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技術文章

管廊環境與設備監控架構與系統功能介紹

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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并沒有形成規范化、標準化的系統方案,大多都是借鑒地鐵、隧道等的綜合監控或者是樓宇間的自動化系統方案,所以現階段的管廊弱電系統方案并不完善,還需要不斷探索與進步。城市管廊弱電系統的門檻比較低,從而導致施工單位間的技術水平差異較大,而且各單位之間溝通較差,缺乏相互協作,在方案設計上也是意見不同,設計不過關。鑒于此,主要對管廊環境監控系統進行了分析,總結了相關的技術要點,以供參考。

關鍵詞: 綜合管廊; 弱電系統; 設備監控系統; 

 

引言

近幾年,我國很多城市逐步規劃并建設了地下綜合管廊。地下綜合管廊的建設,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。同時,地下綜合管廊擴大了城市的綜合承載力,提高了城市的服務水平。要想保證綜合管廊內部各個網線的運行安全,就必須與監控系統、報警系統等配套使用,以此提高網線的安全運行效率。為保證管廊內部運行的信息能夠得到反饋,就要采取智能化的固定監測和人工巡檢相結合的方式。本文結合地鐵廊道弱電系統的實際情況,對城市綜合走廊監控報警系統的設計進行了分析。

 

1廊內設備與環境監控系統

1.1廊內設備

在綜合管廊的內部的每個防火分區里都需建一套PLC控制單元,主要負責監控每個區域內的設備監控,比如有風機、照明、排水泵、綜合氣體檢測儀、供配電系統信息化數據設備等。其中,出/入口控制器和供配電系統信息化等設備是自帶控制單元的,它們可以利用RS485總線接入到PLC,經過處理后由TCP/IP通信模塊接入到工業級的交換機內;對于管廊內的風機、照明、水泵、井蓋等設備來說,可以利用點對點的傳輸方式接入到PLC,進而將得到的數據上傳到監控中心。PLC可以接受遠程控制,在接收到監控中心所發送的指令之后可以對上述的設備進行監控。除了遠程控制外,還有本地控制模式,可將各個設備的運行狀態上傳到PLC內預設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主機和數套分布式I/O系統的方式。這種方式導致在實際的施工過程中PLC主機與數套分布式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,建議綜合管廊內部的每個分區都建設一個PLC自控單元,既可以提高設備的穩定性,又可以提升它的延展性。

1.2監控系統功能

根據國家《城市綜合管廊工程技術規范》提出的要求,必須具備地下綜合管廊的監控系統。監控系統要結合多種技術進行有效的監測和管理,如計算機、通信、控制等技術,并且要保證管廊內部各專線如電力電纜、燃氣管道等,以及管廊內的溫濕度設備、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控和管理,要求地下管廊內設備的運行狀態與管廊的環境狀態要保持一致,保證管廊環境與設備監控系統實現自動化、智能化的控制。圖1顯示了城市地下綜合管廊監控系統功能。

 

圖1 城市地下綜合管廊監控系統功能

 

2綜合管廊設備監控系統分析

2.1管廊環境監控

管廊環境主要包括環境的濕度、溫度、有害氣體、水泵、風機等內容,環境監控就是要對以上內容進行監測。管廊內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部,這也是對人員安全的負責。監測系統的自動化、智能化可以保證管廊環境的安全,如當廊內氧氣過低、溫度濕度等過高時,監測系統會自動發出警報并開啟通風設備,強行換氣;如若積水坑的水位過高,它同樣會發出警報并停止排水泵的運行。

2.2火災監控系統

火災監測適合采用以光纖測溫機和感溫光纖等作為主要的火災監測裝置。測溫光纖負責確定火災發生的具體位置,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就是將火災發生的位置、溫度以及火災的報警信號傳輸給火災報警裝置,火災報警系統再發動消防聯動信號。部分管廊內部會設置一些其他主要的火災監測裝置,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,所以當管廊內部出現火或大量煙氣時,感溫裝置早就發出動作了,而感煙器反應較慢,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,且監測時間是非連續性的,所以綜合管廊內部不適合將感煙探測器和感溫光柵作為主要的火災探測器,感溫光纖測溫是很好的選擇。

2.3傳輸主干網

為了能夠建立一個安全可靠且快速的通信通道,本工程將管廊內部的PLC控制器、門禁監控系統、巡更管理系統等與監控中心建設一個傳輸主干網,并結合綜合管廊的特點及走向,設置兩個千兆光纖環網的傳輸主干網,設置兩臺S9700核心層交換機,在現場設置120臺S2700接入層交換機,以此創建一個安全可靠的通信通道。

2.4聯動控制

排風機的自控系統可以根據溫度自行開啟通風機,并在24小時內自動完成通風工作。自控系統會在人員進入管廊內部時自動提前通風換氣,進而保障人員的安全;同時,它還能根據火災報警系統或者是燃氣探測報警系統的需要,自動控制通風排風機的運行,如果發生該系統與火災報警系統同時作用的狀況,那么火災報警系統會優先動作。在集水坑位運行的控制方面,消防系統會在集水坑內安裝壓差液位計,集水坑位的水位信息以及排水泵的啟、停、故障等狀態會出現在監控中心的顯示屏上;排水泵的自控系統還具有自動控制和現場手動控制的功能。照明開關與聲光報警信號的主要作用就是當防火分區的報警或其他報警裝置響起后,該裝置會自動打開該區域的照明裝置并由自控系統向監控中心發出警報??捎蛇h程控制來開關電控井蓋。

 

2.5消防聯動系統

自動狀態下的消防系統會在火災監測設備檢測到火災的很短時間自動啟用事先編制好的消防方案,控制相關的消防設備進行消防措施,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下,則需要相關人員確認火災之后,自行啟用消防預案,控制消防設備,手動控制相關報警設備與消防設備的開與關。

 

3 安科瑞管廊產品介紹

3.1 管廊電力監控系統(10/0.4kV地面變電所、配電箱)

針對管廊環境供電設備監控,安科瑞可提供10kV,0.4kV進出線配電監控裝置。選型如下:

 

應用場合

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、節點測溫

ASD320-Pn

一次回路動態模擬圖、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、柜內照明控制、RS485接口、高壓柜內電氣接點無線測溫

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定;十種不驅動時間可設定;互感器斷線報警指示;兩組繼電器輸出(一組常開,一組轉換,均可設定);具有就地,遠程“測試”、“復位”功能;

有源濾波

ANAPF

ANAPF系列有源電力濾波器并聯在含諧波負載的低壓配電系統中,能夠對動態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

對用電設備產生的隨機高次諧波、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定;十種不驅動時間可設定;互感器斷線報警指示;兩組繼電器輸出(一組常開,一組轉換,均可設定);具有就地,遠程“測試”、“復位”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,每臺裝置可以接收240個傳感器的數據,可與ATE100、ATE200、ATE300三種傳感器選配使用。裝置帶有一路485接口、可選配一路以太網口,可將采集到的溫度數據上傳到監控中心。

ATC200

一款帶有一路485接口的溫度收發器,可同時接收12個ATE200傳感器發射的數據并將采集到的數據上傳到監控中心。

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計,總正反向有功電能統計,總正反向無功電能統計;紅外通訊;電流規格:經互感器接入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成電動機控制保護單元,有遠程自動控制、現場直接控制、面板指示、信號報警、現場總線通信等功能。

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/柜符合管廊相關標準,防護等級達IP65

 

3.2 管廊風機水泵監控用電動機保護器選型方案

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品,適用于煤礦、石化、冶煉、電力、船舶以及民用建筑等領域。采用單片機技術,具有抗干擾能力強、工作穩定可靠、數字化、智能化、網絡化等特點。保護器能對電動機運行過程中出現的起動超時、過載、堵轉、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,設有SOE故障事件記錄功能,方便現場維護人員查找故障原因,并通過LCD中文液晶顯示屏、狀態指示燈等各種方式,將電機的運行狀態清晰、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等控制機組成網絡系統,實現電動機運行的遠程監控。

 

技術參數

 

技術參數

技術指標

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

開關量輸入

2路

9路

環境

工作溫度:-10ºC~55ºC

貯存溫度:-20ºC~65ºC

相對濕度:5﹪~95﹪不結露

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

 

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,堵轉保護適用于電動機起動發生故障保護。

(2)過流保護:不正確的起動和負載轉矩過大,也常常引起電機出現很的過電流,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:當電動機發生斷三相電流嚴重不平衡時,如不平衡率達到保護設定時,保護器按照設定的要求保護,發出停車或警報,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測到電動機過載運行了,保護器應在警報或脫扣(延時)設定時間內發出警報或脫扣信號。

 

(6)欠電壓保護:電機在有些應用場合下,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,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定的保護電流是保護器按設定的要求進行保護,在脫扣(延時)設定時間內脫扣。

4結束語

地下綜合管廊的建設、維護與管理是一項需要不斷完善的長期過程,如何將管廊環境與設備監控系統設計得更加合理,更加優化,是現階段對系統設計的難點,希望更多的設計者能夠提出相應的建議與意見,為綜合管廊環境監控系統做出更多的貢獻。

 

【參考文獻】

 [1] 城市綜合管廊工程技術規范. GB50838-2015[S]

[2] 李曉明 綜合管理環境與設備監控系統分析 北京中科軟科技有限公司

[3] 安科瑞企業微電網設計與應用手冊. 2019.1版

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