地铁低压配电系统电压波动应对措施

张 振 宇

(北京城建设计发展集团股份有限公司, 北京 100037)

0 引 言

地铁低压配电系统实现的是地铁供电网络中全方位的服务功能,承担除电动车组以外给所有低压负荷提供电能的重要任务,保证所有动力照明设备配电的安全、可靠、有效。地铁低压负荷种类繁多,服务功能也各异,有的负荷为防灾害负荷,如排烟风机、雨水泵等,有的负荷为维持日常运营所必须的负荷,如照明、扶梯、自动售检票系统(AFC)等。动力照明低压配电系统需根据负荷分级、负荷性质进行相应的配电,并实现部分设备的就地控制,预留火灾报警系统(FAS)、楼宇自动化系统(BAS)远程控制的接口条件,控制系统接线形式与远程控制的BAS、FAS发出指令有密切关系,其可靠性直接影响到设备运行连续性及操作控制的方便性[1-2]。

地铁线路一般采用集中式、分散式或混合式接线方式将城市电网电源接入地铁线路,城市电网的波动或地铁内部电源间切换都有可能导致低压配电网络的波动。电网波动造成危害有:运行中的电动机设备停机;集中控制的照明灯具大面积停电;实时上传数据的系统存储单元的数据丢失等,因此在设计中要预防电源波动对运行设备造成不良的后果,目前电气设计者应重点考虑[3-5]。

1 消防专用风机

地铁消防专用送、排风机属于一级负荷,火灾时启动风机进行送风排烟。专用消防风机电控箱一次系统如图1所示,采用双电源切换装置、负荷隔离开关、断路器、接触器、热继电器对风机进行配电、保护及控制。

消防专用风机在火灾时由FAS系统远程启动并采用模式控制,风机需连续运行1 h[6-7]。车站变电所0.4 kV主接线如图2所示。排烟风机启动运行期间,出现单母线分段接线形式的0.4 kV主进电源1失压,需延时跳进线断路器QF1,母线分段断路器QF3合闸,此时排烟风机电控箱的主供电源由断路器QF2供电的母线供电,而排烟风机电控箱设置的双电源切换装置不管是否设置延时自投(不设置延时自投,双电源切换装置ATSE切换本身也需要固有的时间),

图1 专用消防风机电控箱一次系统

图2 车站变电所0.4 kV主接线

都会有短暂的停电时间,导致排烟风机电控回路会有短时停电间隔。接触器主触头由于其线圈电压消失而断开,排烟风机停机。此外,其他情况的电源波动也可能导致排烟风机电控箱进线电源电压波动,使电控回路上的接触器主触头断开,风机停机[8-11]。

风机需要再次启动运行,必须FAS远程发来的常压有源信号触发风机启动,则风机在电网恢复正常或电源切换后会直接启动,系统恢复正常排烟模式。但此时FAS引来的信号为有源脉冲信号,风机电控箱二次回路接线中即使采用自保持回路,当供电电源恢复后仍然无法自启动风机,排烟风机仍处于停机状态,无法实现排烟,需采用其他措施来启动风机。当然可以采用应急启动(即IBP强启)。但在火灾工况下工作人员处于救灾状态,恢复供电后直接自启是首选。

2 接触器控制的照明系统

部分轨道交通车站站厅、站台公共区照明仍采用接触器集中控制照明启、停的方式,公共区照明配电箱一次系统图如图3所示。地下公共区照明为一级负荷,日常运营时提供足够的照度,公共区照明突然停电会引起人员密集场所乘客的恐慌,造成较大社会影响。

图3 公共区照明配电箱一次系统图

公共区照明一般采用BAS远程集中控制,BAS系统远程以常压或脉冲的信号方式给配电箱发出控开、控关的指令,使得公共区照明按照预定模式开启或关闭。当远程BAS发出脉冲信号时与上述的排烟风机类似,在电网电压波动时接触器主触头断开,导致停电事故,电网恢复供电后没有自恢复供电的能力,需车站综控室的工作人员在电压稳定后再次由BAS发出命令,使接触器吸合。当采用常压信号时出现电网波动,系统有自恢复供电能力,BAS系统属于弱电系统设备,当BAS系统在长期连续运营中出现“死机”时,照明系统的命令消失,公共区照明也会停止[12-13]。

改进做法是BAS系统远程命令采用常压反逻辑来控制公共区照明方式,当BAS系统发出常压命令后关闭公共区灯具,当常压命令消失后灯具开启。公共区照明配电箱二次原理图如图4所示,KA1中间继电器接受BAS系统引来常压有源信号,正常运行时,转换开关SA处于远程状态,中间继电器KB带电,其常开触点闭合,中间继电器KA1没有接收到BAS系统远程指令,其常闭触点闭合,灯具处于点亮状态;当电网波动时接触器也会因短时断电而断开,但是电源平稳后接触器线圈KM自动得电,灯具仍处于正常工作状态。BAS系统死机也不会使正常运行的灯具停机。当停运后需要BAS系统关闭照明时,BAS系统发出常压命令,灯具处于关闭状态。

图4 公共区照明配电箱二次原理图

3 通风空调系统PLC

标准的地下车站站厅两端分别设置通风空调电控柜。通风空调电控柜给通风空调设备提供电源并实现现场控制,消防风机(非前述的消防专用风机)采用两路独立220/380 V电源通过双电源切换装置给风机提供电源。所有由通风空调电控柜提供电源的风机运行状态、故障信号、转换开关位置信号等信息实时通过通风空调电控柜内设置的PLC上传至BAS系统,同时BAS系统通过PLC给风机发出控开、控关命令。

设置在通风空调电控柜内的PLC所引的电源很多情况引自自身双电源切换装置下口,当双电源切换装置在电网波动或切换时PLC断电,导致BAS系统上传的数据丢失。因此,PLC电源引自其他专业设置的UPS电源,也可以在通风空调电控柜内设置1个小容量的UPS电源,由此UPS电源给PLC供电。

4 结 语

消防专用风机应接收FAS引来的有源常压信号启动风机,才能避免在火灾工况下电网波动导致风机停止的风险;采用接触器控制照明系统,BAS系统控制采用常压反逻辑方式控制照明;通风空调电控柜的PLC电源需引自UPS电源,确保电源波动时数据不丢失。