智能低壓控制技術(shù)的應(yīng)用及節(jié)能措施

智能低壓控制技術(shù)的應(yīng)用及節(jié)能措施

摘

要本文對(duì)低壓電氣系統(tǒng)中智能控制技術(shù)進(jìn)行了簡要概述，并從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、硬件配置和軟件功能等方面描述了智能低壓控制技術(shù)在地鐵行業(yè)中的應(yīng)用及節(jié)能措施。關(guān)鍵詞智能低壓控制技術(shù)電氣火災(zāi)監(jiān)測系統(tǒng)電能管理系統(tǒng)環(huán)控電控系統(tǒng)智能照明控制系統(tǒng)節(jié)電措施ApplicationandEnergy-savingMeasuresofIntelligentLow-voltageControlTechnologyXuYunheAbstractThispaperdiscussestheintelligentcontroltechnologyoflow-voltageelectricalsystem,anddescribestheapplicationandenergy-savingmeasuresofintelligentlow-voltagecontroltechnologyinsubwayindustryfromthesystemstructure,hardwareconfiguredandsoftwarefeatures,etc.Keywordsintelligentlow-voltagecontroltechnology,electricalfiremonitoringsystem,electricenergymanagementsystem,environmentalcontrolelectroniccontrolsystem,intelligentlightingcontrolsystem,savingmeasures1概述智能型低壓電氣系統(tǒng)設(shè)備簡單地說就是采用了智能型元器件的設(shè)備，其主要特點(diǎn)是在傳統(tǒng)電氣設(shè)備和元器件基礎(chǔ)上充分應(yīng)用了微電子技術(shù)、電力電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)通訊等新技術(shù)，具有較高的性能和可靠性。若干個(gè)智能型低壓開關(guān)柜經(jīng)數(shù)字通信與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)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)功能，可以實(shí)現(xiàn)低壓開關(guān)設(shè)備運(yùn)行管理的自動(dòng)化、智能化。智能低壓配電系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集、數(shù)字通信、遠(yuǎn)程操作與程序控制、保護(hù)定值管理、事件記錄與告警、故障分析、各類報(bào)表及設(shè)備維護(hù)信息管理等功能。針對(duì)低壓電氣系統(tǒng)直接面向控制終端，設(shè)備多、分布廣，而且現(xiàn)場條件復(fù)雜，系統(tǒng)本身及設(shè)備頻繁操作、故障脫扣等產(chǎn)生的強(qiáng)電磁及諧波干擾等特點(diǎn)，智能化監(jiān)控系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)面向?qū)ο蟮牟僮髂Ｊ剑哂袕?qiáng)抗干擾能力，主要控制功能由設(shè)備層智能型元器件完成，形成網(wǎng)絡(luò)集成式全分布控制系統(tǒng)，以滿足系統(tǒng)運(yùn)行的實(shí)時(shí)、快速及可靠性的要求。系統(tǒng)中的低壓智能型元件就其功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(guān)保護(hù)與控制及電動(dòng)機(jī)控制等。由于現(xiàn)場總線技術(shù)的應(yīng)用，系統(tǒng)中智能型元件可不依賴計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)而獨(dú)立運(yùn)行，極大地提高系統(tǒng)運(yùn)行的實(shí)時(shí)性和可靠性，滿足低壓電氣設(shè)備運(yùn)行管理的需要及工廠生產(chǎn)過程控制的要求。智能型低壓配電系統(tǒng)應(yīng)用非常廣泛，但鑒于目前其價(jià)格較高，因此現(xiàn)主要應(yīng)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(lǐng)域；3)碼頭、機(jī)場、地鐵等基礎(chǔ)設(shè)施；4)高層建筑、超級(jí)商場、智能大廈等商業(yè)建筑和住宅。上述領(lǐng)域新上項(xiàng)目基本上都應(yīng)用了智能型低壓配電系統(tǒng)，用量較大，特別是近幾年需求量迅速增加。隨著經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，其用量會(huì)越來越大，智能型開關(guān)柜的時(shí)代已經(jīng)到來。2低壓電氣系統(tǒng)中智能控制技術(shù)在地鐵行業(yè)中的應(yīng)用1）變電所智能低壓系統(tǒng)低壓智能系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)變電所低壓斷路器運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)視，實(shí)現(xiàn)進(jìn)線、母聯(lián)、三級(jí)負(fù)荷總開關(guān)的監(jiān)控；完成變電所備用電源的自動(dòng)投切，即實(shí)現(xiàn)進(jìn)線、母聯(lián)、三級(jí)負(fù)荷總開關(guān)間的互鎖；實(shí)現(xiàn)對(duì)智能斷路器遙控、遙測、遙信等功能。智能表及電能管理系統(tǒng)的設(shè)置對(duì)加強(qiáng)地鐵能耗的監(jiān)測并制定節(jié)能策略具有重要意義。2）電氣火災(zāi)監(jiān)測系統(tǒng)（1）車站采用剩余電流式、測溫式電氣火災(zāi)探測器探測電氣火災(zāi)的報(bào)警系統(tǒng)。（2）在0.4kV低壓開關(guān)室低壓饋出回路，設(shè)置電氣火災(zāi)探測器。（3）電氣火災(zāi)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(jí)；能夠可靠地采用數(shù)字信號(hào)傳輸；需要配置外置溫度探測器3組；溫度報(bào)警55℃~140℃連續(xù)可調(diào)，檢測溫度1級(jí)。（4）監(jiān)控主機(jī)采用壁掛式安裝在0.4kV開關(guān)柜室，可連接64×4路監(jiān)控探測器；能夠?qū)ΡO(jiān)控探測器進(jìn)行參數(shù)設(shè)置；能夠?qū)ΡO(jiān)控探測器的漏電報(bào)警電流設(shè)定值30mA~500mA連續(xù)可調(diào)。3）電能管理系統(tǒng)（1）電能計(jì)量自動(dòng)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(jí)電能管理子站（一臺(tái)PLC通訊管理采集器以及一套觸摸查詢監(jiān)控系統(tǒng)），能對(duì)進(jìn)出線回路進(jìn)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(bào)表的自動(dòng)生成，子站預(yù)留通信輸出接口。在0.4kV開關(guān)柜室設(shè)置本站電能管理主機(jī)（一臺(tái)監(jiān)控電腦及一套觸摸查詢系統(tǒng)），主機(jī)預(yù)留接口將數(shù)據(jù)上傳到綜合監(jiān)控系統(tǒng)，主機(jī)可完成本站數(shù)據(jù)的匯總、報(bào)表生成、上傳等功能。4）環(huán)控電控系統(tǒng)環(huán)控電控智能系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)對(duì)通風(fēng)空調(diào)等設(shè)備的監(jiān)視、測量、控制和保護(hù)；實(shí)現(xiàn)對(duì)智能模塊的參數(shù)設(shè)定、復(fù)位等；通風(fēng)空調(diào)設(shè)備通常設(shè)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(jí)控制，實(shí)現(xiàn)三級(jí)控制轉(zhuǎn)換及運(yùn)行狀態(tài)顯示。（1）環(huán)控設(shè)備控制方式與信號(hào)環(huán)控設(shè)備采用智能環(huán)控系統(tǒng)，由柜內(nèi)智能元件、現(xiàn)場總線、通信管理機(jī)等設(shè)備組成，并與BAS系統(tǒng)控制器連接。對(duì)于三相電動(dòng)機(jī)回路，如各類風(fēng)機(jī)、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(jī)保護(hù)控制模塊。對(duì)于單相電機(jī)回路，如電動(dòng)風(fēng)閥、電動(dòng)蝶閥，智能元件采用不具備保護(hù)功能的小型PLC或智能I/O。主要實(shí)現(xiàn)對(duì)通風(fēng)空調(diào)設(shè)備(主要包括各類風(fēng)機(jī)、空調(diào)器、電動(dòng)風(fēng)閥、電動(dòng)蝶閥、冷水機(jī)組的冷凍水泵、冷卻水泵及冷卻塔風(fēng)機(jī)）的測量、控制及保護(hù)等功能。環(huán)控設(shè)備采用三級(jí)控制方式，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(hào)包括設(shè)備狀態(tài)信號(hào)和事故信號(hào)。與消防有關(guān)的電機(jī)過載故障只動(dòng)作于信號(hào)不動(dòng)作于跳閘，消防風(fēng)機(jī)可在車控室按照模式執(zhí)行手動(dòng)控制。（2）環(huán)控設(shè)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(shè)置一面控制柜，控制柜內(nèi)安裝一套PLC、人機(jī)界面（HMI）和網(wǎng)關(guān)。網(wǎng)關(guān)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(kuò)展，人機(jī)界面用于整個(gè)車站環(huán)控設(shè)備的當(dāng)?shù)仫@示和控制。PLC通過雙工業(yè)以太網(wǎng)接口負(fù)責(zé)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(yīng)的環(huán)控柜。A端、B端PLC的CPU通過數(shù)據(jù)同步接口構(gòu)成一套冗余系統(tǒng)，但是各自獨(dú)立控制自己的遠(yuǎn)程智能I/O站和智能馬達(dá)控制器以及變頻器。正常工作情況下，由操作員指定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(fù)責(zé)接收BAS系統(tǒng)通過工業(yè)以太網(wǎng)下達(dá)的控制指令，通過冗余CPU的數(shù)據(jù)同步接口傳遞給備用PLC。如果主控PLC的BAS系統(tǒng)通訊出現(xiàn)故障，系統(tǒng)將自動(dòng)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)同步接口傳遞給主控PLC，同時(shí)將故障上報(bào)BAS系統(tǒng)。環(huán)控設(shè)備控制系統(tǒng)方案如圖1所示。圖1

環(huán)控設(shè)備控制系統(tǒng)方案5）智能照明控制系統(tǒng)車站公共區(qū)照明采用智能照明控制系統(tǒng)，根據(jù)車站一天中早晚客流變化設(shè)定調(diào)光曲線，由智能照明監(jiān)控軟件按照不同時(shí)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(shí)行對(duì)照明回路進(jìn)行實(shí)時(shí)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(shè)備及二次回路的控制設(shè)備均應(yīng)采用低損耗高效能節(jié)能型產(chǎn)品。禁用國家明令淘汰的各種機(jī)電高耗能設(shè)備。2）按生產(chǎn)區(qū)域、生產(chǎn)車間深入負(fù)荷中心設(shè)置供配電點(diǎn)，以就近供電；就地進(jìn)行無功補(bǔ)償，使功率因數(shù)在0.9以上；合理選擇導(dǎo)線截面；采用必要的抑制非線性負(fù)荷所產(chǎn)生的高次諧波；以減少生產(chǎn)運(yùn)行中的電能輸送損耗。3）正確選擇和配置主變壓器、配電變壓器容量、臺(tái)數(shù)、運(yùn)行方式，合理調(diào)配負(fù)荷，實(shí)現(xiàn)低耗經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，節(jié)約電能。4）工藝風(fēng)機(jī)運(yùn)行參數(shù)選擇在風(fēng)機(jī)特性高效區(qū)間，在風(fēng)管道上盡量不設(shè)與控制無關(guān)的風(fēng)門，在布置上充分做到流向合理，以降低管道阻力，節(jié)約風(fēng)機(jī)電耗。對(duì)機(jī)泵設(shè)備運(yùn)行負(fù)荷變化較大者，應(yīng)采用變頻調(diào)速技術(shù)，以減少電能浪費(fèi)。5）全廠擬采用發(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、露天操作平臺(tái)及巡檢通道、經(jīng)常無人活動(dòng)的場所、室外配電裝置等的照明采用光電自動(dòng)控制。綜合辦公場所、輔助生產(chǎn)建筑物等采用分開關(guān)控制，做到控制靈活、方便，人走燈滅。車站公共區(qū)照明采用智能照明控制系統(tǒng)。7）分系統(tǒng)或車間安裝智能電能計(jì)量表計(jì)，55kW及以上電動(dòng)機(jī)設(shè)置計(jì)量表計(jì)，以實(shí)行電耗的定額考核。8）通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的風(fēng)機(jī)、空調(diào)機(jī)組根據(jù)環(huán)境的變化通過BAS系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)或停止運(yùn)行，減少能耗。9）通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)備按照遠(yuǎn)期客流量計(jì)算出的通風(fēng)空調(diào)負(fù)荷選擇，同時(shí)考慮初、近期運(yùn)行時(shí)負(fù)荷的變化，對(duì)車站隧道排熱風(fēng)機(jī)、組合式空調(diào)機(jī)組、大系統(tǒng)回排風(fēng)機(jī)采用變頻技術(shù)，根據(jù)運(yùn)行情況調(diào)節(jié)風(fēng)量。在系統(tǒng)形式選擇、風(fēng)機(jī)變頻控制、改變風(fēng)機(jī)選型原則提高設(shè)備效率、采用節(jié)能運(yùn)行模式等方面采取節(jié)能措施，節(jié)省能耗。10）能源計(jì)量措施嚴(yán)格按國家標(biāo)準(zhǔn)《用能單位能源計(jì)量器具配備和管理通則》（GB17167-2006）對(duì)本工程進(jìn)行能源計(jì)量器具的配備。建立和完善能源計(jì)量管理、計(jì)量人員、能源計(jì)量器具檔案、能源計(jì)量器具檢定校準(zhǔn)及能源計(jì)量數(shù)據(jù)分析等各項(xiàng)管理制度，確保能源數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠。4結(jié)束語低壓電氣智能化的普及對(duì)軌道交通行業(yè)的意義主要在于提高軌道交通行業(yè)的