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电力设备安全预警系统在地铁中的应用

2009-09-01 来源: 浏览次数:
本文摘要: 未雨绸缪、居安思危,防患于未然。《总体应急预案》规定防患于未然是总体预案的一个重要基本要求,预测与预警被确定为一项重要内容。而《...


    未雨绸缪、居安思危,防患于未然。《总体应急预案》规定“防患于未然”是总体预案的一个重要基本要求,“预测与预警”被确定为一项重要内容。而《地铁应急预案》规定的预警与预防机制主要是从地铁运行方面进行监测。在地铁所发生的事故中,地铁火灾所占的比例约为30%。而火灾大部分是由于电气设备故障、线路老化、用电不慎、隧道内安装的电缆和电气设备潮湿、鼠害等原因所造成。此外,还有工作人员违章操作、工作人员吸烟、用火不慎、以及列车运行时产生的电弧引起的。而所有的这些都是需要我们时刻去监测、监督,将可能发生的灾害消灭在萌芽状态。 由于地铁的建筑结构复杂、环境密闭,加上人员密集,一旦发生火灾,扑救相当困难,往往会造成重大的人员伤亡和财产损失,更严重的是带来不利的政治影响,成为公众舆论的焦点。

一、地铁设备监控现状
    地铁事故的分析和处理是一项复杂的、经验性很强的技术工作,地铁发生事故的原因很多,要求快速、有效、准确地识别故障原因,并采取有效措施及时恢复地铁正常运行。为了保证地铁安全运行,在地铁内设置环境控制设备和各类必需的车站辅助设备,包括:通风、空调、给排水、消防、自动扶梯、直升电梯、动力、照明、旅客引导等大量的用电设备。这些方面一旦出现了问题,直接影响到人身安全和地铁运营。     
目前,地铁普遍安装了综合监控系统,通过设备监控系统(BAS)对用电设备实施监控,但对关键设备状态监测没有得到充分发挥,还存在一些薄弱环节:
◆电力设备状态监测不够全面,特别是重要电气设备结点的温度安全监测;
◆缺少预警机制,如隧道风机等重要馈线的剩余电流火灾及超温的过程监测;
◆二次保护动作为主,没有动态的过程监控,如变压器参数的在线监测;
◆无法有效全面掌握电力设备的日常运行维修情况。
应安装完善的过负荷、漏电、欠压、过压等保护电路和报警装置,同时需要更全面的监控信号,如对于馈线的剩余电流火灾监测、重要开关的触点温度报警、变电站房湿度、水位的监测,当这些信号发生异常变化时,就需对其进行动态预测,及早提醒相关人员进行现场处理,避免出现电气设备故障引起的漏电、火灾、停电等事故。
    因此,如何有效的开展关键设备巡检,对主要受控设备(送风机、新风机、回/排风机各种风阀、消防水泵以及变压器、1500V直流整流设备)的状态进行掌握,将监测遗漏指标的接入到现有的监控系统,建立整套完善的状态评估体系,显得十分必要。

二、系统概述
    剩余电流和温度在国标GB14287-2005中被认为是电气火灾技术防范的重点。事实上,接地电弧性短路、设备或连接点温度过高是电气火灾发生的主要原因。针对以上情况,上海南瑞电气有限公司开发了电力设备安全监测系统,该系统主要针对各电压等级的输配电回路和用电的瓶颈部位所存在的安全隐患,通过对漏电、过负荷、接触不良、绝缘受损、设备老化等危险状况及水位探测等状况实施监控和远程管理,在各种故障形成阶段发出声、光报警信号或迅速切断电源;防止火灾,外置消防联动接口,能接受消防报警控制系统指令,远程切断非消防用电设备,从而起到保护电力设备、预防电气安全事故发生以及保护人身和财产安全的重要作用。
该系统满足了最新国家标准,采用了当今自动化领域的诸多先进技术,产品采用国际先进电子技术和高速微处理器,诸如光纤传导技术、DSP数字信号处理技术、Internet网络互连技术、嵌入式操作系统等(国家科技部2009年重点支持的技术范围),在电力设备安全监控的可靠性方面具有国际先进水平。

三、产品适用范围
◆ 35KV变电站的开关点温度及1500V直流开关触点和整流壁的温度。
◆ 车站400V一级负荷的开关触点温度和剩余电流火灾的在线安全监测。
◆ 各类变压器、电缆主干线的在线监测及报警。
◆ 变电站的水位探测报警。

 

四、系统组成
 
1.硬件组成:
◆温(湿)度监测报警装置;
◆剩余电流监控探测器;
◆水位监测报警装置;
◆微机保护装置;
◆监控设备。
(1)温(湿)度监测报警装置(光纤式和无线式):通过连续监测设备接点的运行温度,可确定触点接头处的过热程度,当发生超温时,仪器发出报警指示。温度传感器被安装到设备内的带电部位上(如断路器及刀闸的上下接口处),监测仪主机的数字面板表显示出每个带电触头的温度值,并可将温度值通过RS-485接口传到上位计算机作进一步处理,实现设备温度的集中监测。
测温装置(光纤式)构造如下:

 


(2)剩余电流监控探测器:能够实现实时监测受控回路三相电流、剩余电流等运行参数,集过电流、剩余电流、预警、报警、控制及通讯等多种功能于一体,且具有智能化分析能力的新型电气安全设备。当供电设备发生电气事故时,探测控制器能发出报警声及时提醒工作人员检查故障,排除可能发生的电气隐患,防止事故发生。可用于地铁进线回路、三级负荷进线开关回路、TVF风机回路、U/O风机回路、冷水机组回路等重要回路出线的剩余电流检测。

 

 


(3)水位监测报警装置:监控进水及水位的上升,超过警戒水位立即报警。
(4)微机保护装置:监控各受控回路的过负荷、过压、欠压、不平衡等状况。
(5)监控设备:通过特定总线方式连接每台探测器,对系统内所有受控回路的运行状态进行实时监控。
2.软件部分:电力设备安全管理后台监控系统

(1)地铁原有的综合监控系统功能
综合监控系统是通过集成地铁多个主要弱电系统,形成统一的监控层硬件平台和软件平台,实现对各被集成系统(FAS、BAS、SCADA)的集中监控和管理功能,最终实现各相关系统的信息共享和协调联动功能,通过综合监控系统的统一用户界面,运营管理人员能够更加方便、更加有效地监控管理整条线路的运转情况。

(2)电力设备安全管理监控系统功能及特点
地铁综合监控系统是一个高度集成的综合自动化监控系统,本方案中电力设备安全管理监控系统是对地铁综合监控系统的有效补充,该监控软件是上海南瑞电气有限公司自主开发的监控软件UEWS V2.1,它具有以下功能及特点:
①能够实现各类采集器的设置集中管理,系统采用动态分析和分层控制,易于规划和升级;
②在通信规划方面,终端监控设备采用光纤技术,提高传输中的抗电磁干扰能力;
③全组件模块化设计,便于今后系统升级;
④具有远程接口功能,扩展容易,满足未来可能的合理需求;
⑤能够分析负载异常波动、温度过高、水位过高、烟雾过大、漏电过大,当发生突发事件时,能够立即报警;
⑥一旦产生突发事件,中心监控即会接到报警信号且在电子地图上进行精确锁定;
⑦外围设备能抵御恶劣电磁环境,抵御高温、潮湿等恶劣气候环境;电气安全指标要符合国家有关标准;
⑧集成图形拓扑信息平台,提供平面矢量化拓扑结构数据接口 ,完善的报表查询、打印管理,具有灵活的任务编制和任务预定功能。

(3)电力设备安全管理监控系统对地铁综合监控系统的补充功能

①与火灾自动报警系统(FAS) 的关系:在设备状态的基础上建立火灾预警。通过火灾探测器捕捉燃烧物在阴燃阶段释放的烟雾、温升等,探测早期火灾信息,经智能模块对比、分析、确认后向车站消防主机报警,消防主机确认后启动火灾工况程序,自动或手动启动各种消防设施。
②与环境与设备监控系统(BAS)的关系: 完善了变电、用电设备的状态预警,和自动
巡检管理通过现场控制器FC,直接用通讯线互相连接起来,形成集散式监控设备监控系统。通过设置的各种检测点监视、测量和控制车站内机电设备的智能化系统,温度、湿度、空气质量、压力、流量等各类传感器,将各个设备的实时状态传给布置在现场的直接数字控制器(DDC)中的各种功能模块。随时将监测数据反馈给车站控制室的主机,并接受主机的指令,执行事先设定的工况模式,对设备进行控制。
③与电力监控系统(SCADA)的关系:增加了针对设备的故障预警。监控供电、变电设备的瞬间量,直接反映当前电力设备的工作状态,同时将各变电所相互有关连的各部分组成为有机的整体,用以完成安全监测、远程监视调度控制到单个点和公共点的操作处理。

(4)电力设备安全管理系统软件界面

    包括帮助、用户管理及退出系统三部分,可以给操作者提供更多的信息,帮助操作者更
好的操作该系统。

 
 
用全线跟踪方式查看异常发生区域:

 


    并查询相关的采集点设置信息,跟踪到具体的站内发生异常告警:

 


    温度、剩余电流、水位采集曲线分析

 


    说明:主界面的主窗口是电子拓扑结构,左边是系统站点结构图,下端是显示数据面板,
最下端是状态栏。

【下图为上海南瑞与ABB在深圳地铁2号线应用案例资料】

 
 
五、 测温式的电气火灾预警终端及系统建成的意义

1.完善地铁监控系统的全面性。
2.可以实现设备状态管理自动化,做到集中管理,智能控制。
3.对各个采集设备能够自动巡检,减少人为故障。
4.及时掌握系统运行状况,代替传统的人工巡检,提高工作效率。
5.事件(如馈线剩余电流火灾报警、变压器的在线监测、电力设备进水、设备超温),
系统可自动报警。
6.通过分析,及时发现可能出现的事故并提前加以解决。
7.主管部门能够在监控中心随时全面了解监控系统的运行情况。

六、 结束语

    地下铁道交通,是未来城市发展的主动脉。只有充分地了解所有可能影响安全的因素,做到有的放矢,才能够真正地保障地铁的安全运行。
                           

(作者:上海南瑞电气公司总经理)

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