智能低压配电系统在地铁中的应用问题分析

卢文

【摘 要】在目前的国内地铁建设中，由于不同城市对地铁的建设要求以及线路选择的不同，导致对智能化的低压配电系统的运用有所不同，但就从地铁供电的可靠性和稳定性以及控制维护方便的便利性来看，智能低压配电系统具有较强的优势，将得到更加广泛的运用。

【关键词】地铁；智能化；低压配电系统；运用

一、地铁配电系统

地铁配电低压系统是地铁供电网络中服务系统的重要组成部分，主要任务是为电动车组以外所有的低压负荷提供电能以及保证所有动力照明设备配电的安全、可靠和有效。地铁设备系统较多，一般而言，车站环控系统的设备用电容量占整个地铁配电系统的中所有设备容量的一半左右。

若根据车站的规模和设备分布，因此一般在换乘车站以及车站长度超过200m的较大规模的车站比较适合采用两座降压变电所的方案，主要是负荷容量较大，供电距离较长造成的。而车站长度低于200m的一般规模的车站，一般采用一座降压变电所就可以满足供电需求。

车站配电主要是根据负荷的分布状况划分为不同的供电区域，大体可以分为降压变电所和环控电控室供电两种形式，一般情况下，在靠近环控机房旁设置环控电控室，主要是负责环控设备的供电。

智能化低压配电系统能够通过测定系统和站点的电能质量，可以发现一些潜在的电能质量危害。还能够用于捕捉系统的越线情况和能源消耗异常等，并能发出警报信息，可以减少设备的误动作，从而降低能源的成本，提高生产的效率。

低压配电系统能够有效管理能源的消耗，主要包括能源监视、分析以及控制能源的使用。这样不但能够降低车站和线路能源整体的使用成本，而且能够将能源数据升华为有价值的信息，从而能够掌握各个部分的能源使用情况。

二、智能低压配电系统在国内的应用现状

智能低压配电系统一般主要是由智能元件、现场总线和通信控制器等元器件组成。具有较高的性能和可靠性，具有遥测、遥控、遥讯和遥调的功能。智能化低压配电系统主要由三个部分共同组成：由计算机同一控制分散的配电系统，由通讯网络提高计算机对整个设备的监控能力，由智能型低压开关柜和控制设备实现系统的功能。

智能化低压配电系统的具体要求主要是：能够使计算机实现集中控制，具有较高的自动化程度；具有很高的可靠性，具有监测功能；安全性能程度较高，能够减少由于现场操作带来的不安全的因素；具有较高的工作效率。

（一） 降压变电所低压部分智能系统的实践应用

电力监控系统降压变电所的低压部分遥控的对象主要包括母联断路器、进线断路器和三级负荷的低压总开关。目前，在中国地铁的降压变电所低压系统的主要形式为：

在实现对母联断路器、进线断路器和三级负荷的低压总开关的遥测、遥控等基础之上，进一步对全部馈出回路的遥测等有所增加。智能系统主要包括以太网、智能开关以及智能化的数字仪表等。母联断路器、进线断路器和三级负荷的低压总开关的遥控主要通过断路器来实现，而遥信和遥测主要通过数字化的仪表实现的。

（二）环控电控低压部分智能系统的实践应用

环控电控的低压部分只能够保护、监控、测量配备有软起动力功能和变频器一类电动机等的回路，而其它馈出的回路的电机的保护控制可以采取断路器、热继电器和交流接触器相结合的方式。环控电控的低压只能够为通风以及空调设备提供电源，也能够保护电动机的过载和短路的情况，这种电机的控制功能主要是通过BAS系统实现的。

三、地铁智能低压配电系统应用

（一）智能断路器在地铁智能低压配电系统的应用

智能断路器是集电子技术、零飞弧技术、电气自动化技术、计算机及其软件技术以及网络通信技术于一身的高性能电气设备。智能化断路器一般采用模塊式结构，克服了许多传统断路器的缺点，能够实现保护、测量、监控于一体。目前地铁智能低压配电系统大都采用了这种高性能的智能化断路器（一般包括西门子3WL智能断路器和ABB的E系列智能化万能式断路器），以此来提高地铁低压配电系统的智能化以及自动化。在地铁智能低压配电系统中智能断路器基本工作模式是根据监测到的不同类型的故障电流，自动选择操作机构及灭弧装置预先设定的工作条件。为了能够达到电气和机械性能上的最佳分闸效果，智能断路器会在电流较小（正常运行）时低速分闸，电流较大（系统短路）时高速度分闸。智能断路器在地铁智能低压配电系统的工作过程是：当地铁配电系统出现故障时，继电保护装置发出分闸信号或工作人员发出操作信号后，智能断路器首先会启动智能识别模块，以此来判断当前智能断路器所处的运行条件，进而发出不同的控制信息调整操动机构的参数，以获得与当前系统工作状态相适应的运动特性，然后让断路器动作，及时切除地铁配电系统出现的故障。

（二）LED 照明系统应用

LED照明系统为一类实现电能转变成为可见光的器件，其呈现出明显的环保、节能降耗、光效率高、应用寿命长以及发热量较低的特征。当前，较多城市地铁工程中应用的灯具多为白炽灯以及荧光灯。该照明系统在电能节约、应用寿命以及降低污染等层面无法同LED照明系统相匹敌。伴随LED照明技术的快速发展，更多的城市逐步将地铁工程照明系统更换为LED装置。例如北京、上海等地。通过实践证明，北京经过了一年时间的系统检测，其LED灯具的应用达到了近二十万度的节电量，总体节电率高于百分之三十，呈现出了良好的节电应用效果。由此可见，地铁工程中进行LED照明系统的应用改造将成为一类必然的发展方向与趋势。

（三）设备供电节能设计

地铁工程中空调系统用电负荷始终较高，因此节能设计中应将该环节作为重点。南方地区夏季季节，可通过冰冷机组完成制冷，并利用环控系统完成冷风排出。其他的季节气候则可通过隧道通风完成通风换气。可在车站之中通过BAS完成一致调配。在各个时期流量不统一时，可进行风量的有效调节改变，进而实现节能目标。北方寒冷冬季，则应配备采暖系统。基于采暖以及空调系统属于三级负荷，应用时期不同。因此在设计阶段中应尽可能由相同回路进行供电。进而不但可降低低压配电柜回路总量，还可节约动力配电箱以及电缆材料的总量，进而实现环保节能目标。

（四）电动机的软启动在地铁环控节能上的应用

软启动是集电机软启动，轻载节能，软停车以及多重保护功能于一身的新的电机控制装置。它能使得电动机在启动时能够达到无冲击平滑地启动。并且能够根据电动机的实际负荷调节启动过程中的相应参数比如启动的时间以及限流值。它的工作原理是通过不同的途径控制导通角，进而达到使得电机的输入电压随着不同的用电需要而改变的目的。软起动装置的配备可以使得设备在启动时线路中电压的波动小，并且电流的变化也小。它的这个特点使得软起动装置适合用在配有大容量的电动机以及需要频繁地进行启动的设备上。地铁的环控系统比如通风空调系统中风机中电动机的控制系统就需要安装这种软起动装置。

（五）模糊理论

在地铁低压配电系统中，可以引入模糊理论，采取语言变量、近似模糊逻辑形成完备的推理体系，可以解决对地铁低压配电系统中复杂电力系统的控制问题，有效提高地铁电力设备的自动化控制。对于地铁电力系统中的输入量以及输出量，通过使用非线性模型模拟，简单有效的通过模仿人的逻辑来实现对系统的控制，分析总结地铁低压配电系统中的自动化控制决策。智能技术在地铁智能低压配电系统中，通过硬件芯片直接实现对系统的模糊控制算法，提高智能低压配电系统的自学习能力以及容错能力，完成对模糊知识的抽取，及时找出正确的解决方案，对具有不确定性的低压配电问题，也可以给出合理的解释。

结束语：

传统的低压配电系统已无法满足地铁行业快速发展的要求，低压配电系统必须向智能化、节能化方向发展。根据不同城市地铁发展的不同要求，如何给地铁行业创造出更稳定、更强大、更适合的系统方案，才是地铁中智能低压配电系统发展的重点所在。

参考文献：

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