管廊环境与设备监控架构与系统功能介绍

时间：2020-08-27作者：安科瑞电气股份有限公司浏览：933

周晓丽
                                                                                                                            安科瑞电气股份有限公司 上海嘉定 201801

 
摘要：目前，城市的管廊弱电系统并没有形成规范化、标准化的系统方案，大多都是借鉴地铁、隧道等的综合监控或者是楼宇间的自动化系统方案，所以现阶段的管廊弱电系统方案并不完善，还需要不断探索与进步。城市管廊弱电系统的门槛比较低，从而导致施工单位间的技术水平差异较大，而且各单位之间沟通较差，缺乏相互协作，在方案设计上也是意见不同，设计不过关。鉴于此，主要对管廊环境监控系统进行了分析，总结了相关的技术要点，以供参考。
关键词： 综合管廊； 弱电系统； 设备监控系统； 
 
引言
近几年，我国很多城市逐步规划并建设了地下综合管廊。地下综合管廊的建设，符合国家对综合走廊的要求，也满足了一些城市在新道路上的功能要求，且**管线的集约化布置有利于管道的维护和保养。同时，地下综合管廊扩大了城市的综合承载力，提高了城市的服务水平。要想保证综合管廊内部各个网线的运行安全，就必须与监控系统、报警系统等配套使用，以此提高网线的安全运行效率。为保证管廊内部运行的信息能够得到反馈，就要采取智能化的固定监测和人工巡检相结合的方式。本文结合地铁廊道弱电系统的实际情况，对城市综合走廊监控报警系统的设计进行了分析。
 
1廊内设备与环境监控系统
1.1廊内设备
在综合管廊的内部的每个防火分区里都需建一套PLC控制单元，主要负责监控每个区域内的设备监控，比如有风机、照明、排水泵、综合气体检测仪、供配电系统信息化数据设备等。其中，出／入口控制器和供配电系统信息化等设备是自带控制单元的，它们可以利用RS485总线接入到PLC，经过处理后由TCP/IP通信模块接入到工业级的交换机内；对于管廊内的风机、照明、水泵、井盖等设备来说，可以利用点对点的传输方式接入到PLC，进而将得到的数据上传到监控中心。PLC可以接受远程控制，在接收到监控中心所发送的指令之后可以对上述的设备进行监控。除了远程控制外，还有本地控制模式，可将各个设备的运行状态上传到PLC内预设的程序中并进行控制，从而接收控制信号再控制本地。以往的工程分区需要控制的点比较少，所以一般都是采用多个分工共用一个PLC主机和数套分布式I/O系统的方式。这种方式导致在实际的施工过程中PLC主机与数套分布式I/O模块的分布间距过长，不利于扩展；而且有一部分PLC主机和分布式I/O模块间连接的缆线需要特殊定制，这就增加了成本。所以，针对以上两种情况，建议综合管廊内部的每个分区都建设一个ＰＬＣ自控单元，既可以提高设备的稳定性，又可以提升它的延展性。
1.2监控系统功能
根据国家《城市综合管廊工程技术规范》提出的要求，必须具备地下综合管廊的监控系统。监控系统要结合多种技术进行有效的监测和管理，如计算机、通信、控制等技术，并且要保证管廊内部各专线如电力电缆、燃气管道等，以及管廊内的温湿度设备、风机、水泵、井盖等的运行安全。此外，要对人员定位、远程广播等方面进行监控和管理，要求地下管廊内设备的运行状态与管廊的环境状态要保持一致，保证管廊环境与设备监控系统实现自动化、智能化的控制。图１显示了城市地下综合管廊监控系统功能。
 
图１　城市地下综合管廊监控系统功能
 
2综合管廊设备监控系统分析
2.1管廊环境监控
管廊环境主要包括环境的湿度、温度、有害气体、水泵、风机等内容，环境监控就是要对以上内容进行监测。管廊内部是一个比较封闭的空间，且逃生出口有限，所以必须要保证管廊中有害气体、温度、湿度等的安全，才能允许检查维护人员进入到管廊内部，这也是对人员安全的负责。监测系统的自动化、智能化可以保证管廊环境的安全，如当廊内氧气过低、温度湿度等过高时，监测系统会自动发出警报并开启通风设备，强行换气；如若积水坑的水位过高，它同样会发出警报并停止排水泵的运行。
2.2火灾监控系统
火灾监测适合采用以光纤测温机和感温光纤等作为主要的火灾监测装置。测温光纤负责确定火灾发生的具体位置，然后再将这些信息传输给光纤测温主机；测温光纤主机的任务就是将火灾发生的位置、温度以及火灾的报警信号传输给火灾报警装置，火灾报警系统再发动消防联动信号。部分管廊内部会设置一些其他主要的火灾监测装置，如感烟探测器、感温光栅等。感烟探测器的使用效果其实并不理想，主要是因为管廊内部的给排水管、通信电缆的材料属于不易燃烧或是不燃的，电力电缆等也是阻燃或者是耐火的，所以当管廊内部出现火或大量烟气时，感温装置早就发出动作了，而感烟器反应较慢，所以安装感烟探测器装置的意义不是很大。感温光栅的作用也是有局限性的，它主要是点式感温，且监测时间是非连续性的，所以综合管廊内部不适合将感烟探测器和感温光栅作为主要的火灾探测器，感温光纤测温是很好的选择。
2.3传输主干网
为了能够建立一个安全可靠且快速的通信通道，本工程将管廊内部的PLC控制器、门禁监控系统、巡管理系统等与监控中心建设一个传输主干网，并结合综合管廊的特点及走向，设置两个千兆光纤环网的传输主干网，设置两台S9700层交换机，在现场设置120台S2700接入层交换机，以此创建一个安全可靠的通信通道。
2.4联动控制
排风机的自控系统可以根据温度自行开启通风机，并在２４小时内自动完成通风工作。自控系统会在人员进入管廊内部时自动提前通风换气，进而**人员的安全；同时，它还能根据火灾报警系统或者是燃气探测报警系统的需要，自动控制通风排风机的运行，如果发生该系统与火灾报警系统同时作用的状况，那么火灾报警系统会动作。在集水坑位运行的控制方面，消防系统会在集水坑内安装压差液位计，集水坑位的水位信息以及排水泵的启、停、故障等状态会出现在监控中心的显示屏上；排水泵的自控系统还具有自动控制和现场手动控制的功能。照明开关与声光报警信号的主要作用就是当防火分区的报警或其他报警装置响起后，该装置会自动打开该区域的照明装置并由自控系统向监控中心发出警报。可由远程控制来开关电控井盖。
 
2.5消防联动系统
自动状态下的消防系统会在火灾监测设备检测到火灾的很短时间自动启用事先编制好的消防方案，控制相关的消防设备进行消防措施，如切断非消防的电源，启动排风机进行排烟，开启灭火装置等。如果是在手动的状态下，则需要相关人员确认火灾之后，自行启用消防预案，控制消防设备，手动控制相关报警设备与消防设备的开与关。
 
3 安科瑞管廊产品介绍
3.1管廊电力监控系统（10/0.4kV地面变电所、配电箱）
针对管廊环境供电设备监控，安科瑞可提供10kV，0.4kV进出线配电监控装置。选型如下：

应用场合		型号	功    能
10kV	进/馈线	AM4-I	三段式过流保护、两段式零序过流保护、反时限过流保护、负序过流、过负荷保护（告警、跳闸）、控故障告警、PT断线告警、三相一次重合闸、后加速过流、FC闭锁、非电量保护（告警、跳闸）、过电压保护、低电压保护；断路器遥控分/合闸操作；故障录波
	PT监测	AM4-U1	过电压告警、零序过压告警、PT断线告警、低电压告警；4路交流电压通道；故障录波
		AM4-U2	I段/II段过电压告警、I段/II段零序过压告警、I段/II段PT断线告警、I段/II段低电压告警；8路交流电压通道；故障录波
	智能操控、节点测温	ASD320-Pn	一次回路动态模拟图、弹簧储能指示、高压带电显示及闭锁、验电、核相、自动温湿度控制及显示（标配一路强制加热）、远方/就地旋钮、分合闸旋钮、储能旋钮、人体感应、柜内照明控制、RS485接口、高压柜内电气接点无线测温
	电参量测量	APM810	三相（I、U、kW、kvar、kWh、kvarh、Hz、cosΦ），零序电流In，四象限电能，实时需量，本月和上月值，电流、电压不平衡度，负载电流柱状图显示，66种报警类型及外部事件（SOE）各16条事件记录，支持SD卡扩展记录，2-63次谐波，2DI+2DO，RS485/Modbus，LCD显示
0.4kV	进线	APM810	三相（I、U、kW、kvar、kWh、kvarh、Hz、cosΦ），零序电流In，四象限电能，实时需量，本月和上月值，电流、电压不平衡度，负载电流柱状图显示，66种报警类型及外部事件（SOE）各16条事件记录，支持SD卡扩展记录，2-63次谐波，2DI+2DO，RS485/Modbus，LCD显示
		ASJ10-LD1A	1路A型剩余电流测量；30%，50%，70%，TRIP棒状LED指示；十种额定剩余动作电流可设定；十种不驱动时间可设定；互感器断线报警指示；两组继电器输出(一组常开，一组转换，均可设定)；具有就地，远程“测试”、“复位”功能；
	有源滤波	ANAPF	ANAPF系列有源电力滤波器并联在含谐波负载的低压配电系统中，能够对动态变化的谐波电流进行快速实时的跟踪和补偿。
	出线	APM810	三相（I、U、kW、kvar、kWh、kvarh、Hz、cosΦ），零序电流In，四象限电能，实时及大需量，本月和上月值，电流、电压不平衡度，负载电流柱状图显示，66种报警类型及外部事件（SOE）各16条事件记录，支持SD卡扩展记录，2-63次谐波，2DI+2DO，RS485/Modbus，LCD显示
		ANHPD300	对用电设备产生的随机高次谐波、脉冲尖峰、电涌等具有抑制和吸收作用，能有效滤除电压尖峰杂波、矫正畸变的电压波形，对谐波噪声进行消化和吸收，防止保护装置误跳闸，保证用电设备正常运行。
		ASJ10-LD1A	1路A型剩余电流测量；30%，50%，70%，TRIP棒状LED指示；十种额定剩余动作电流可设定；十种不驱动时间可设定；互感器断线报警指示；两组继电器输出(一组常开，一组转换，均可设定)；具有就地，远程“测试”、“复位”功能；
温度检测	变压器温度检测	ARTM-8	8路温度巡检，热电阻信号输入，RS485接口，2路继电器输出
	无线测温	ARTM100	可以嵌入式安装在高压柜、低压抽屉柜内，每台装置可以接收240个传感器的数据，可与ATE100、ATE200、ATE300三种传感器选配使用。装置带有一路485接口、可选配一路以太网口，可将采集到的温度数据上传到监控中心。
		ATC200	一款带有一路485接口的温度收发器，可同时接收12个ATE200传感器发射的数据并将采集到的数据上传到监控中心。
		ATE200	表带式固定，测温范围0-125℃，测量精度±2℃，传输距离空旷10米
0.4kV动力箱/动力柜	动力箱	DTSD1352	三相电参量U、I、P、Q、S、PF、F测量，分相正向有功电能统计，总正反向有功电能统计，总正反向无功电能统计；红外通讯；电流规格：经互感器接入3×1(6)A,直接接入3×10(80)A，有功电能精度0.5S级,无功电能精度2级
	风机、水泵监控	ARD2F－XX/XX－90L/UT	ARD2F智能电动机保护器适用于额定电压至AC690V、额定电流至AC800A、额定频率为50/60Hz的电动机，可与接触器、电动机起动器等电器元件构成电动机控制保护单元，有远程自动控制、现场直接控制、面板指示、信号报警、现场总线通信等功能。
	动力柜	PZ72L-E4/UT	三相（I、U、kW、kvar、kWh、kvarh、Hz、cosΦ），四象限电能，LCD显示，可选2DI/2DO，RS485/Modbus通信
	温湿度监控	WHD72-11/UT	测量并显示控制1路温度、1路湿度




注：地下管廊使用的动力箱/柜符合管廊相关标准，防护等级达IP65
 
3.2 管廊风机水泵监控用电动机保护器选型方案
l 功能
安科瑞ARD智能电动机保护器是安科瑞电气股份有限公司*的产品，适用于煤矿、石化、冶炼、电力、船舶以及民用建筑等领域。采用单片机技术，具有抗干扰能力强、工作稳定可靠、数字化、智能化、网络化等特点。保护器能对电动机运行过程中出现的起动时、过载、堵转、断相、不平衡、欠载、接地/漏电、阻塞、过压、欠压、温度、tE保护等多种情况进行保护，设有SOE故障事件记录功能，方便现场维护人员查找故障原因，并通过LCD中文液晶显示屏、状态指示灯等各种方式，将电机的运行状态清晰、直观地显示出来。该保护器具有RS485远程通讯接口，DC4~20mA模拟量输出，方便与PLC、PC等控制机组成网络系统，实现电动机运行的远程监控。
 
l 技术参数

技术参数		技术指标
		ARD2(L)	ARD2F	ARD3
辅助电源	电压	AC85V~265V/DC100V~350V
	功耗	≤7VA	≤15VA
额定工作电压		AC380V/AC660V，50Hz/60Hz
额定工作电流		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）
继电器输出触点容量		AC250V/ 3A；DC30V/ 3A	AC250V/ 6A
开关量输入		2路	9路
环境		工作温度：-10ºC～55ºC
		贮存温度：-20ºC～65ºC
		相对湿度：5﹪～95﹪不结露
		海拔高度：≤ 2000m
污染等级		2
防护等级		IP20	主体IP20,显示单元IP45
安装类别		III级




l ARD电动机智能保护功能
(1)阻断保护：电动机在起动过程中，如果由于负荷过大或自身机械原因，造成电动机轴被卡住，而未及时解除故障，将造成电机过热，绝缘降低而烧毁电机，堵转保护适用于电动机起动发生故障保护。
(2)过流保护：不正确的起动和负载转矩过大，也常常引起电机出现很的过电流，一般情况下当电机线路电流在其额定电流 1．5-6倍之间时，保护器进行反时限过流保护，过流保护时间一般为几秒钟。
(3)断相保护：电机在正常运行中，保护器能根据三相电流的差值自动检测出来，并进行断相动作保护。
(4)三相电流不平衡保护：当电动机发生断三相电流严重不平衡时，如不平衡率达到保护设定时，保护器按照设定的要求保护，发出停车或警报，确保电动机的运行。
(5)过载保护：电动机在过负载情况下当保护器监测到电动机过载运行了，保护器应在警报或脱扣（延时）设定时间内发出警报或脱扣信号。
 
(6)欠电压保护：电机在有些应用场合下，当电压降到额定电压以下就要求能自动切除电源而停止工作，这种保护成为欠电压保护 。
(7)堵转保护：电动机在起动过程中，如果由于负荷过大或自身机械原因，造成电动机轴被卡住，而未及时解除故障，将造成电机过热，绝缘降低而烧毁电机.
(8)漏电接地保护：对于中性点绝缘或小电流接地系统，当零序电抗器检测到的零序电流过整定值时漏电保护动作。
（9）短路保护：当电动机运行电流过设定的保护电流是保护器按设定的要求进行保护，在脱扣（延时）设定时间内脱扣。
4结束语
地下综合管廊的建设、维护与管理是一项需要不断完善的长期过程，如何将管廊环境与设备监控系统设计得加合理，加优化，是现阶段对系统设计的难点，希望多的设计者能够提出相应的建议与意见，为综合管廊环境监控系统做出多的贡献。
 
【参考文献】
 [1] 城市综合管廊工程技术规范. GB50838-2015[S]
[2] 李晓明 综合管理环境与设备监控系统分析 北京中科软科技有限公司
[3] 安科瑞企业微电网设计与应用手册. 2019.1版

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