3WL智能斷路器在地鐵低壓配電中的應(yīng)用

1引言
隨著自動(dòng)化技術(shù)不斷發(fā)展,智能斷路器和現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)已在高、低壓配電系統(tǒng)中發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。開(kāi)關(guān)量、電量參數(shù)都可通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)傳送到中央控制室的計(jì)算機(jī)上。智能斷路器強(qiáng)大的功能使得參數(shù)初始化、組態(tài)、診斷、測(cè)試、維護(hù)等工作可在控制室完成,提高了整個(gè)系統(tǒng)的自動(dòng)化程度,縮短了故障出現(xiàn)后的響應(yīng)時(shí)間,增強(qiáng)了系統(tǒng)的可控性,降低了系統(tǒng)的維護(hù)成本[1]。由于歷史條件限制,廣州地鐵一號(hào)線(xiàn)低壓配電系統(tǒng)采用傳統(tǒng)的備自投裝置,主要由多個(gè)中間繼電器和時(shí)間繼電器組成,在多年運(yùn)行中出現(xiàn)過(guò)供電可靠性不夠高等問(wèn)題。傳統(tǒng)的低壓系統(tǒng)功能單一,以點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的方式與上位監(jiān)控系統(tǒng)連接,其大量的控制電纜造成現(xiàn)場(chǎng)接線(xiàn)和調(diào)試工作量大,日后難以維護(hù);設(shè)備控制采用繼電器接觸器控制,分離的電氣元件多,接線(xiàn)復(fù)雜,可靠性差。因此,地鐵三號(hào)線(xiàn)裝備了國(guó)內(nèi)最先進(jìn)的“智能低壓配電系統(tǒng)”,控制線(xiàn)路變得非常簡(jiǎn)單,簡(jiǎn)化了現(xiàn)場(chǎng)接線(xiàn)和維護(hù)檢修工作,保證了高質(zhì)量的地鐵供電要求。

地鐵低壓配電系統(tǒng)是直接向軌道交通中的其它系統(tǒng)提供電能的重要子系統(tǒng),同時(shí)還負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)控制通風(fēng)空調(diào)、給排水和照明等設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。由于低壓智能化處于控制系統(tǒng)的最底層,通信網(wǎng)絡(luò)選用現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)結(jié)構(gòu),智能元件均具有通信口。智能斷路器用于低壓供配電系統(tǒng)中,作進(jìn)線(xiàn)斷路器、母聯(lián)分段斷路器和部分大電流出線(xiàn)回路的斷路器開(kāi)關(guān)。這些回路中往往要求測(cè)量三相電壓電流、頻率、功率因數(shù)、有功功率、無(wú)功功率、有功電度、無(wú)功電度等電力參數(shù),在智能供配電系統(tǒng)中又要求“遙測(cè)”這些電量,甚至要求“遙信”、“遙控”、“遙調(diào)”斷路器開(kāi)關(guān),監(jiān)視其運(yùn)行和故障狀態(tài)。

智能低壓系統(tǒng)功能強(qiáng),可實(shí)現(xiàn)對(duì)供配電回路或設(shè)備的計(jì)量、軟起動(dòng)、變頻、控制、保護(hù)、監(jiān)視、故障診斷、故障報(bào)警和預(yù)報(bào)警等功能。智能低壓系統(tǒng)接線(xiàn)簡(jiǎn)單,通過(guò)通信口與上位監(jiān)控系統(tǒng)EMCS(機(jī)電設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng))、SCADA(電力監(jiān)控系統(tǒng))接線(xiàn)。本文主要介紹了智能元件西門(mén)子3WL智能斷路器在地鐵低壓配電中的應(yīng)用。

2西門(mén)子3WL智能斷路器

西門(mén)子3WL智能斷路器內(nèi)部有通信總線(xiàn)CubicleBUS,具有參數(shù)初始化、組態(tài)、診斷、測(cè)試、維護(hù)功能、遠(yuǎn)程控制等特性,在通訊方面有其獨(dú)到的應(yīng)用價(jià)值。3WL智能斷路器附帶測(cè)量功能單元、BSS模塊、協(xié)議模塊(Modbus、Profibus兩者可選)和液晶顯示屏[4][5]。在斷路器內(nèi)部,有一特殊系統(tǒng)總線(xiàn)Cu-bicleBUS作為該結(jié)構(gòu)的中樞。它在SENTRONWL中連接所有智能部件,并允許外部附加部件與斷路器連接。所有CubicleBUS上的模板都可直接訪(fǎng)問(wèn)現(xiàn)有斷路器數(shù)據(jù)源,以保證快速地訪(fǎng)問(wèn)信息和響應(yīng)事件。通過(guò)CubicleBUS與各附加模塊(包括數(shù)字量輸入輸出模板、模擬量輸出模板)形成各種最有成本效益的自動(dòng)化方案。

2.1斷路器狀態(tài)傳感器BSS

所有微型開(kāi)關(guān)都可采集安裝或連接到BSS模板上的斷路器狀態(tài)。BSS為CubicleBUS提供下列數(shù)據(jù):開(kāi)關(guān)合/分信號(hào)、脫扣信號(hào)、儲(chǔ)能機(jī)構(gòu)儲(chǔ)能信號(hào)、合閘準(zhǔn)備就緒信號(hào)、欠電壓脫扣信號(hào)。BSS還含有一個(gè)溫度傳感器,根據(jù)安裝場(chǎng)地的不同,測(cè)量并傳遞斷路器中的溫度。

2.2測(cè)量功能元件

3WL智能斷路器集成的測(cè)量功能單元可以配裝在所有可以連接CubicleBUS的脫扣器上,實(shí)現(xiàn)一個(gè)類(lèi)似多用途測(cè)量?jī)x表的功能,并提供良好的對(duì)外輸出?？赏瓿蓽y(cè)量的參數(shù)如下:電流、電壓、功率、能量、功率因數(shù)、頻率等。這些參數(shù)逐個(gè)測(cè)量,分別包括實(shí)際值,最小值/最大值,測(cè)量功能單元也可以完成附加的保護(hù)功能。增強(qiáng)型測(cè)量功能單元具有兩個(gè)附加的波形緩存,并支持諧波分析,可以實(shí)現(xiàn)通過(guò)故障事件發(fā)生的詳細(xì)診斷。

2.3通訊協(xié)議模塊 信息請(qǐng)登陸:輸配電設(shè)備網(wǎng)

使用COM15Profibus模塊,斷路器可直接連接到PofibusDP或Modbus。它支持創(chuàng)新性的DPV1功能,保證最簡(jiǎn)單的調(diào)試和診斷以及最佳的可視界面。通過(guò)使用COM15接口,采用必要的附件設(shè)備,SENTRONWL可實(shí)現(xiàn)遙控合閘/分閘,以及遙控修改斷路器參數(shù)。斷路器的位置可通過(guò)微型開(kāi)關(guān)在COM15上進(jìn)行采集和傳輸。集成在COM15中的溫度傳感器可采集斷路器以外的溫度并傳輸,集成的時(shí)鐘為所有事件及參數(shù)值添加時(shí)間標(biāo)記并實(shí)現(xiàn)同步。

3智能低壓配電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　在地鐵智能低壓配電系統(tǒng)中,大量使用了3WL智能斷路器。智能低壓配電系統(tǒng)由智能斷路器、小型PLC呈智能I/O、現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)等組成,并通過(guò)智能通信接口模塊與SCADA連接。智能低壓配電系統(tǒng)示意圖如圖1所示。整個(gè)低壓部分有眾多開(kāi)關(guān)柜,除完成正常的輸配電功能,還要具備通訊功能與上位機(jī)組網(wǎng),形成低壓配電監(jiān)控裝置遠(yuǎn)程組態(tài)、診斷、測(cè)試、維護(hù)等功能,進(jìn)行低壓電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),及時(shí)發(fā)現(xiàn)和定位電網(wǎng)故障。

智能低壓配電要求通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)實(shí)現(xiàn)低壓配電智能化,采集分變電所中各配電段的電參量信息、斷路器狀態(tài)信息,實(shí)現(xiàn)對(duì)各分變電所的遙控、遙測(cè)、遙調(diào)、遙訊,以便管理人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題,處理突發(fā)事件。通過(guò)使用3WL智能斷路器,使得地鐵智能低壓配電系統(tǒng)在低壓電網(wǎng)初始化參數(shù)、組態(tài)、診斷、測(cè)試、維護(hù)及能量管理方面打開(kāi)了全新局面。

3.1MODBUS通訊協(xié)議

3WL智能斷路器可以完成與Modbus、Profibus的組網(wǎng),地鐵智能低壓配電系統(tǒng)應(yīng)用的是Modbus[7]。Modbus是MODICON公司為其生產(chǎn)的PLC設(shè)計(jì)的一種通信協(xié)議,從功能上可認(rèn)為是一種現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)。此協(xié)議定義了一個(gè)控制器能認(rèn)識(shí)使用的消息結(jié)構(gòu),而不管它們是經(jīng)過(guò)何種網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信的。它描述了一控制器請(qǐng)求訪(fǎng)問(wèn)其它設(shè)備的過(guò)程,如回應(yīng)來(lái)自其它設(shè)備的請(qǐng)求,以及怎樣偵測(cè)錯(cuò)誤并記錄。它制定了消息域格局和內(nèi)容的公共格式。