自动化控制技术、网络通信技术、计算机技术等多项成果。它的出现将给自动化领域带来又一次重大变革，现场总线控制系统结构框图，如图2。

3 广州地铁智能低压配电系统的构成

3.1 智能低压配电系统结构

在地铁智能低压配电系统中,变电所进线、母联、三级负荷总开关、环控电控室馈出开关均采用了智能断路器，在变电所预留半面柜设置SCADA智能接口通讯模块。整个智能低压配电系统由智能断路器、小型PLC呈智能I/O、现场总线等组成,并通过智能通信接口模块与SCADA（数据采集与监控系统）连接。整个低压部分有众多开关柜,除完成正常的输配电功能,还具备通讯功能与上位机组网,形成低压配电监控装置远程组态、诊断、测试、维护等功能,进行低压电网运行状态实时监测,及时发现和定位电网故障。地铁智能低压配电系统结构示意图如图3所示。

3.2 智能低压配电系统通讯网络

图4为地铁智能低压配电系统通讯网络结构示意图[3]。在此网络中,处于低压配电室的进线柜、联络柜中的智能断路器将采集到如电压、电流、功率因数、断路器状态等各种参数，通过和它相连接的RS485送至本变电室光电接口，在光电转换器处将电气信号转换为可以在光纤网络上进行远传的光信号。从远端传输来的光信号经过NSC100转换为RS232电气标准信号，再由NPort5610转换为适用于以太网的协议语言。

在中央控制室，值班人员可在PC机上看到所有配电室的设备运行状况，随时处理发生的紧急状况，从而避免出现问题后由于信息闭塞而带来设备损毁的可能。技术工程师可在此时对各开关进行参数设置、组态、诊断、测试、维护等。

3.4 智能低压配电控制系统

地铁智能低压控制系统采用的是单总线结构。考虑到系统可靠性要求，对于设备较多可靠性要求较高时采用多条单总线形式。如：一个车站环控电控室选用3条现场总线；区间及车站变电所选用1条现场总线。SCADA供货商选用设备本身具有3个通信可挂3条现场总线。低压柜内、低压柜与网关采用总线连接，通过网关输出至车站BAS系统，区间风机房（超100m）采用光纤连接到车站BAS控制器，智能低压控制系统示意图如图5所示。

4 结语

从目前广州地铁实际运行的情况来看，智能化技术和现场总线技术在广州地铁低压配电系统中的应用，完善了各用电设备的保护功能、提高了系统的可靠性和自动化程度，简化了低压配电系统与EMCS的接口，实现了地铁运营管理的实时、可靠、快速、强抗干扰能力的要求，同时提高了系统的可维护性[4]。相信在以后的地铁线路中，智能化技术将更加广泛的应用在低压配电系统、变电系统、动力系统、照明系统等电气系统中，在可靠、安全、快速的地铁运输系统中发挥越来越重要的作用。

1林国庆,张培铭,张冠生.低压断路器智能化综述[J].企业技术开发,1997(3):4

2高仁堂 智能化技术在低压断路器上的应用 冶金动力,2008(3):1-4

3高凡 马艺玮 3WL智能断路器在地铁低压配电中的应用 科技资讯,2007(6):58-59

4陈健.地铁车站设备监控系统的设计和功能介绍[J].微计算机信息.2004(7):46-47.

TP2

B

1672-9323（2011）02-0077-03

杜伟波（1967.9-）男 籍贯:广东海丰 大学本科 电气高级工程师，主要从事机电工程和石油化工设备安装技术工作,发表专业论文共3篇.

2010-10-15)