智慧城轨建设中的低压配电系统设计

2024-03-17孙宇坤

科学与信息化 2024年2期

孙宇坤

苏交科集团股份有限公司江苏南京 210000

引言

对于城市基础建设而言，城市轨道交通系统是重要的组成部分。城市轨道交通系统就是指在城市道路上建设固定导轨，以电能作为主要动力，采取轮轨运输的方式，实现快速、大运量的公共交通运输的系统。比如，地铁、轻轨列车等都属于该系统内的交通设施。出于提高环保性能及提高交通运输效率方面的考量，城市轨道交通系统在城市发展中发挥的作用越来越重要、为进一步提高城市轨道交通系统的供电水平，避免因供电问题而引发轨道交通事故，需要将配电系统的性能不断增强。

1 低压配电系统的主要特点

城轨低压配电系统是城轨正常运行的核心，只有拥有稳定的低压配电系统，才能对城轨进行日常维护，以及确保城市轨道稳定运行。智慧城轨低压配电系统中的电源可以有效保障城轨的稳定运行。由于城市轨道交通系统是由多个子系统的共同组成，各个子系统设备齐全，配合紧密，地铁本身具有公共福利强等特点，对供电和采用低压配电系统的可靠性和安全技术要求也日益提高，城市轨道拥有大量风力负荷，比如，车站热风机、空调、冷却器等通风空调系统，以及车站进出口处废水泵和浸没式空调泵。这些大型装载机不仅需要本地控制，还需要在车站内部进行综合监测位置的控制系统与火灾报警系统。有些设备甚至需要一个中央控制室进行监视。此外，照明系统根据其功能作用范围来进行分类，通常情况下，包含正常照明，应急照明和紧急灯光。一般正常的照明主要包括作业照明、区段性灯光照明、节约能源灯光照明、广告灯光照明、标识灯光照明和其他附加的房间灯光照明，应急灯光通常由备用灯光照明和疏散灯光照明组成。一般的情况下，照明控制不仅需要本地控制，还需要照明配电室远程控制（站台、站厅出口标志、公共区域照明）。一般情况下，应急照明由开关需要就地控制。站厅和站台公共区域的操作灯和节电灯要在高峰时段开启，不是高峰时段应关闭，以此有效节约电能[1]。

2 城轨低压配电系统现阶段的特点及局限性

主动式运行与维护管理的常规方案在执行强度、可靠性方面依然具有很大的可提升空间。其主要原因是城轨交通系统并非近年来的新产物，在很多城市中已经运行了多年。任何系统、设备在经过多年使用后，出现各类故障的概率都会提升。因此，常规的在发生故障后进行针对性抢修、维护的方案已经严重滞后，相对“被动”的运维理念不再适用。在“变被动为主动”的思维理念指导下，可以在低压配电系统中设置数字化、智能化的监控装置，对主要设备的运行工况进行实时监测，围绕相关参数，可生成折线趋势图。以此为基础，当设备表现出性能下滑，就是参数异常的情况之后，技术人员可以提前判断出设备即将老化，进而对潜藏的故障进行排除、维护，更换磨损严重的零部件，以此为整个系统的安全、稳定运行提供充足的保障。

现阶段，城市轨道交通的配电系统是由多个具有不同功能的子系统组成。因此，对于智能城轨的建设而言，轨道交通系统中，应进一步提升与低压配电系统相关的多个子系统之间的协调运转性。而在城轨交通低压配电子系统设置安装的初期，多个功能性子系统并不是同时完成设置的，而是随着城市轨道交通系统的不断升级，为了解决与日俱增的新要求而逐渐增加。对于管理的需求，当前不同时间段新增的功能性子系统虽然能够暂时满足，但是，随着需求的逐渐增加，现有的子系统管理运行机制极有可能会出现更多的漏洞，根本无法实现精细化的管理。因此，提高城轨低压配电系统的管理水平，加强整体性，才能将低压配电系统的运行效率进一步提升，对减耗、节约投资、提高资源利用率均会产生积极意义。

城轨低压配电系统资产管理方面存在很大的增值空间。由于我国一部分城市经济发展起步较早，因此，当前经济水平处于全国领先地位。但是，一些早期建设的城市，其基础设施在功能性方面不够完备，尽管通过各种方式，使城市基础设施呈现出了现代化的特点，但是，能源的应用效率较低、资产的价值无法得到良好的维护。比如，广州市的轨道交通系统中，为了提高车站的美观性，以荧光灯替代传统的LED灯的方式，表面看来是与时俱进，但是，实际上将部分设备以变频方式运行的调整，在节能减耗方面依然无法达到相关要求。因此，只有在城轨低压配电系统中加入数字化监测及分析装置，要加强探索如何将能源使用效率进一步提高的相关内容，以此完成城轨交通车站新结构模型的设计，才能有效地节能减排，进而将资产的应用价值进一步提高。

3 智慧城轨建设中的低压配电系统设计的基本原则

3.1 可视化管理

智慧城轨建设中的低压配电系统主要是通过系统自动对城轨的低压配电系统进行智能化管理，因此，整个地铁交通的安全在很大程度上取决于系统的安全性。但是，在实际的工作中，城轨低压配电系统若出现故障，不能迅速检测定位出存在的问题位置，在车站控制室控制端显示出位置信息，由值班人员立即安排抢修，则很容易影响城轨智能配电系统的正常运行，进而为乘客的出行安全埋下隐患，所以，设计人员应遵循可视化管理的基本原则，进行城轨低压配电系统设计，使系统的运行状况可以在计算机设备中清晰地显示出来，以此最大程度保障系统正常运行，进一步提升城轨智能低压配电系统设计的安全性，为人们的出行保驾护航[2]。

3.2 智能化设计

随着电气设备的技术进步和发展，越来越多的行业实现了配电系统的自动化和智能化，智慧城轨建设中的低压配电系统也应该紧跟时代发展的脚步，加入智能化发展的行列中。智能城轨低压配电系统的设计应该具有智能性，因此，系统可以提前设计好程序，城轨低压配电系统根据设计好的程序运行和工作，而且系统可以根据城轨运行中的实际情况，对其参数进行调整和优化，降低传统人为配电造成的异常运行情况，提高城轨低压配电系统的智能化和高效化，为运营安全提供充足的保障。

3.3 可靠性设计

智慧城轨建设中的低压配电系统设计的重要原则就是可靠性，因为城轨与人们的生命安全息息相关，近年来新闻报道的城市轨道安全事故频出，所以，设计人员在设计过程中应该将可靠性放在首要位置。设计的可靠性主要体现在以下两个方面：一方面，智慧城轨建设中的低压配电系统在正常工作状态下能够进行实时的监测，在异常的状态下或者存在安全隐患的时候，系统能够对安全问题进行准确识别，并及时切断故障，有效控制影响范围。另一方面，系统应该操作设置简单，当出现安全问题，操作人员可以采用最简单的操作将问题有效解决。

4 智慧城轨建设中的低压配电系统设计

4.1 主站的优化设计

协调城轨配电系统的无功平衡就是主站的主要作用，主站的运算分析和状态预测是基于无功补偿装置的开关状态以及各子站发送的遥测数据来完成的，如此就能得到城轨各节点的无功补偿范围。通过智能无功补偿系统可以把控各子站的运行状态，以及确保系统中的无功补偿最优。此系统在闭环控制的过程中，会将控制参数发送至各子站系统。此外，在开环控制中，会借助通过系统内部运算，将子站的控制参数提供给系统，用作控制调度，一次让城轨的智能无功补偿系统保持最优状态。此外，主站还可以作为城轨中的最大无功补偿控制的子站，将本站的运行数据发送至上一级，为其控制本站提供充足的依据。

4.2 通风系统的配电分析

分析与设计城轨配电系统进行配电的过程中，需要重点考虑到对其车站自身的空调系统进行配置工作。在实际开展智慧城轨通风系统的配置工作时，需要考虑到其系统所产生的温度并根据其所处天气和气候进行动态化调整，以此来进一步提高乘客自身搭乘的舒适感与体验。比如，在夏天天气较为炎热的气候条件下，需要通过车站所带有的冷风机组进行降温工作，与之相对应的是，在冬天天气较为寒冷的天气条件下，则需要有暖风机组对车站进行升温工作。如此一来，便能够保证车站本身长期处于稳定的环境温度下。城市轨道冷风机组和暖风机组的自身电力负荷均需要根据其实际使用情况进行配置工作，可分为三级根据不同情况进行电力输送工作。由于冷风机组与暖风机组不会同时开启使用，因此，其电源供电的方式可采用单电源，输电方式可采用单回路，以此来达到全面降低通风吸引的用电量、减少控制器与配电箱等硬件设备的使用数量，从而进一步起到解决城市轨道通风系统成本的最终目的[3]。

4.3 照明系统的配电设计

地铁、轻轨列车等都属于城轨交通系统。比如，地铁车站自身公共系统的配电设计通常是以车站自身的中心点出发，延伸到四周进行供电服务。如此一来，便可以很方便日后车站系统设备管理工作以及运行维护工作。但是，在一般情况下，大部分的地铁车站在建设的时候会避开车站自身的变电所，而这便会造成在进行地铁车站电力系统供应的时候通常会布置大量的线路进行电路供应，从而造成不必要的电力资源与设备资源浪费。然而，由于地铁站台自身的公共区域通常是属于同一个防火分区内的，且其自身工作照明、应急照明等电源都采取交叉供电的方式。因此没有必要对其进行电源拆分工作。所以，在设计地铁车站站名系统的配电时，可以从地铁沿线的某一处配电室直接供电，且如果能够在多个地铁车站都采取该类设计进行系统配电设计，则可以很大程度上减少地铁自身的资金投入。在进行地铁车站的照明系统配电设计及实施的过程中。首先，需要有专业的设计检测人员对地铁车站进行详细的测量与评估工作，以此保障计算数据的准确性，并在此基础之上安装与之对应的照明系统与设备，由此实现高效益的地铁车站用电调配工作，然后，再辅助用以变压器对地铁车站所用电流进行灵活配置工作。在进行地铁车站照明用电量的计算工作时，需要注意车站自身的站内面积以及光源通亮，从而合理设置地铁车站电源的最高值与最低值，再以此为依据选择地铁所用的灯光设备数量与变压器容量等。

4.4 智能断路器

对于智能断路器来说，其能够发挥控制和保护低压配电网络的作用，通常把智能断路器安装在低压配电柜中，以此作为主开关起保护作用。在智能低压配电系统中，智能断路器非常关键，许多智能断路器都是应用模块式结构，并同时能够实现电路保护和监控一体化功能。智慧城轨低压配电系统对自动化和智能化有着更高的标准，所以智能断路器以它自身的优势弥补了传统断路器的弊端，满足了地铁智能低压配电系统的需要。在安装应用智能断路器期间，需要根据低压配电系统回路的额定电流进行选型，以保障各个回路的正常运行；其次在安装完试运行后，应进行二次检测，根据实际运行对参数设定进行调节，保障智能断路器适应地铁低压配电回路运行的需要，能够稳定可靠的运行。如果低压配电系统出现故障，工作人员可根据监测信号进行操作，以此把城轨配电系统的故障解决，使配电系统能够稳定运行[4-5]。