陈康
男，工学学士，工程师，现就职于南京地铁运营分公司。

摘要：本文对地铁电力系统安全外围保障所包含的系统进行了阐述，着重介绍了电力监控、视频监控、环境监控、防灾系统，其中包括各系统组成及优化选择，以及具体实施中的注意事项。

关键词：地铁电力系统；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

    电力系统是地铁运行的动力之源，供应全线用电，一旦出现故障，会出现停运、信息中断等严重后果，因此必须采取全范围的安全保障，确保电力系统正常运行。

2 电力系统安全保障外围系统

    电力系统由城市电网引入110kV独立电源，经110kV/35kV交流高压主变电站，组成35kV电压的地铁内部供电网络，该网络由电力电缆线路及沿线各降压、牵引、跟随变电所等组成。

    电力系统除了系统内部采取各种安全措施外,还有其外围的安全保障，包括电力监控、视频监控、环境监控、防灾等。

2.1 电力监控（SCADA）

    SCADA(Supervisory Control and Data Acquisition)，完成对地铁全线各变电所、接触网设备运行的远程实时控制及测量、处理各种事故及报警事件、实现系统运行的维修、调度、管理自动化。SCADA集中了PLC（Programmable Logic Controller可编程控制器）现场测控功能和DCS（Distributed Control System分布式控制系统）组网通讯能力的两大优点，采用分散式测控、集中式管理的方式。整个系统由监控中心、远程测控终端RTU (Remote Terminal Unit)和通信网络三部分组成。监控中心利用显示终端或大屏幕显示各变电所的运行状态，完成遥控、遥测、在线维护、安全保护等功能，是保证系统具备稳定性、安全性的先决条件。

    SCADA系统的通信网络主要用于监控中心与RTU及RTU间通信。有多种实现方式，可根据实际需求和应用对象的不同进行选择。

    （1）电力线载波通信

    利用现有的供电线路，无需另外敷设，节约了成本，但信号传输中，干扰较大，且载波信号只能在同一个配电变压器区域内传送，传输范围受到限制；

    （2）串行口现场总线方式

    利用传输系统网络，具有通信效率高、可靠性好等优点，但存在系统间接口问题，整体工程造价高。

    （3）广播无线电台方式

    传输距离较远，省去了管线敷设，运营费用较低，系统功能及站点扩展很方便，尤其适用于大容量分散式SCADA系统，其性能价格比高，但必须得到相应的频段。

    （4）WEB（网络）方式

    即以局域网或广域网技术、面向对象技术、总线控制技术等为内核，使采集和监控的数据得以有权限地开放，能被更多的管理系统所访问。

    目前，SCADA测控终端设备及其控制系统间通信，逐渐采用数字传输系统，增强了检错、纠错功能，并且不同生产厂家设备间可以进行信息传送和沟通，对性能类似的设备可进行互换，从而提高设备的维护性。

    SCADA是电力调度监视设备运行状态、快速诊断故障状态等方面重要的工具，它对提高电力系统运行的可靠性、安全性方面起着不可替代的作用。

2.2 变电站视频监控

    CCTV（Closed Circuit Television）通过遥控摄像机可全方位观察电力场所的一切情况；当出现各种事故后，还可以根据录像信息提供证据与线索。CCTV系统在不便于人员长期驻留的环境、全天候工作等方面的应用独具优势。CCTV摄像机具体分布在主变电所、低压变电所各关键设备房及变电所场院内。

    目前，CCTV多采用数字信号控制的模拟视频监控系统，模块化分布式体系结构；控制中心、车站两级监控。虽然数字控制的模拟视频监控技术发展已经非常成熟、性能稳定，但有其局限性：

    首先，有线模拟视频信号的传输距离大于1千米时，信号容易产生衰耗、畸变，使图像质量下降；其次，有线模拟视频监控以点对点的方式监视现场，使布线工程量极大； 其三， CCTV系统若增加新的监视点，改造困难。

    数字视频监控系统以计算机技术及图像视频压缩为核心，综合了视频矩阵、图像分割器、录像机等众多功能，网络摄象机集成了先进的摄象及网络技术，内置的系统软件能实现真正的即插即用，I/O端口和通讯口便于扩充外部设备，如门禁系统、全方位云台。

    其优越性主要表现在：    

    （1）数字化视频可以在地铁内部网上传输图像数据，不受距离限制，彻底摆脱了地域的概念；不再存在采用视频矩阵、分配器模式对图像输入输出数量的局限。

    （2）对于网络布线只需一次投资，监控点随意增加，系统的控制由后台的软件系统实现，省去了传统模拟监控系统中的大量设备，如矩阵、画面分割器等。由于图象的传输通过现有的综合布线网络，工程成本大幅降低。

    电力调度值班人员可通过CCTV系统对变电站操作人员实施现场指导，及时发现火灾、盗窃，通过录像信息帮助技术人员查看事故发生时变电站的状况，尽快找到事故发生的原因。

2.3 电力机房环境控制

    BAS（Building Automation System也称EMCS Electrical and Mechanical Control System）系统对机电设备进行全面的运行管理与控制，其主要功能是对各车站（包括变电所）、区间通风、空调、照明等建立设备管理数据库，自动记录和统计各设备运行状况，累计运行时间，自动安排检修计划，同时在灾情发生时，能够及时进入防灾运行模式，通过控制风机、风阀自动调度送风和排风，启动应急照明，引导人员疏散。

    在地铁电力系统设计中，对通风、照明等都有明确规定，如变电所的采暖通风及空调设计应符合现行国家标准，主控制室及通信室的夏季室温不宜超过35℃；继电器室、电力电容器室、蓄电池室及屋内配电装置室的夏季室温不宜超过40℃。电力控制室内距地1.2m盘面,照度标准值为200lx左右，调度室、配电室等为150 lx左右,光源的色表K>3300，显色指数Ra<40。铅酸蓄电池室内的照明，应采用防爆型照明灯器等。

    在各种灾害发生时，如火灾、爆炸和地震等，正常电源往往发生故障或必须断开电源，这时正常照明全部熄灭。为了保障人员及财产的安全，有效地制止灾害或事故的蔓延，随即投入应急照明。应急照明电源的选择，应根据应急照明的种类、转换时间、持续工作时间、各种电源的特点及实际工程的客观要求等综合考虑，做到安全可靠、技术先进、经济合理。

    在我国降低地铁造价和运行费用的问题已受到普遍的关注，地铁机电设备监控系统对于提高地铁的运营经济性的作用，越来越受到业内的普遍重视。在地铁环境控制系统的解决方案中，采用了一系列先进的软件技术，如在线优化控制软件通过对空间动态流动和传热的分析（包括车流、客流、设备、通风、地热等负荷因素），采用变频技术调整通风和空调设备运行，保持不同区域空调参数的合理梯度分配，从而在满足环境指标的前提下，尽可能地降低机组的能耗，使设备能够安全运转、节省能源，创造一个良好的设备工作环境。

    因此，BAS系统在环控设备的在线故障诊断和最优检修周期预估基础上，获得基于可靠性的最优控制，对电力设备创造良好的运行环境、降低能源消耗，作用显著。

2.4 电力系统的防灾

    FAS(Fire Automation System)系统对地铁全线火情灾害进行可靠的监视及报警。发生灾情时，由FAS发出控制命令，控制消防联动各种设备，系统采用控制中心、车站、现场三级控制。防灾指挥中心主要监视全线防灾设备的运行状态，显示报警部位，发出防灾设备运行指令，指挥抢险救援。车站防灾控制主要监视并上传车站及所辖区间防灾设备的运行状态，接收防灾中心指令，联动控制车站、变电所及区间范围内的防灾设备。

    传统的水、泡沫、干粉和烟雾灭火材料都不适用于变电所等电器设备用房。必需采用气体灭火系统。气体消防按灭火系统的结构特点可分为管网灭火系统和无管网灭火装置，按增压方式不同可分为贮压式灭火系统和贮气容器式灭火系统等。

    采用何种气体灭火剂，较有分歧，目前，国内主要应用的气体灭火系统有卤代烷、二氧化碳、七氟丙烷、烟烙尽、三氟甲烷等。下面逐一进行分析：

    （1）卤代烷（1211、1301）灭火不是依赖物理性的冷却、窒息、隔离的作用；而是靠化学抑制作用，为全淹没灭式。它通过惰化火焰中的活性自由基, 中断燃烧链，灭火速度快。缺点是破坏大气臭氧层，并逐步被停用。

    （2）七氟丙烷（FM200），灭火机理与卤代烷相似，常温下气态，不良反应浓度（NOAEL值）为9%，臭氧耗损潜能值（ODP）为零，在ISO认可的洁净气体灭火剂中，其洁净性最好，电绝缘性能好、灭火效率高。但价格偏高。

    （3）三氟甲烷气体无色、无嗅、毒性低、绝缘性好，对臭氧层没有破坏。为化学抑制灭火方式，由于它的沸点比较低(-82.1℃)，工作气体密度值很小，适用于寒冷地区或吊顶较高的保护区域。

    （4）二氧化碳（CO2）用作灭火剂已有百年的历史，常温常压下无色、无味、不导电、无腐蚀性，灭火机理主要是稀释氧气，起窒息作用，亦有一定的冷却效果，具有良好的灭火性能和低廉的价格，应用广泛。但由于其最低灭火浓度大于人体的致死浓度，对人员具有相当的危险性，喷射时会产生少量CO2　酸雾，对某些设备会产生不利的影响。 

    （5）烟烙尽（IG-541）是由氮气、氩气和二氧化碳以52：40：8的体积比例混合而成。三种气体均为大气基本成分。无色、无味、不导电、无腐蚀，无环保限制，在灭火过程中无任何分解物。其灭火机理为纯物理过程，窒息灭火。喷放时环境温度变化小，不影响能见度。其缺点是喷放时噪声大，工作气压偏高，管件材料以及安装、维护水平要求也较高。

    FAS系统对电力设备或环境出现灾害时，能迅速启动，对有效的减少损失，防止灾害蔓延，不可或缺。

3 结束语

    综上所述，电力系统外围安全保障系统SCADA、CCTV、FAS、BAS，对电力系统起着不可替代的重要作用；作为电力系统建设或维护部门，必须对以上各系统有充分的认识，做好优选、优化、维护等工作，使得电力系统能可靠安全的运行。

    其他作者：周鹏，男，工学学士，现任南京地铁运营分公司信号工程师。



参考文献

[1] 高鸣燕，陆文. 电力自动化与信息化系统的技术进展[J]. 中国电力，1999(11).

[2] 柳永志，刘晓川. 电力系统远动[M]. 北京: 中国电力出版社，2003.