地铁车站低压配电监控综合集成系统应用研究

地铁车站低压配电监控综合集成系统应用研究 地铁车站低压配电监控综合集成系统应用研究

魏海洋

(铁道第三勘察设计院集团有限公司，天津 300142)

摘 要：目前车站低压配电系统内部的弱电监控系统越来越多，导致各系统设备重复设置，资源浪费比较严重；与外部其他系统的接口繁杂，调试维护复杂；值班人员需要关注多个终端，使用十分不便。通过对各低压配电监控子系统的分析，本着资源共享、节约投资的理念，提出各监控系统综合集成的设置方案，采用此集成系统可以减少设备投资、简化车站低压配电各监控子系统与外界接口，提高安装调试时的便利性及运营后期维护的可操作性，为车站运行安全提供保证。

关键词：地铁车站；低压配电；监控系统；综合集成

随着新技术及规范的发布与实施，低压配电系统内部配套的弱电监控系统越来越多[1-5]。例如：低压配电监控系统、能量管理系统、电气火灾监测系统、消防电源监控系统、智能照明监控系统、智能疏散诱导指示系统等等。但由于目前各系统都是单独组建，导致设备重复设置、各数据网络纵横交错、设置于控制室中的系统后台设备拥挤不堪、运营人员面对众多系统工作压力大，同时各系统与外部的接口繁杂，调试维护复杂，使用也十分不便。亟需研究出一种低压配电监控综合集成系统，实现配电系统配套的各监控系统的资源共享，简化接口。

通过对国内国铁车站和城市轨道交通车站实际运营的情况研究，本着资源共享的理念，提出了多个监控系统综合集成的概念及具体的系统设置方法。经过比较分析，采用此集成系统可充分共享末端测控、数据传输、后台管理各层设备，大大提高安装调试时的便利性和运营后期维护的可操作性，为车站运行安全提供了保证，成为车站低压各监控系统设置的一种新思路。

1 低压配电监控系统方案的设置

笔者结合沈阳地铁工程4号线一期工程，对低压监控方案的设置进行分析研究。该工程线路全长34.112 km，共设23个站，根据本线电力专业的设计原则，将在车站变电所内设置能源管理系统、低压配电监控系统、电气火灾监控系统，在车站区间设置集中型智能消防疏散系统，公共区设置智能照明控制系统，环控电控柜设置电气火灾监控系统，低压消防配电系统设置消防设备电源监控系统。为了方案研究的代表性，本次只对其中的能源管理系统、低压配电监控系统、电气火灾监控系统这3个系统进行综合集成的应用研究。

1.1 单独分散组网方案

对于一般的车站而言，低压配电监控系统包括若干个电力数据采集器[6]，该电力数据采集器包括：电流互感器、电压互感器、谐波采集器和开关状态采集器，用于采集电力监控数据。能源管理系统由多个分布在车站内的能耗数据采集器组成[7-8]，用于采集能耗数据。电气火灾监测系统包括若干个分布在低压柜或配电箱内的探测器[9]，探测器包括剩余电流式电气火灾探测器、高低压蓝牙温度探测器和线型光纤感温火灾探测器，用于探测电气火灾的状况，图1为电气火灾监测系统组网方案。低压配电监控系统和能源管理系统的监控组网方案与之类似。

图1 电气火灾监测系统组网方案

这样的监控系统单独分散组网方案特点是：(1)各系统单独组网，数据传输网络和后台主机都独立设置，总投资高；(2)后台主机设置于控制室内，每个系统都是独立的主机，占地面积大；(3)各系统为多个厂商的设备，控制室日常需关注多套系统终端，很不方便；(4)各系统独立运行，总体的可靠性较高；(5)由于测控终端重复设置，造成成套配电设备内部元器件拥挤，散热不良，相互干扰，配线复杂，易造成故障。

1.2 综合集成组网方案1.2.1 末端测控层共享分析

能源管理系统、低压配电监控系统、电气火灾监控系统这3个系统所需采集的数据及末端测控设备配置如表1所示。

表1 测控层数据采集及测控设备配置

监控系统模拟量采集开关量采集测控设备能源管理系统电压、电流、有功电度、无功电度、功率因数电流、电压互感器,仪表低压配电监控系统电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数、有功电度、无功电度、谐波断路器状态、保护动作信号电流、电压互感器,仪表电气火灾监控系统线缆温度、节点温度、泄漏电流探测器

根据表1进行分析，可以得出能源管理系统、低压配电监控系统的测控层采集的数据和测控设备为重复设置，是可以进行合并共享的；而电气火灾监控系统由于采集数据及测控设备与其他两个系统都不一致，需单独设置。

1.2.2 数据传输层共享分析

地铁车站的降压变电所一般有150个进出线回路，根据对进线、馈线不同的监控要求，低压配电监控系统共计采集约1 225点，能源管理系统共计采集约600点(可以与低压配电监控系统点数共享)，电气火灾监控系统共计采集约450点，共计需采集约1 675点。

一个车站变电所组建一个低压配电集成监控系统，系统中的几个子系统通过一个局域以太网连接起来。在实际运营过程中，局域网的带宽主要考虑极限情况下，一个变电所故障，变电所范围内所有监控点每0.5 s与系统交换1次数据的能力。地铁车站变电所的总点数约为1 675点，在极限情况下，1 675点均在0.5 s内同时发生变化，每个点均是在一个独立的以太网帧中传输，故此时每秒的数据量为1 675×2=3350包。由于工程的数据基本为设备状态和模拟量，占用字节数不大，故暂按经验值每帧100个字节计算，则变电所故障时的网络通道开销为8×100×3 350=2 680 000包=2.68 Mb。此时局域网实际数据占用的带宽约为2.68 Mbps，考虑局域网负荷率最大按30%，因此局域网最大所需带宽约为8.93 Mbps。考虑后期业务拓展，建议局域网的带宽为100 Mbps。

1.2.3 后台管理层共享分析

根据以上对末端测控层和数据传输层的分析，能源管理系统、低压配电监控系统、电气火灾监控系统这3个系统总共的信息采集点数的量级为不足2 000个，局域网为百兆带宽以太网，以数据处理量和网络状态来看，后台管理层的工作站和服务器按不小于CPU主频2.4 GHz，内存2 GB，硬盘500 G配置即可满足多系统集成的数据存贮、检索分析等功能要求和任务。以目前网络和数据处理软硬件的运算水平来说，集成系统是一个数据体量及任务不大的系统，一般的监控软件能够胜任。

1.2.4 综合集成组网构成分析

经过以上对能源管理系统、低压配电监控系统、电气火灾监控系统这3个系统末端测控层、数据传输层、后台管理层的共享条件分析，可以将部分测控层设备，整个数据传输网和管理层进行综合集成[10-13]。即通过末端测控层中由负责低压电力监控和能源管理子系统的电流互感器、电压互感器、仪表等装置，采集电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数、有功电度、无功电度、谐波、断路器状态、保护动作信号等数据；由负责电气火灾监测子系统的剩余电流式电气火灾探测器、高低压蓝牙温度探测器、线型光纤感温火灾探测器装置，采集回路泄露电流、节点温度、线缆温度等数据。采集到各系统所需的数据后，通过分交换机和集成的数据传输网络将数据统一传输到集成的后台管理层的工作总站和服务器中，对于可共享的数据进行综合利用，再通过综合集成软件对数据进行统计分析及显示，提供用户界面、系统组态、报警提示、故障记录等功能，并对与火灾报警系统(FAS)、电力监控系统(PSCADA)的外部接口进行统一的数据交换及管理。图2为监控综合集成组网方案。

图2 综合监控集成组网方案

这样的综合集成组网方案特点是：(1)末端测控设备、数据传输网络和后台主机资源最大程度实现共享，总费用低，经济性好；(2)只有一台后台工作站设置于控制室内，占地面积小；(3)一套设备日常只需安排一套技术人员进行维护，省时省力；(4)多个简单构架的系统集成为一套工业级设备组成的综合系统，总体的可靠性高；(5)测控终端共享设置，减少内部元器件配置，相互干扰少，可靠性高。

2 综合分析

综上所述，对于车站低压配电的多个监控系统，单独分散与综合集成的组网方案性能比较见表2。

表2 监控组网方案性能比较

监控组网方案投资占地面积运行维护可靠性单独分散高大复杂较高综合集成低小简单高

从以上分析可以得出如下结论：综合集成方案比单独分散组网方案优势明显。综合集成监控方案的确具有建设投资较低、占地面积小、运行维护简单、可靠性高等优点，而且在数据共享和对外接口方面表现优异，所以采用综合集成的低压配电监控方案效果可期。

当然，由于国铁与地铁在维护及管理模式的不同，以上的综合集成组网方案会在后台管理层存在一定的差异，譬如国铁车站由于监控内容归不同工段管理，可通过增加复视工作站的方式予以解决，不影响整体的集成组网方案。

3 结语

目前我国经济已进入了优化发展的新常态，同时交通项目建设也迈入了快速发展新时期，资源共享、节能降耗是全社会的要求。提出的车站低压配电监控综合集成系统的概念及具体的系统设置方法，优化了单独分散的监控组网方案，节约了工程投资，提高了安装调试时的便利性和运营后期维护的可操作性，为车站运行安全提供了保证，是车站低压配电各监控系统设置的较好的方案。对于设置综合监控系统的项目，低压配电监控集成系统也可以进一步被综合监控集成，由综合监控系统统一配置管理层设备及软件，这将进一步降低投资。

参考文献：

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[2] 中华人民共和国住房和城乡建设部.GB50052—2009供配电系统设计规范[S].北京：中国计划出版社，2009.

[3] 中华人民共和国住房和城乡建设部.GB50157—2013地铁设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2013.

[4] 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.GB28184—2011消防设备电源监控系统[S].北京：中国标准出版社，2011.

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[13]罗利平.城市轨道交通综合监控系统集成方案[J].城市轨道交通研究，2008(11):7-9.

Application of Comprehensive and Integrated Low-voltage Power Distribution Monitoring System in Subway Station

WEI Hai-yang

(The Third Railway Survey and Design Institute Group Corporation， Tianjin 300142， China)

Abstract：At present， with more and more weak-current monitoring systems used in the station low-voltage power distribution system， the repeated employment of system equipment results in waste of resources， and makes the interface with other external systems and the debugging and maintenance more difficult and complex. The people on duty have to take care of too many multiple terminals to manage. Based on the analysis of low-voltage power distribution monitoring subsystem， this paper puts forward the comprehensive and integrated monitoring system scheme in line with the concept of resource sharing and less investment. The application of this integrated system can reduce equipment investment， simplify the external interfaces of station low-voltage power distribution monitoring subsystem with outside， and improve debugging efficiency in the installation and commissioning periods and the operability in the post-operational period. The system guar-antees the safe operation of the station．

Key words：Subway station; Low-voltage power distribution; Monitoring system; Comprehensive integration

收稿日期：2016-06-28；

修回日期：2016-08-08

基金项目：铁道第三勘察设计院集团有限公司科研课题(721648)

作者简介：魏海洋(1979—)，男，高级工程师，2005年毕业于天津大学

电力系统专业，工学硕士，E-mail:[email protected]。

文章编号：1004-2954(2017)02-0140-03

中图分类号：U223.5

文献标识码：A

DOI：10.13238/j.issn.1004-2954.2017.02.030