陳康
男，工學(xué)學(xué)士，工程師，現(xiàn)就職于南京地鐵運(yùn)營(yíng)分公司。

摘要：本文對(duì)地鐵電力系統(tǒng)安全外圍保障所包含的系統(tǒng)進(jìn)行了闡述，著重介紹了電力監(jiān)控、視頻監(jiān)控、環(huán)境監(jiān)控、防災(zāi)系統(tǒng)，其中包括各系統(tǒng)組成及優(yōu)化選擇，以及具體實(shí)施中的注意事項(xiàng)。

關(guān)鍵詞：地鐵電力系統(tǒng)；SCADA；CCTV；FAS；BAS

Abstract: This paper introduces the safeguard system of Metro power supply, and  
emphasizes SCADA, CCTV, FAS and BAS, as well as the composition of these different sub-systems and their optimized choice. The paper also discusses the points to be considered 
in concrete implementation.

Key words: Metro Power Supply System; SCADA; CCTV; FAS; BAS

1 引言

    電力系統(tǒng)是地鐵運(yùn)行的動(dòng)力之源，供應(yīng)全線用電，一旦出現(xiàn)故障，會(huì)出現(xiàn)停運(yùn)、信息中斷等嚴(yán)重后果，因此必須采取全范圍的安全保障，確保電力系統(tǒng)正常運(yùn)行。

2 電力系統(tǒng)安全保障外圍系統(tǒng)

    電力系統(tǒng)由城市電網(wǎng)引入110kV獨(dú)立電源，經(jīng)110kV/35kV交流高壓主變電站，組成35kV電壓的地鐵內(nèi)部供電網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)由電力電纜線路及沿線各降壓、牽引、跟隨變電所等組成。

    電力系統(tǒng)除了系統(tǒng)內(nèi)部采取各種安全措施外,還有其外圍的安全保障，包括電力監(jiān)控、視頻監(jiān)控、環(huán)境監(jiān)控、防災(zāi)等。

2.1 電力監(jiān)控（SCADA）

    SCADA(Supervisory Control and Data Acquisition)，完成對(duì)地鐵全線各變電所、接觸網(wǎng)設(shè)備運(yùn)行的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)控制及測(cè)量、處理各種事故及報(bào)警事件、實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行的維修、調(diào)度、管理自動(dòng)化。SCADA集中了PLC（Programmable Logic Controller可編程控制器）現(xiàn)場(chǎng)測(cè)控功能和DCS（Distributed Control System分布式控制系統(tǒng)）組網(wǎng)通訊能力的兩大優(yōu)點(diǎn)，采用分散式測(cè)控、集中式管理的方式。整個(gè)系統(tǒng)由監(jiān)控中心、遠(yuǎn)程測(cè)控終端RTU (Remote Terminal Unit)和通信網(wǎng)絡(luò)三部分組成。監(jiān)控中心利用顯示終端或大屏幕顯示各變電所的運(yùn)行狀態(tài)，完成遙控、遙測(cè)、在線維護(hù)、安全保護(hù)等功能，是保證系統(tǒng)具備穩(wěn)定性、安全性的先決條件。

    SCADA系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)主要用于監(jiān)控中心與RTU及RTU間通信。有多種實(shí)現(xiàn)方式，可根據(jù)實(shí)際需求和應(yīng)用對(duì)象的不同進(jìn)行選擇。

    （1）電力線載波通信

    利用現(xiàn)有的供電線路，無(wú)需另外敷設(shè)，節(jié)約了成本，但信號(hào)傳輸中，干擾較大，且載波信號(hào)只能在同一個(gè)配電變壓器區(qū)域內(nèi)傳送，傳輸范圍受到限制；

    （2）串行口現(xiàn)場(chǎng)總線方式

    利用傳輸系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，具有通信效率高、可靠性好等優(yōu)點(diǎn)，但存在系統(tǒng)間接口問題，整體工程造價(jià)高。

    （3）廣播無(wú)線電臺(tái)方式

    傳輸距離較遠(yuǎn)，省去了管線敷設(shè)，運(yùn)營(yíng)費(fèi)用較低，系統(tǒng)功能及站點(diǎn)擴(kuò)展很方便，尤其適用于大容量分散式SCADA系統(tǒng)，其性能價(jià)格比高，但必須得到相應(yīng)的頻段。

    （4）WEB（網(wǎng)絡(luò)）方式

    即以局域網(wǎng)或廣域網(wǎng)技術(shù)、面向?qū)ο蠹夹g(shù)、總線控制技術(shù)等為內(nèi)核，使采集和監(jiān)控的數(shù)據(jù)得以有權(quán)限地開放，能被更多的管理系統(tǒng)所訪問。

    目前，SCADA測(cè)控終端設(shè)備及其控制系統(tǒng)間通信，逐漸采用數(shù)字傳輸系統(tǒng)，增強(qiáng)了檢錯(cuò)、糾錯(cuò)功能，并且不同生產(chǎn)廠家設(shè)備間可以進(jìn)行信息傳送和溝通，對(duì)性能類似的設(shè)備可進(jìn)行互換，從而提高設(shè)備的維護(hù)性。

    SCADA是電力調(diào)度監(jiān)視設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、快速診斷故障狀態(tài)等方面重要的工具，它對(duì)提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性、安全性方面起著不可替代的作用。

2.2 變電站視頻監(jiān)控

    CCTV（Closed Circuit Television）通過遙控?cái)z像機(jī)可全方位觀察電力場(chǎng)所的一切情況；當(dāng)出現(xiàn)各種事故后，還可以根據(jù)錄像信息提供證據(jù)與線索。CCTV系統(tǒng)在不便于人員長(zhǎng)期駐留的環(huán)境、全天候工作等方面的應(yīng)用獨(dú)具優(yōu)勢(shì)。CCTV攝像機(jī)具體分布在主變電所、低壓變電所各關(guān)鍵設(shè)備房及變電所場(chǎng)院內(nèi)。

    目前，CCTV多采用數(shù)字信號(hào)控制的模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)，模塊化分布式體系結(jié)構(gòu)；控制中心、車站兩級(jí)監(jiān)控。雖然數(shù)字控制的模擬視頻監(jiān)控技術(shù)發(fā)展已經(jīng)非常成熟、性能穩(wěn)定，但有其局限性：

    首先，有線模擬視頻信號(hào)的傳輸距離大于1千米時(shí)，信號(hào)容易產(chǎn)生衰耗、畸變，使圖像質(zhì)量下降；其次，有線模擬視頻監(jiān)控以點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的方式監(jiān)視現(xiàn)場(chǎng)，使布線工程量極大； 其三， CCTV系統(tǒng)若增加新的監(jiān)視點(diǎn)，改造困難。

    數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)以計(jì)算機(jī)技術(shù)及圖像視頻壓縮為核心，綜合了視頻矩陣、圖像分割器、錄像機(jī)等眾多功能，網(wǎng)絡(luò)攝象機(jī)集成了先進(jìn)的攝象及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，內(nèi)置的系統(tǒng)軟件能實(shí)現(xiàn)真正的即插即用，I/O端口和通訊口便于擴(kuò)充外部設(shè)備，如門禁系統(tǒng)、全方位云臺(tái)。

    其優(yōu)越性主要表現(xiàn)在：    

    （1）數(shù)字化視頻可以在地鐵內(nèi)部網(wǎng)上傳輸圖像數(shù)據(jù)，不受距離限制，徹底擺脫了地域的概念；不再存在采用視頻矩陣、分配器模式對(duì)圖像輸入輸出數(shù)量的局限。

    （2）對(duì)于網(wǎng)絡(luò)布線只需一次投資，監(jiān)控點(diǎn)隨意增加，系統(tǒng)的控制由后臺(tái)的軟件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，省去了傳統(tǒng)模擬監(jiān)控系統(tǒng)中的大量設(shè)備，如矩陣、畫面分割器等。由于圖象的傳輸通過現(xiàn)有的綜合布線網(wǎng)絡(luò)，工程成本大幅降低。

    電力調(diào)度值班人員可通過CCTV系統(tǒng)對(duì)變電站操作人員實(shí)施現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)火災(zāi)、盜竊，通過錄像信息幫助技術(shù)人員查看事故發(fā)生時(shí)變電站的狀況，盡快找到事故發(fā)生的原因。

2.3 電力機(jī)房環(huán)境控制

    BAS（Building Automation System也稱EMCS Electrical and Mechanical Control System）系統(tǒng)對(duì)機(jī)電設(shè)備進(jìn)行全面的運(yùn)行管理與控制，其主要功能是對(duì)各車站（包括變電所）、區(qū)間通風(fēng)、空調(diào)、照明等建立設(shè)備管理數(shù)據(jù)庫(kù)，自動(dòng)記錄和統(tǒng)計(jì)各設(shè)備運(yùn)行狀況，累計(jì)運(yùn)行時(shí)間，自動(dòng)安排檢修計(jì)劃，同時(shí)在災(zāi)情發(fā)生時(shí)，能夠及時(shí)進(jìn)入防災(zāi)運(yùn)行模式，通過控制風(fēng)機(jī)、風(fēng)閥自動(dòng)調(diào)度送風(fēng)和排風(fēng)，啟動(dòng)應(yīng)急照明，引導(dǎo)人員疏散。

    在地鐵電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，對(duì)通風(fēng)、照明等都有明確規(guī)定，如變電所的采暖通風(fēng)及空調(diào)設(shè)計(jì)應(yīng)符合現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，主控制室及通信室的夏季室溫不宜超過35℃；繼電器室、電力電容器室、蓄電池室及屋內(nèi)配電裝置室的夏季室溫不宜超過40℃。電力控制室內(nèi)距地1.2m盤面,照度標(biāo)準(zhǔn)值為200lx左右，調(diào)度室、配電室等為150 lx左右,光源的色表K>3300，顯色指數(shù)Ra<40。鉛酸蓄電池室內(nèi)的照明，應(yīng)采用防爆型照明燈器等。

    在各種災(zāi)害發(fā)生時(shí)，如火災(zāi)、爆炸和地震等，正常電源往往發(fā)生故障或必須斷開電源，這時(shí)正常照明全部熄滅。為了保障人員及財(cái)產(chǎn)的安全，有效地制止災(zāi)害或事故的蔓延，隨即投入應(yīng)急照明。應(yīng)急照明電源的選擇，應(yīng)根據(jù)應(yīng)急照明的種類、轉(zhuǎn)換時(shí)間、持續(xù)工作時(shí)間、各種電源的特點(diǎn)及實(shí)際工程的客觀要求等綜合考慮，做到安全可靠、技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理。

    在我國(guó)降低地鐵造價(jià)和運(yùn)行費(fèi)用的問題已受到普遍的關(guān)注，地鐵機(jī)電設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)于提高地鐵的運(yùn)營(yíng)經(jīng)濟(jì)性的作用，越來越受到業(yè)內(nèi)的普遍重視。在地鐵環(huán)境控制系統(tǒng)的解決方案中，采用了一系列先進(jìn)的軟件技術(shù)，如在線優(yōu)化控制軟件通過對(duì)空間動(dòng)態(tài)流動(dòng)和傳熱的分析（包括車流、客流、設(shè)備、通風(fēng)、地?zé)岬蓉?fù)荷因素），采用變頻技術(shù)調(diào)整通風(fēng)和空調(diào)設(shè)備運(yùn)行，保持不同區(qū)域空調(diào)參數(shù)的合理梯度分配，從而在滿足環(huán)境指標(biāo)的前提下，盡可能地降低機(jī)組的能耗，使設(shè)備能夠安全運(yùn)轉(zhuǎn)、節(jié)省能源，創(chuàng)造一個(gè)良好的設(shè)備工作環(huán)境。

    因此，BAS系統(tǒng)在環(huán)控設(shè)備的在線故障診斷和最優(yōu)檢修周期預(yù)估基礎(chǔ)上，獲得基于可靠性的最優(yōu)控制，對(duì)電力設(shè)備創(chuàng)造良好的運(yùn)行環(huán)境、降低能源消耗，作用顯著。

2.4 電力系統(tǒng)的防災(zāi)

    FAS(Fire Automation System)系統(tǒng)對(duì)地鐵全線火情災(zāi)害進(jìn)行可靠的監(jiān)視及報(bào)警。發(fā)生災(zāi)情時(shí)，由FAS發(fā)出控制命令，控制消防聯(lián)動(dòng)各種設(shè)備，系統(tǒng)采用控制中心、車站、現(xiàn)場(chǎng)三級(jí)控制。防災(zāi)指揮中心主要監(jiān)視全線防災(zāi)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，顯示報(bào)警部位，發(fā)出防災(zāi)設(shè)備運(yùn)行指令，指揮搶險(xiǎn)救援。車站防災(zāi)控制主要監(jiān)視并上傳車站及所轄區(qū)間防災(zāi)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，接收防災(zāi)中心指令，聯(lián)動(dòng)控制車站、變電所及區(qū)間范圍內(nèi)的防災(zāi)設(shè)備。

    傳統(tǒng)的水、泡沫、干粉和煙霧滅火材料都不適用于變電所等電器設(shè)備用房。必需采用氣體滅火系統(tǒng)。氣體消防按滅火系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可分為管網(wǎng)滅火系統(tǒng)和無(wú)管網(wǎng)滅火裝置，按增壓方式不同可分為貯壓式滅火系統(tǒng)和貯氣容器式滅火系統(tǒng)等。

    采用何種氣體滅火劑，較有分歧，目前，國(guó)內(nèi)主要應(yīng)用的氣體滅火系統(tǒng)有鹵代烷、二氧化碳、七氟丙烷、煙烙盡、三氟甲烷等。下面逐一進(jìn)行分析：

    （1）鹵代烷（1211、1301）滅火不是依賴物理性的冷卻、窒息、隔離的作用；而是靠化學(xué)抑制作用，為全淹沒滅式。它通過惰化火焰中的活性自由基, 中斷燃燒鏈，滅火速度快。缺點(diǎn)是破壞大氣臭氧層，并逐步被停用。

    （2）七氟丙烷（FM200），滅火機(jī)理與鹵代烷相似，常溫下氣態(tài)，不良反應(yīng)濃度（NOAEL值）為9%，臭氧耗損潛能值（ODP）為零，在ISO認(rèn)可的潔凈氣體滅火劑中，其潔凈性最好，電絕緣性能好、滅火效率高。但價(jià)格偏高。

    （3）三氟甲烷氣體無(wú)色、無(wú)嗅、毒性低、絕緣性好，對(duì)臭氧層沒有破壞。為化學(xué)抑制滅火方式，由于它的沸點(diǎn)比較低(-82.1℃)，工作氣體密度值很小，適用于寒冷地區(qū)或吊頂較高的保護(hù)區(qū)域。

    （4）二氧化碳（CO2）用作滅火劑已有百年的歷史，常溫常壓下無(wú)色、無(wú)味、不導(dǎo)電、無(wú)腐蝕性，滅火機(jī)理主要是稀釋氧氣，起窒息作用，亦有一定的冷卻效果，具有良好的滅火性能和低廉的價(jià)格，應(yīng)用廣泛。但由于其最低滅火濃度大于人體的致死濃度，對(duì)人員具有相當(dāng)?shù)奈ｋU(xiǎn)性，噴射時(shí)會(huì)產(chǎn)生少量CO2　酸霧，對(duì)某些設(shè)備會(huì)產(chǎn)生不利的影響。 

    （5）煙烙盡（IG-541）是由氮?dú)狻鍤夂投趸家?2：40：8的體積比例混合而成。三種氣體均為大氣基本成分。無(wú)色、無(wú)味、不導(dǎo)電、無(wú)腐蝕，無(wú)環(huán)保限制，在滅火過程中無(wú)任何分解物。其滅火機(jī)理為純物理過程，窒息滅火。噴放時(shí)環(huán)境溫度變化小，不影響能見度。其缺點(diǎn)是噴放時(shí)噪聲大，工作氣壓偏高，管件材料以及安裝、維護(hù)水平要求也較高。

    FAS系統(tǒng)對(duì)電力設(shè)備或環(huán)境出現(xiàn)災(zāi)害時(shí)，能迅速啟動(dòng)，對(duì)有效的減少損失，防止災(zāi)害蔓延，不可或缺。

3 結(jié)束語(yǔ)

    綜上所述，電力系統(tǒng)外圍安全保障系統(tǒng)SCADA、CCTV、FAS、BAS，對(duì)電力系統(tǒng)起著不可替代的重要作用；作為電力系統(tǒng)建設(shè)或維護(hù)部門，必須對(duì)以上各系統(tǒng)有充分的認(rèn)識(shí)，做好優(yōu)選、優(yōu)化、維護(hù)等工作，使得電力系統(tǒng)能可靠安全的運(yùn)行。

    其他作者：周鵬，男，工學(xué)學(xué)士，現(xiàn)任南京地鐵運(yùn)營(yíng)分公司信號(hào)工程師。



參考文獻(xiàn)

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