淮亞利
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801
摘要：目前，城市的管廊弱電系統(tǒng)并沒有形成規(guī)范化、標準化的系統(tǒng)方案，大多都是借鑒地鐵、隧道等的綜合監(jiān)控或者是樓宇間的自動化系統(tǒng)方案，所以現(xiàn)階段的管廊弱電系統(tǒng)方案并不完善，還需要不斷探索與進步。城市管廊弱電系統(tǒng)的門檻比較低，從而導(dǎo)致施工單位間的技術(shù)水平差異較大，而且各單位之間溝通較差，缺乏相互協(xié)作，在方案設(shè)計上也是意見不同，設(shè)計不過關(guān)。鑒于此，主要對管廊環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)進行了分析，總結(jié)了相關(guān)的技術(shù)要點，以供參考。
關(guān)鍵詞： 綜合管廊； 弱電系統(tǒng)； 設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)；
引言
近幾年，我國很多城市逐步規(guī)劃并建設(shè)了地下綜合管廊。地下綜合管廊的建設(shè)，符合國家對綜合走廊的要求，也滿足了一些城市在新道路上的功能要求，且市政管線的集約化布置有利于管道的維護和保養(yǎng)。同時，地下綜合管廊擴大了城市的綜合承載力，提高了城市的服務(wù)水平。要想保證綜合管廊內(nèi)部各個網(wǎng)線的運行安全，就必須與監(jiān)控系統(tǒng)、報警系統(tǒng)等配套使用，以此提高網(wǎng)線的安全運行效率。為保證管廊內(nèi)部運行的信息能夠得到反饋，就要采取智能化的固定監(jiān)測和人工巡檢相結(jié)合的方式。本文結(jié)合地鐵廊道弱電系統(tǒng)的實際情況，對城市綜合走廊監(jiān)控報警系統(tǒng)的設(shè)計進行了分析。
1廊內(nèi)設(shè)備與環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)
1.1廊內(nèi)設(shè)備
在綜合管廊的內(nèi)部的每個防火分區(qū)里都需建一套PLC控制單元，主要負責監(jiān)控每個區(qū)域內(nèi)的設(shè)備監(jiān)控，比如有風機、照明、排水泵、綜合氣體檢測儀、供配電系統(tǒng)信息化數(shù)據(jù)設(shè)備等。其中，出／入口控制器和供配電系統(tǒng)信息化等設(shè)備是自帶控制單元的，它們可以利用RS485總線接入到PLC，經(jīng)過處理后由TCP/IP通信模塊接入到工業(yè)級的交換機內(nèi)；對于管廊內(nèi)的風機、照明、水泵、井蓋等設(shè)備來說，可以利用點對點的傳輸方式接入到PLC，進而將得到的數(shù)據(jù)上傳到監(jiān)控中心。PLC可以接受遠程控制，在接收到監(jiān)控中心所發(fā)送的指令之后可以對上述的設(shè)備進行監(jiān)控。除了遠程控制外，還有本地控制模式，可將各個設(shè)備的運行狀態(tài)上傳到PLC內(nèi)預(yù)設(shè)的程序中并進行控制，從而接收控制信號再控制本地。以往的工程分區(qū)需要控制的點比較少，所以一般都是采用多個分工共用一個PLC主機和數(shù)套分布式I/O系統(tǒng)的方式。這種方式導(dǎo)致在實際的施工過程中PLC主機與數(shù)套分布式I/O模塊的分布間距過長，不利于擴展；而且有一部分PLC主機和分布式I/O模塊間連接的纜線需要特殊定制，這就增加了成本。所以，針對以上兩種情況，建議綜合管廊內(nèi)部的每個分區(qū)都建設(shè)一個ＰＬＣ自控單元，既可以提高設(shè)備的穩(wěn)定性，又可以提升它的延展性。
1.2監(jiān)控系統(tǒng)功能
根據(jù)國家《城市綜合管廊工程技術(shù)規(guī)范》提出的要求，必須具備地下綜合管廊的監(jiān)控系統(tǒng)。監(jiān)控系統(tǒng)要結(jié)合多種技術(shù)進行有效的監(jiān)測和管理，如計算機、通信、控制等技術(shù)，并且要保證管廊內(nèi)部各專線如電力電纜、燃氣管道等，以及管廊內(nèi)的溫濕度設(shè)備、風機、水泵、井蓋等的運行安全。此外，要對人員定位、遠程廣播等方面進行監(jiān)控和管理，要求地下管廊內(nèi)設(shè)備的運行狀態(tài)與管廊的環(huán)境狀態(tài)要保持一致，保證管廊環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)自動化、智能化的控制。圖１顯示了城市地下綜合管廊監(jiān)控系統(tǒng)功能。
圖１ 城市地下綜合管廊監(jiān)控系統(tǒng)功能
2綜合管廊設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)分析
2.1管廊環(huán)境監(jiān)控
管廊環(huán)境主要包括環(huán)境的濕度、溫度、有害氣體、水泵、風機等內(nèi)容，環(huán)境監(jiān)控就是要對以上內(nèi)容進行監(jiān)測。管廊內(nèi)部是一個比較封閉的空間，且逃生出口有限，所以必須要保證管廊中有害氣體、溫度、濕度等的安全，才能允許檢查維護人員進入到管廊內(nèi)部，這也是對人員安全的負責。監(jiān)測系統(tǒng)的自動化、智能化可以保證管廊環(huán)境的安全，如當廊內(nèi)氧氣過低、溫度濕度等過高時，監(jiān)測系統(tǒng)會自動發(fā)出警報并開啟通風設(shè)備，強行換氣；如若積水坑的水位過高，它同樣會發(fā)出警報并停止排水泵的運行。
2.2火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)
火災(zāi)監(jiān)測適合采用以光纖測溫機和感溫光纖等作為主要的火災(zāi)監(jiān)測裝置。測溫光纖負責確定火災(zāi)發(fā)生的具體位置，然后再將這些信息傳輸給光纖測溫主機；測溫光纖主機的任務(wù)就是將火災(zāi)發(fā)生的位置、溫度以及火災(zāi)的報警信號傳輸給火災(zāi)報警裝置，火災(zāi)報警系統(tǒng)再發(fā)動消防聯(lián)動信號。部分管廊內(nèi)部會設(shè)置一些其他主要的火災(zāi)監(jiān)測裝置，如感煙探測器、感溫光柵等。感煙探測器的使用效果其實并不理想，主要是因為管廊內(nèi)部的給排水管、通信電纜的材料屬于不易燃燒或是不燃的，電力電纜等也是阻燃或者是耐火的，所以當管廊內(nèi)部出現(xiàn)火或大量煙氣時，感溫裝置早就發(fā)出動作了，而感煙器反應(yīng)較慢，所以安裝感煙探測器裝置的意義不是很大。感溫光柵的作用也是有局限性的，它主要是點式感溫，且監(jiān)測時間是非連續(xù)性的，所以綜合管廊內(nèi)部不適合將感煙探測器和感溫光柵作為主要的火災(zāi)探測器，感溫光纖測溫是很好的選擇。
2.3傳輸主干網(wǎng)
為了能夠建立一個安全可靠且快速的通信通道，本工程將管廊內(nèi)部的PLC控制器、門禁監(jiān)控系統(tǒng)、巡更管理系統(tǒng)等與監(jiān)控中心建設(shè)一個傳輸主干網(wǎng)，并結(jié)合綜合管廊的特點及走向，設(shè)置兩個千兆光纖環(huán)網(wǎng)的傳輸主干網(wǎng)，設(shè)置兩臺S9700核心層交換機，在現(xiàn)場設(shè)置120臺S2700接入層交換機，以此創(chuàng)建一個安全可靠的通信通道。
2.4聯(lián)動控制
排風機的自控系統(tǒng)可以根據(jù)溫度自行開啟通風機，并在２４小時內(nèi)自動完成通風工作。自控系統(tǒng)會在人員進入管廊內(nèi)部時自動提前通風換氣，進而保障人員的安全；同時，它還能根據(jù)火災(zāi)報警系統(tǒng)或者是燃氣探測報警系統(tǒng)的需要，自動控制通風排風機的運行，如果發(fā)生該系統(tǒng)與火災(zāi)報警系統(tǒng)同時作用的狀況，那么火災(zāi)報警系統(tǒng)會優(yōu)先動作。在集水坑位運行的控制方面，消防系統(tǒng)會在集水坑內(nèi)安裝壓差液位計，集水坑位的水位信息以及排水泵的啟、停、故障等狀態(tài)會出現(xiàn)在監(jiān)控中心的顯示屏上；排水泵的自控系統(tǒng)還具有自動控制和現(xiàn)場手動控制的功能。照明開關(guān)與聲光報警信號的主要作用就是當防火分區(qū)的報警或其他報警裝置響起后，該裝置會自動打開該區(qū)域的照明裝置并由自控系統(tǒng)向監(jiān)控中心發(fā)出警報?？捎蛇h程控制來開關(guān)電控井蓋。
2.5消防聯(lián)動系統(tǒng)
自動狀態(tài)下的消防系統(tǒng)會在火災(zāi)監(jiān)測設(shè)備檢測到火災(zāi)的很短時間自動啟用事先編制好的消防方案，控制相關(guān)的消防設(shè)備進行消防措施，如切斷非消防的電源，啟動排風機進行排煙，開啟滅火裝置等。如果是在手動的狀態(tài)下，則需要相關(guān)人員確認火災(zāi)之后，自行啟用消防預(yù)案，控制消防設(shè)備，手動控制相關(guān)報警設(shè)備與消防設(shè)備的開與關(guān)。
3 安科瑞管廊產(chǎn)品介紹
3.1 管廊電力監(jiān)控系統(tǒng)（10/0.4kV地面變電所、配電箱）
針對管廊環(huán)境供電設(shè)備監(jiān)控，安科瑞可提供10kV，0.4kV進出線配電監(jiān)控裝置。選型如下：
應(yīng)用場合 | 型號 | 功 能 |
10kV | 進/饋線 | AM4-I | 三段式過流保護、兩段式零序過流保護、反時限過流保護、負序過流、過負荷保護（告警、跳閘）、控故障告警、PT斷線告警、三相一次重合閘、后加速過流、FC閉鎖、非電量保護（告警、跳閘）、過電壓保護、低電壓保護；斷路器遙控分/合閘操作；故障錄波 |
PT監(jiān)測 | AM4-U1 | 過電壓告警、零序過壓告警、PT斷線告警、低電壓告警；4路交流電壓通道；故障錄波 |
AM4-U2 | I段/II段過電壓告警、I段/II段零序過壓告警、I段/II段PT斷線告警、I段/II段低電壓告警；8路交流電壓通道；故障錄波 |
智能操控、節(jié)點測溫 | ASD320-Pn | 一次回路動態(tài)模擬圖、彈簧儲能指示、高壓帶電顯示及閉鎖、驗電、核相、自動溫濕度控制及顯示（標配一路強制加熱）、遠方/就地旋鈕、分合閘旋鈕、儲能旋鈕、人體感應(yīng)、柜內(nèi)照明控制、RS485接口、高壓柜內(nèi)電氣接點無線測溫 |
電參量測量 | APM810 | 三相（I、U、kW、kvar、kWh、kvarh、Hz、cosΦ），零序電流In，四象限電能，實時需量，本月和上月值，電流、電壓不平衡度，負載電流柱狀圖顯示，66種報警類型及外部事件（SOE）各16條事件記錄，支持SD卡擴展記錄，2-63次諧波，2DI+2DO，RS485/Modbus，LCD顯示 |
0.4kV | 進線 | APM810 | 三相（I、U、kW、kvar、kWh、kvarh、Hz、cosΦ），零序電流In，四象限電能，實時需量，本月和上月值，電流、電壓不平衡度，負載電流柱狀圖顯示，66種報警類型及外部事件（SOE）各16條事件記錄，支持SD卡擴展記錄，2-63次諧波，2DI+2DO，RS485/Modbus，LCD顯示 |
ASJ10-LD1A | 1路A型剩余電流測量；30%，50%，70%，TRIP棒狀LED指示；十種額定剩余動作電流可設(shè)定；十種不驅(qū)動時間可設(shè)定；互感器斷線報警指示；兩組繼電器輸出(一組常開，一組轉(zhuǎn)換，均可設(shè)定)；具有就地，遠程“測試”、“復(fù)位”功能； |
有源濾波 | ANAPF | ANAPF系列有源電力濾波器并聯(lián)在含諧波負載的低壓配電系統(tǒng)中，能夠?qū)討B(tài)變化的諧波電流進行快速實時的跟蹤和補償。 |
出線 | APM810 | 三相（I、U、kW、kvar、kWh、kvarh、Hz、cosΦ），零序電流In，四象限電能，實時及大需量，本月和上月值，電流、電壓不平衡度，負載電流柱狀圖顯示，66種報警類型及外部事件（SOE）各16條事件記錄，支持SD卡擴展記錄，2-63次諧波，2DI+2DO，RS485/Modbus，LCD顯示 |
ANHPD300 | 對用電設(shè)備產(chǎn)生的隨機高次諧波、脈沖尖峰、電涌等具有抑制和吸收作用，能有效濾除電壓尖峰雜波、矯正畸變的電壓波形，對諧波噪聲進行消化和吸收，防止保護裝置誤跳閘，保證用電設(shè)備正常運行。 |
ASJ10-LD1A | 1路A型剩余電流測量；30%，50%，70%，TRIP棒狀LED指示；十種額定剩余動作電流可設(shè)定；十種不驅(qū)動時間可設(shè)定；互感器斷線報警指示；兩組繼電器輸出(一組常開，一組轉(zhuǎn)換，均可設(shè)定)；具有就地，遠程“測試”、“復(fù)位”功能； |
溫度檢測 | 變壓器溫度檢測 | ARTM-8 | 8路溫度巡檢，熱電阻信號輸入，RS485接口，2路繼電器輸出 |
無線測溫 | ARTM100 | 可以嵌入式安裝在高壓柜、低壓抽屜柜內(nèi)，每臺裝置可以接收240個傳感器的數(shù)據(jù)，可與ATE100、ATE200、ATE300三種傳感器選配使用。裝置帶有一路485接口、可選配一路以太網(wǎng)口，可將采集到的溫度數(shù)據(jù)上傳到監(jiān)控中心。 |
ATC200 | 一款帶有一路485接口的溫度收發(fā)器，可同時接收12個ATE200傳感器發(fā)射的數(shù)據(jù)并將采集到的數(shù)據(jù)上傳到監(jiān)控中心。 |
ATE200 | 表帶式固定，測溫范圍0-125℃，測量精度±2℃，傳輸距離空曠10米 |
0.4kV動力箱/動力柜 | 動力箱 | DTSD1352 | 三相電參量U、I、P、Q、S、PF、F測量，分相正向有功電能統(tǒng)計，總正反向有功電能統(tǒng)計，總正反向無功電能統(tǒng)計；紅外通訊；電流規(guī)格：經(jīng)互感器接入3×1(6)A,直接接入3×10(80)A，有功電能精度0.5S級,無功電能精度2級 |
風機、水泵監(jiān)控 | ARD2F－XX/XX－90L/UT | ARD2F智能電動機保護器適用于額定電壓至AC690V、額定電流至AC800A、額定頻率為50/60Hz的電動機，可與接觸器、電動機起動器等電器元件構(gòu)成電動機控制保護單元，有遠程自動控制、現(xiàn)場直接控制、面板指示、信號報警、現(xiàn)場總線通信等功能。 |
動力柜 | PZ72L-E4/UT | 三相（I、U、kW、kvar、kWh、kvarh、Hz、cosΦ），四象限電能，LCD顯示，可選2DI/2DO，RS485/Modbus通信 |
溫濕度監(jiān)控 | WHD72-11/UT | 測量并顯示控制1路溫度、1路濕度 |
注：地下管廊使用的動力箱/柜符合管廊相關(guān)標準，防護等級達IP65
3.2 管廊風機水泵監(jiān)控用電動機保護器選型方案
l 功能
安科瑞ARD智能電動機保護器是安科瑞電氣股份有限公司的產(chǎn)品，適用于煤礦、石化、冶煉、電力、船舶以及民用建筑等領(lǐng)域。采用單片機技術(shù)，具有抗干擾能力強、工作穩(wěn)定可靠、數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化等特點。保護器能對電動機運行過程中出現(xiàn)的起動超時、過載、堵轉(zhuǎn)、斷相、不平衡、欠載、接地/漏電、阻塞、過壓、欠壓、溫度、tE保護等多種情況進行保護，設(shè)有SOE故障事件記錄功能，方便現(xiàn)場維護人員查找故障原因，并通過LCD中文液晶顯示屏、狀態(tài)指示燈等各種方式，將電機的運行狀態(tài)清晰、直觀地顯示出來。該保護器具有RS485遠程通訊接口，DC4~20mA模擬量輸出，方便與PLC、PC等控制機組成網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，實現(xiàn)電動機運行的遠程監(jiān)控。
l 技術(shù)參數(shù)
技術(shù)參數(shù) | 技術(shù)指標 |
ARD2(L) | ARD2F | ARD3 |
輔助電源 | 電壓 | AC85V~265V/DC100V~350V |
功耗 | ≤7VA | ≤15VA |
額定工作電壓 | AC380V/AC660V，50Hz/60Hz |
額定工作電流 | 1A（0.1～9999） |
5A（0.1～9999） |
1.6A（0.4A～1.6A） |
6.3A（1.6A～6.3A） |
25A（6.3A～25A） |
100A（25A～100A） |
250A（63A～250A） |
800A（250A～800A） |
繼電器輸出觸點容量 | AC250V/ 3A；DC30V/ 3A | AC250V/ 6A |
開關(guān)量輸入 | 2路 | 9路 |
環(huán)境 | 工作溫度：-10ºC～55ºC |
貯存溫度：-20ºC～65ºC |
相對濕度：5﹪～95﹪不結(jié)露 |
海拔高度：≤ 2000m |
污染等級 | 2 |
防護等級 | IP20 | 主體IP20,顯示單元IP45 |
安裝類別 | III級 |
l ARD電動機智能保護功能
(1)阻斷保護：電動機在起動過程中，如果由于負荷過大或自身機械原因，造成電動機軸被卡住，而未及時解除故障，將造成電機過熱，絕緣降低而燒毀電機，堵轉(zhuǎn)保護適用于電動機起動發(fā)生故障保護。
(2)過流保護：不正確的起動和負載轉(zhuǎn)矩過大，也常常引起電機出現(xiàn)很的過電流，一般情況下當電機線路電流在其額定電流 1．5-6倍之間時，保護器進行反時限過流保護，過流保護時間一般為幾秒鐘。
(3)斷相保護：電機在正常運行中，保護器能根據(jù)三相電流的差值自動檢測出來，并進行斷相動作保護。
(4)三相電流不平衡保護：當電動機發(fā)生斷三相電流嚴重不平衡時，如不平衡率達到保護設(shè)定時，保護器按照設(shè)定的要求保護，發(fā)出停車或警報，確保電動機的運行。
(5)過載保護：電動機在過負載情況下當保護器監(jiān)測到電動機過載運行了，保護器應(yīng)在警報或脫扣（延時）設(shè)定時間內(nèi)發(fā)出警報或脫扣信號。
(6)欠電壓保護：電機在有些應(yīng)用場合下，當電壓降到額定電壓以下就要求能自動切除電源而停止工作，這種保護成為欠電壓保護 。
(7)堵轉(zhuǎn)保護：電動機在起動過程中，如果由于負荷過大或自身機械原因，造成電動機軸被卡住，而未及時解除故障，將造成電機過熱，絕緣降低而燒毀電機.
(8)漏電接地保護：對于中性點絕緣或小電流接地系統(tǒng)，當零序電抗器檢測到的零序電流超過整定值時漏電保護動作。
（9）短路保護：當電動機運行電流超過設(shè)定的保護電流是保護器按設(shè)定的要求進行保護，在脫扣（延時）設(shè)定時間內(nèi)脫扣。
4結(jié)束語
地下綜合管廊的建設(shè)、維護與管理是一項需要不斷完善的長期過程，如何將管廊環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計得更加合理，更加優(yōu)化，是現(xiàn)階段對系統(tǒng)設(shè)計的難點，希望更多的設(shè)計者能夠提出相應(yīng)的建議與意見，為綜合管廊環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)做出更多的貢獻。
【參考文獻】
[1] 城市綜合管廊工程技術(shù)規(guī)范. GB50838-2015[S]
[2] 李曉明 綜合管理環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)分析 北京中科軟科技有限公司
[3] 安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計與應(yīng)用手冊. 2019.1版
11
