智慧城軌建設中的低壓配電系統設計

孫宇坤

蘇交科集團股份有限公司 江蘇 南京 210000

引言

對于城市基礎建設而言，城市軌道交通系統是重要的組成部分。城市軌道交通系統就是指在城市道路上建設固定導軌，以電能作為主要動力，采取輪軌運輸的方式，實現快速、大運量的公共交通運輸的系統。比如，地鐵、輕軌列車等都屬于該系統內的交通設施。出于提高環保性能及提高交通運輸效率方面的考量，城市軌道交通系統在城市發展中發揮的作用越來越重要、為進一步提高城市軌道交通系統的供電水平，避免因供電問題而引發軌道交通事故，需要將配電系統的性能不斷增強。

1 低壓配電系統的主要特點

城軌低壓配電系統是城軌正常運行的核心，只有擁有穩定的低壓配電系統，才能對城軌進行日常維護，以及確保城市軌道穩定運行。智慧城軌低壓配電系統中的電源可以有效保障城軌的穩定運行。由于城市軌道交通系統是由多個子系統的共同組成，各個子系統設備齊全，配合緊密，地鐵本身具有公共福利強等特點，對供電和采用低壓配電系統的可靠性和安全技術要求也日益提高，城市軌道擁有大量風力負荷，比如，車站熱風機、空調、冷卻器等通風空調系統，以及車站進出口處廢水泵和浸沒式空調泵。這些大型裝載機不僅需要本地控制，還需要在車站內部進行綜合監測位置的控制系統與火災報警系統。有些設備甚至需要一個中央控制室進行監視。此外，照明系統根據其功能作用范圍來進行分類，通常情況下，包含正常照明，應急照明和緊急燈光。一般正常的照明主要包括作業照明、區段性燈光照明、節約能源燈光照明、廣告燈光照明、標識燈光照明和其他附加的房間燈光照明，應急燈光通常由備用燈光照明和疏散燈光照明組成。一般的情況下，照明控制不僅需要本地控制，還需要照明配電室遠程控制（站臺、站廳出口標志、公共區域照明）。一般情況下，應急照明由開關需要就地控制。站廳和站臺公共區域的操作燈和節電燈要在高峰時段開啟，不是高峰時段應關閉，以此有效節約電能[1]。

2 城軌低壓配電系統現階段的特點及局限性

主動式運行與維護管理的常規方案在執行強度、可靠性方面依然具有很大的可提升空間。其主要原因是城軌交通系統并非近年來的新產物，在很多城市中已經運行了多年。任何系統、設備在經過多年使用后，出現各類故障的概率都會提升。因此，常規的在發生故障后進行針對性搶修、維護的方案已經嚴重滯后，相對“被動”的運維理念不再適用。在“變被動為主動”的思維理念指導下，可以在低壓配電系統中設置數字化、智能化的監控裝置，對主要設備的運行工況進行實時監測，圍繞相關參數，可生成折線趨勢圖。以此為基礎，當設備表現出性能下滑，就是參數異常的情況之后，技術人員可以提前判斷出設備即將老化，進而對潛藏的故障進行排除、維護，更換磨損嚴重的零部件，以此為整個系統的安全、穩定運行提供充足的保障。

現階段，城市軌道交通的配電系統是由多個具有不同功能的子系統組成。因此，對于智能城軌的建設而言，軌道交通系統中，應進一步提升與低壓配電系統相關的多個子系統之間的協調運轉性。而在城軌交通低壓配電子系統設置安裝的初期，多個功能性子系統并不是同時完成設置的，而是隨著城市軌道交通系統的不斷升級，為了解決與日俱增的新要求而逐漸增加。對于管理的需求，當前不同時間段新增的功能性子系統雖然能夠暫時滿足，但是，隨著需求的逐漸增加，現有的子系統管理運行機制極有可能會出現更多的漏洞，根本無法實現精細化的管理。因此，提高城軌低壓配電系統的管理水平，加強整體性，才能將低壓配電系統的運行效率進一步提升，對減耗、節約投資、提高資源利用率均會產生積極意義。

城軌低壓配電系統資產管理方面存在很大的增值空間。由于我國一部分城市經濟發展起步較早，因此，當前經濟水平處于全國領先地位。但是，一些早期建設的城市，其基礎設施在功能性方面不夠完備，盡管通過各種方式，使城市基礎設施呈現出了現代化的特點，但是，能源的應用效率較低、資產的價值無法得到良好的維護。比如，廣州市的軌道交通系統中，為了提高車站的美觀性，以熒光燈替代傳統的LED燈的方式，表面看來是與時俱進，但是，實際上將部分設備以變頻方式運行的調整，在節能減耗方面依然無法達到相關要求。因此，只有在城軌低壓配電系統中加入數字化監測及分析裝置，要加強探索如何將能源使用效率進一步提高的相關內容，以此完成城軌交通車站新結構模型的設計，才能有效地節能減排，進而將資產的應用價值進一步提高。

3 智慧城軌建設中的低壓配電系統設計的基本原則

3.1 可視化管理

智慧城軌建設中的低壓配電系統主要是通過系統自動對城軌的低壓配電系統進行智能化管理，因此，整個地鐵交通的安全在很大程度上取決于系統的安全性。但是，在實際的工作中，城軌低壓配電系統若出現故障，不能迅速檢測定位出存在的問題位置，在車站控制室控制端顯示出位置信息，由值班人員立即安排搶修，則很容易影響城軌智能配電系統的正常運行，進而為乘客的出行安全埋下隱患，所以，設計人員應遵循可視化管理的基本原則，進行城軌低壓配電系統設計，使系統的運行狀況可以在計算機設備中清晰地顯示出來，以此最大程度保障系統正常運行，進一步提升城軌智能低壓配電系統設計的安全性，為人們的出行保駕護航[2]。

3.2 智能化設計

隨著電氣設備的技術進步和發展，越來越多的行業實現了配電系統的自動化和智能化，智慧城軌建設中的低壓配電系統也應該緊跟時代發展的腳步，加入智能化發展的行列中。智能城軌低壓配電系統的設計應該具有智能性，因此，系統可以提前設計好程序，城軌低壓配電系統根據設計好的程序運行和工作，而且系統可以根據城軌運行中的實際情況，對其參數進行調整和優化，降低傳統人為配電造成的異常運行情況，提高城軌低壓配電系統的智能化和高效化，為運營安全提供充足的保障。

3.3 可靠性設計

智慧城軌建設中的低壓配電系統設計的重要原則就是可靠性，因為城軌與人們的生命安全息息相關，近年來新聞報道的城市軌道安全事故頻出，所以，設計人員在設計過程中應該將可靠性放在首要位置。設計的可靠性主要體現在以下兩個方面：一方面，智慧城軌建設中的低壓配電系統在正常工作狀態下能夠進行實時的監測，在異常的狀態下或者存在安全隱患的時候，系統能夠對安全問題進行準確識別，并及時切斷故障，有效控制影響范圍。另一方面，系統應該操作設置簡單，當出現安全問題，操作人員可以采用最簡單的操作將問題有效解決。

4 智慧城軌建設中的低壓配電系統設計

4.1 主站的優化設計

協調城軌配電系統的無功平衡就是主站的主要作用，主站的運算分析和狀態預測是基于無功補償裝置的開關狀態以及各子站發送的遙測數據來完成的，如此就能得到城軌各節點的無功補償范圍。通過智能無功補償系統可以把控各子站的運行狀態，以及確保系統中的無功補償最優。此系統在閉環控制的過程中，會將控制參數發送至各子站系統。此外，在開環控制中，會借助通過系統內部運算，將子站的控制參數提供給系統，用作控制調度，一次讓城軌的智能無功補償系統保持最優狀態。此外，主站還可以作為城軌中的最大無功補償控制的子站，將本站的運行數據發送至上一級，為其控制本站提供充足的依據。

4.2 通風系統的配電分析

分析與設計城軌配電系統進行配電的過程中，需要重點考慮到對其車站自身的空調系統進行配置工作。在實際開展智慧城軌通風系統的配置工作時，需要考慮到其系統所產生的溫度并根據其所處天氣和氣候進行動態化調整，以此來進一步提高乘客自身搭乘的舒適感與體驗。比如，在夏天天氣較為炎熱的氣候條件下，需要通過車站所帶有的冷風機組進行降溫工作，與之相對應的是，在冬天天氣較為寒冷的天氣條件下，則需要有暖風機組對車站進行升溫工作。如此一來，便能夠保證車站本身長期處于穩定的環境溫度下。城市軌道冷風機組和暖風機組的自身電力負荷均需要根據其實際使用情況進行配置工作，可分為三級根據不同情況進行電力輸送工作。由于冷風機組與暖風機組不會同時開啟使用，因此，其電源供電的方式可采用單電源，輸電方式可采用單回路，以此來達到全面降低通風吸引的用電量、減少控制器與配電箱等硬件設備的使用數量，從而進一步起到解決城市軌道通風系統成本的最終目的[3]。

4.3 照明系統的配電設計

地鐵、輕軌列車等都屬于城軌交通系統。比如，地鐵車站自身公共系統的配電設計通常是以車站自身的中心點出發，延伸到四周進行供電服務。如此一來，便可以很方便日后車站系統設備管理工作以及運行維護工作。但是，在一般情況下，大部分的地鐵車站在建設的時候會避開車站自身的變電所，而這便會造成在進行地鐵車站電力系統供應的時候通常會布置大量的線路進行電路供應，從而造成不必要的電力資源與設備資源浪費。然而，由于地鐵站臺自身的公共區域通常是屬于同一個防火分區內的，且其自身工作照明、應急照明等電源都采取交叉供電的方式。因此沒有必要對其進行電源拆分工作。所以，在設計地鐵車站站名系統的配電時，可以從地鐵沿線的某一處配電室直接供電，且如果能夠在多個地鐵車站都采取該類設計進行系統配電設計，則可以很大程度上減少地鐵自身的資金投入。在進行地鐵車站的照明系統配電設計及實施的過程中。首先，需要有專業的設計檢測人員對地鐵車站進行詳細的測量與評估工作，以此保障計算數據的準確性，并在此基礎之上安裝與之對應的照明系統與設備，由此實現高效益的地鐵車站用電調配工作，然后，再輔助用以變壓器對地鐵車站所用電流進行靈活配置工作。在進行地鐵車站照明用電量的計算工作時，需要注意車站自身的站內面積以及光源通亮，從而合理設置地鐵車站電源的最高值與最低值，再以此為依據選擇地鐵所用的燈光設備數量與變壓器容量等。

4.4 智能斷路器

對于智能斷路器來說，其能夠發揮控制和保護低壓配電網絡的作用，通常把智能斷路器安裝在低壓配電柜中，以此作為主開關起保護作用。在智能低壓配電系統中，智能斷路器非常關鍵，許多智能斷路器都是應用模塊式結構，并同時能夠實現電路保護和監控一體化功能。智慧城軌低壓配電系統對自動化和智能化有著更高的標準，所以智能斷路器以它自身的優勢彌補了傳統斷路器的弊端，滿足了地鐵智能低壓配電系統的需要。在安裝應用智能斷路器期間，需要根據低壓配電系統回路的額定電流進行選型，以保障各個回路的正常運行；其次在安裝完試運行后，應進行二次檢測，根據實際運行對參數設定進行調節，保障智能斷路器適應地鐵低壓配電回路運行的需要，能夠穩定可靠的運行。如果低壓配電系統出現故障，工作人員可根據監測信號進行操作，以此把城軌配電系統的故障解決，使配電系統能夠穩定運行[4-5]。

5 結束語

綜上所述，在建設智慧城市期間，智慧城軌作為先導工程，對其提出的頂層設計規劃，提高了軌道交通各專業的標準。在工程設計中應該緊跟時代發展的腳步，注重技術創新，改變傳統的設計理念和工作方式，將智能低壓配電系統應用到智慧城軌建設中，促進城軌朝著智能化和自動化的方向發展，帶給人們更舒適和方便的出行體驗。