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陳康
男，工學學士，工程師，現就職于南京地鐵運營分公司。

摘要：本文對地鐵電力系統安全外圍保障所包含的系統進行了闡述，著重介紹了電力監控、視頻監控、環境監控、防災系統，其中包括各系統組成及優化選擇，以及具體實施中的注意事項。

關鍵詞：地鐵電力系統；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

    電力系統是地鐵運行的動力之源，供應全線用電，一旦出現故障，會出現停運、信息中斷等嚴重后果，因此必須采取全范圍的安全保障，確保電力系統正常運行。

2 電力系統安全保障外圍系統

    電力系統由城市電網引入110kV獨立電源，經110kV/35kV交流高壓主變電站，組成35kV電壓的地鐵內部供電網絡，該網絡由電力電纜線路及沿線各降壓、牽引、跟隨變電所等組成。

    電力系統除了系統內部采取各種安全措施外,還有其外圍的安全保障，包括電力監控、視頻監控、環境監控、防災等。

2.1 電力監控（SCADA）

    SCADA(Supervisory Control and Data Acquisition)，完成對地鐵全線各變電所、接觸網設備運行的遠程實時控制及測量、處理各種事故及報警事件、實現系統運行的維修、調度、管理自動化。SCADA集中了PLC（Programmable Logic Controller可編程控制器）現場測控功能和DCS（Distributed Control System分布式控制系統）組網通訊能力的兩大優點，采用分散式測控、集中式管理的方式。整個系統由監控中心、遠程測控終端RTU (Remote Terminal Unit)和通信網絡三部分組成。監控中心利用顯示終端或大屏幕顯示各變電所的運行狀態，完成遙控、遙測、在線維護、安全保護等功能，是保證系統具備穩定性、安全性的先決條件。

    SCADA系統的通信網絡主要用于監控中心與RTU及RTU間通信。有多種實現方式，可根據實際需求和應用對象的不同進行選擇。

    （1）電力線載波通信

    利用現有的供電線路，無需另外敷設，節約了成本，但信號傳輸中，干擾較大，且載波信號只能在同一個配電變壓器區域內傳送，傳輸范圍受到限制；

    （2）串行口現場總線方式

    利用傳輸系統網絡，具有通信效率高、可靠性好等優點，但存在系統間接口問題，整體工程造價高。

    （3）廣播無線電臺方式

    傳輸距離較遠，省去了管線敷設，運營費用較低，系統功能及站點擴展很方便，尤其適用于大容量分散式SCADA系統，其性能價格比高，但必須得到相應的頻段。

    （4）WEB（網絡）方式

    即以局域網或廣域網技術、面向對象技術、總線控制技術等為內核，使采集和監控的數據得以有權限地開放，能被更多的管理系統所訪問。

    目前，SCADA測控終端設備及其控制系統間通信，逐漸采用數字傳輸系統，增強了檢錯、糾錯功能，并且不同生產廠家設備間可以進行信息傳送和溝通，對性能類似的設備可進行互換，從而提高設備的維護性。

    SCADA是電力調度監視設備運行狀態、快速診斷故障狀態等方面重要的工具，它對提高電力系統運行的可靠性、安全性方面起著不可替代的作用。

2.2 變電站視頻監控

    CCTV（Closed Circuit Television）通過遙控攝像機可全方位觀察電力場所的一切情況；當出現各種事故后，還可以根據錄像信息提供證據與線索。CCTV系統在不便于人員長期駐留的環境、全天候工作等方面的應用獨具優勢。CCTV攝像機具體分布在主變電所、低壓變電所各關鍵設備房及變電所場院內。

    目前，CCTV多采用數字信號控制的模擬視頻監控系統，模塊化分布式體系結構；控制中心、車站兩級監控。雖然數字控制的模擬視頻監控技術發展已經非常成熟、性能穩定，但有其局限性：

    首先，有線模擬視頻信號的傳輸距離大于1千米時，信號容易產生衰耗、畸變，使圖像質量下降；其次，有線模擬視頻監控以點對點的方式監視現場，使布線工程量極大； 其三， CCTV系統若增加新的監視點，改造困難。

    數字視頻監控系統以計算機技術及圖像視頻壓縮為核心，綜合了視頻矩陣、圖像分割器、錄像機等眾多功能，網絡攝象機集成了先進的攝象及網絡技術，內置的系統軟件能實現真正的即插即用，I/O端口和通訊口便于擴充外部設備，如門禁系統、全方位云臺。

    其優越性主要表現在：    

    （1）數字化視頻可以在地鐵內部網上傳輸圖像數據，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、分配器模式對圖像輸入輸出數量的局限。

    （2）對于網絡布線只需一次投資，監控點隨意增加，系統的控制由后臺的軟件系統實現，省去了傳統模擬監控系統中的大量設備，如矩陣、畫面分割器等。由于圖象的傳輸通過現有的綜合布線網絡，工程成本大幅降低。

    電力調度值班人員可通過CCTV系統對變電站操作人員實施現場指導，及時發現火災、盜竊，通過錄像信息幫助技術人員查看事故發生時變電站的狀況，盡快找到事故發生的原因。

2.3 電力機房環境控制

    BAS（Building Automation System也稱EMCS Electrical and Mechanical Control System）系統對機電設備進行全面的運行管理與控制，其主要功能是對各車站（包括變電所）、區間通風、空調、照明等建立設備管理數據庫，自動記錄和統計各設備運行狀況，累計運行時間，自動安排檢修計劃，同時在災情發生時，能夠及時進入防災運行模式，通過控制風機、風閥自動調度送風和排風，啟動應急照明，引導人員疏散。

    在地鐵電力系統設計中，對通風、照明等都有明確規定，如變電所的采暖通風及空調設計應符合現行國家標準，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、蓄電池室及屋內配電裝置室的夏季室溫不宜超過40℃。電力控制室內距地1.2m盤面,照度標準值為200lx左右，調度室、配電室等為150 lx左右,光源的色表K>3300，顯色指數Ra<40。鉛酸蓄電池室內的照明，應采用防爆型照明燈器等。

    在各種災害發生時，如火災、爆炸和地震等，正常電源往往發生故障或必須斷開電源，這時正常照明全部熄滅。為了保障人員及財產的安全，有效地制止災害或事故的蔓延，隨即投入應急照明。應急照明電源的選擇，應根據應急照明的種類、轉換時間、持續工作時間、各種電源的特點及實際工程的客觀要求等綜合考慮，做到安全可靠、技術先進、經濟合理。

    在我國降低地鐵造價和運行費用的問題已受到普遍的關注，地鐵機電設備監控系統對于提高地鐵的運營經濟性的作用，越來越受到業內的普遍重視。在地鐵環境控制系統的解決方案中，采用了一系列先進的軟件技術，如在線優化控制軟件通過對空間動態流動和傳熱的分析（包括車流、客流、設備、通風、地熱等負荷因素），采用變頻技術調整通風和空調設備運行，保持不同區域空調參數的合理梯度分配，從而在滿足環境指標的前提下，盡可能地降低機組的能耗，使設備能夠安全運轉、節省能源，創造一個良好的設備工作環境。

    因此，BAS系統在環控設備的在線故障診斷和最優檢修周期預估基礎上，獲得基于可靠性的最優控制，對電力設備創造良好的運行環境、降低能源消耗，作用顯著。

2.4 電力系統的防災

    FAS(Fire Automation System)系統對地鐵全線火情災害進行可靠的監視及報警。發生災情時，由FAS發出控制命令，控制消防聯動各種設備，系統采用控制中心、車站、現場三級控制。防災指揮中心主要監視全線防災設備的運行狀態，顯示報警部位，發出防災設備運行指令，指揮搶險救援。車站防災控制主要監視并上傳車站及所轄區間防災設備的運行狀態，接收防災中心指令，聯動控制車站、變電所及區間范圍內的防災設備。

    傳統的水、泡沫、干粉和煙霧滅火材料都不適用于變電所等電器設備用房。必需采用氣體滅火系統。氣體消防按滅火系統的結構特點可分為管網滅火系統和無管網滅火裝置，按增壓方式不同可分為貯壓式滅火系統和貯氣容器式滅火系統等。

    采用何種氣體滅火劑，較有分歧，目前，國內主要應用的氣體滅火系統有鹵代烷、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。缺點是破壞大氣臭氧層，并逐步被停用。

    （2）七氟丙烷（FM200），滅火機理與鹵代烷相似，常溫下氣態，不良反應濃度（NOAEL值）為9%，臭氧耗損潛能值（ODP）為零，在ISO認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。但價格偏高。

    （3）三氟甲烷氣體無色、無嗅、毒性低、絕緣性好，對臭氧層沒有破壞。為化學抑制滅火方式，由于它的沸點比較低(-82.1℃)，工作氣體密度值很小，適用于寒冷地區或吊頂較高的保護區域。

    （4）二氧化碳（CO2）用作滅火劑已有百年的歷史，常溫常壓下無色、無味、不導電、無腐蝕性，滅火機理主要是稀釋氧氣，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格，應用廣泛。但由于其最低滅火濃度大于人體的致死濃度，對人員具有相當的危險性，噴射時會產生少量CO2　酸霧，對某些設備會產生不利的影響。 

    （5）煙烙盡（IG-541）是由氮氣、氬氣和二氧化碳以52：40：8的體積比例混合而成。三種氣體均為大氣基本成分。無色、無味、不導電、無腐蝕，無環保限制，在滅火過程中無任何分解物。其滅火機理為純物理過程，窒息滅火。噴放時環境溫度變化小，不影響能見度。其缺點是噴放時噪聲大，工作氣壓偏高，管件材料以及安裝、維護水平要求也較高。

    FAS系統對電力設備或環境出現災害時，能迅速啟動，對有效的減少損失，防止災害蔓延，不可或缺。

3 結束語

    綜上所述，電力系統外圍安全保障系統SCADA、CCTV、FAS、BAS，對電力系統起著不可替代的重要作用；作為電力系統建設或維護部門，必須對以上各系統有充分的認識，做好優選、優化、維護等工作，使得電力系統能可靠安全的運行。

    其他作者：周鵬，男，工學學士，現任南京地鐵運營分公司信號工程師。



參考文獻

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[2] 柳永志，劉曉川. 電力系統遠動[M]. 北京: 中國電力出版社，2003.