摘要：根据长沙市轨道交通4号线湘江新城站环控设备负荷特点和控制要求，结合低压配电专业的设计原则，通过合理设计环控电控柜配电系统及保护控制方案，使地铁车站环控系统达到可靠、节能、舒适的目的。
关键词：环控负荷；低压配电；环控电控柜；保护控制
引言
地铁环控电控柜主要给车站通风空调设备提供电源，该系统设备主要由大系统、小系统及隧道通风系统组成。地铁车站一般在车站两端设设备及管理用房，环控电控柜室独立设置于车站两端。环控大系统用于站厅和站台公共区通风、空调及防排烟;环控小系统用于设备区通风、空调及防排烟;隧道通风系统用于隧道和站台的通风及防排烟。本文主要论述环控设备配电设计思路及风机控制思路。
1 通风空调设备负荷分类
1.1 一级负荷
该车站通风空调设备按其不同的用途和重要性分为三级：消防设备在正常情况下可实现通风功能，火灾或者发生事故时仍需要持续运行，主要用于车站、隧道排烟，该类设备设为一级负荷，如隧道风机、排热风机、排烟风机、加压送风机及区间射流风机等。
1.2 二级负荷
在正常情况下给车站公共区、设备区提供通风功能，消防火灾情况下停止运行，该类设备因与消防通风无关，设为二级负荷，如新风机、组合风柜、回排风机等。
1.3 三级负荷
车站冷水机组、冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔等仅在夏天空调季节开启，根据其使用特点，设为三级负荷。
2 配电总体要求
该站因空调设备比较集中，在A、B端各设一个环控电控室，该端空调设备电源均来自该房间控制柜内，这些设备都可以在柜子上实现集中控制。4号线土建专业在前期设计阶段，在吸取1号线、2号线经验及教训基础上，该环控电控室面积充分考虑了变频柜及软起动柜占地面积，在原有面积上扩大了近1/4，解决了1号线、2号线因空间不足放置设备现场的困难，配电及检修维护更方便。专用排烟风机控制方式由设环控位和FAS位，火灾情况下由FAS主机发送信号，该风机直接启动，平时检修时可在环控位操作。
3 通风空调供电模式及控制方式设计思路
3.1 配电设计
针对消防一级负荷，环控电控室进线采用双电源单母线分段供电方式，两路电源分别来自400VI段和II段。考虑到施工便捷性及成本，进线计算电流大于630A，采用密集母线供电，正常情况下两段母线分别供电，当400V一路电源失电时，母联开关自动投入，实现两路电源的自动切换。进线计算电流小于630A，考虑到地铁渗漏水的普遍性，一般采用电缆连接，在满足负荷进线电流容量的同时，不用担心渗漏水导致电缆短路击穿。湘江新城站所采用的800A的密集母线，防护等级为IP65,现场使用情况看，运行稳定。
密集母线优点：1、电流容量可以很大；2、电压降很小；3、短路负载能力强；4、可靠性高，使用寿命长；5、安全性高；6、配电系统的设备增加或变更随意自如；7、外形尺寸小；8、重量轻，操作容易；9、连接非常简单；10、施工和检查简单；11、具有现代的美观。
密集母线缺点：密集母线都是由一节节拼接而成，从400V至另一端环控电控室距离一般有200多米，敷设路线一般在站厅中板下方靠近屏蔽门处，当离壁沟防水出现问题时，沟内渗水很容易流到母线上方并从接头渗入母线内部，出现短路击穿故障。为尽量避免此类故障出现，在用户需求书阶段，可根据情况提高母线防护等级，至少在IP65以上，部分地铁新线建设阶段，密集母线已提高至IP68等级。另外在母线侧板边缘开多个排水孔，可以快速排除积水，保证母线正常运行。
针对环控二级负荷，在环控柜内设置二级进线抽屉柜，采用变电所一段母线供电。当0.4kV开关柜一路进线电源故障时，母联断路器合闸，由另一路进线电源支援供电。环控系统主接线如图1所示。
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图1 环控系统主接线示意图
环控电控柜均采用放射式为通风空调设备配电。车站一般通风设备采用直接启动方式，当单机容量较大，启动所产生的电压波动影响其他负荷时，采用软启动方式（风机容量大于55kW时采用软启动）。根据通风空调工艺有要求，对部分设备采用变频控制以达到节能的目的，一般大系统组合空调柜、回排风机及排热风机采用变频控制，隧道风机采用软启动方式。
3.2 定值设置原则
1）环控电控柜进线失压延时时间为0.4kV失压时间+1s，为6s。
2）环控电控柜母联合闸时间为环控电控柜进线失压延时时间+0.2s。
3）环控电控柜进线、母联长延时保护Ir=In，选择10S曲线。短延时保护整定时间Isd=4Ir，Tsd(s)=0.3。瞬动保护Ii=10Ir。
4）环控电控柜各出线开关的整定(若断路器可调)：长延时整定电流Ir=1In，短延时整定电流Isd=8Ir，瞬时保护Ii=10Ir。
5）环控柜各出线回路马达保护器的整定：过载保护Ir=1.2倍风机额定电流，堵转保护电流整定值为3Ir，缺相保护电流整定值为0.4Ir。
6）环控进线柜框架断路器根据400V开关定值设置情况，可关闭接地保护定值参数设置。
3.3 控制及保护
地铁车站设置智能低压系统，采用智能马达控制器、软启动器、变频器、远程I/O等设备对通风空调设备进行监视、测量、控制和保护，并实现对地铁内大量通风空调设备的科学管理。
地铁车站通风空调设备采用环控柜控制、BAS控制和现场控制三种控制方式。就地控制用于通风空调设备初调、检修、应急时的就地操作，具有最高优先级。
一般风机采用智能马达保护器进行保护控制。智能马达保护器用于环控电控室风机回路的智能控制及显示，其通过电流互感器自动采集电机一次侧电流，可监测电机三相电流、接地故障电流、电机热容量、电机启动次数、电机运行时间等参数。
考虑三相电压电流不平衡产生的负序分量会造成电机逆序转矩变化，当三相电压不平衡度达5％时，电动机相运行电流超过正常值的20％以上，导致电动机电流分配不平衡，触发马达保护器三相不平衡保护动作。为保证风机正常运行，定值设置如下：马达保护器设置值为：报警预警值设20%，故障脱扣值设35%，延时时间均为5S。
3.4 智能系统
智能低压控制系统主要实现对通风空调等设备的监视、测量、控制和保护等；实现对智能模块的参数设定、复位等。通风空调设备通常设就地控制、环控电控柜控制、BAS系统控制三级控制，智能低压控制系统实现三级控制转换及运行状态显示。
智能元件主要运用于通风空调系统中的风机和风阀的控制，智能元件主要包括网关PLC、电机保护控制器、软启动模块、智能I/O或者小PLC、多功能电表、变频器等。
每个环控电控柜内智能模块（智能电机保护器、软启动器、智能I/O接口模块）采用现场总线连接，现场总线通过网关设备经过协议转换接入BAS系统。网关设备与BAS系统之间通讯总线采用冗余双总线方式；网关设备与柜内智能模块之间的现场总线可采用单总线形式，但总线数量不少于3条，分散由于总线故障造成的风险从而保证总线的可靠性。
对智能低压与BAS的接口网关及以下的电机保护器等设备之间的通讯采用一致通讯协议，智能马达保护器能够自动适应网关设置的通讯速率，不需要对每个智能马达设置其通讯速率。
系统中采用的现场总线及与上位监控系统（BAS系统）间的通信协议均要求通用、标准、开放。建议采用MODBUS-RTU现场总线规约，通信速率满足系统数据传输的实时性需求。
3.5 消防设备控制保护
（1）根据最新规范，消防负荷电源应设计为矿物绝缘电缆。
（2）排烟风机为消防风机，采用热继电器保护，用于风机过载、缺相、堵转等缺陷故障保护。
（3）变频器不得参与消防，排热风机在火灾工况下切换至旁路运行，直接启动。为避免带载切换过程中变频器报故障，在发送火灾命令的同时，需先给变频器发送停机指令，待变频器停止后再旁路直接启动风机。
环控电控柜智能控制系统如图2所示。
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图2 环控柜智能控制系统示意图
4 结语
环控柜在地铁车站中所占的负荷比较大，在设计过程中，通风空调设备的配电设计方案也灵活多样，安全、节能、舒适是设计首要考虑因素，设计方案要与其他城市实现彼此借鉴、优势互补，保证设备的安全运营。
参考文献：
[1]刘向.地铁环控系统的供配电设计与分析[J].智能建筑电气技术，2016，10（4）：62-65.
[2]李生栋.地铁环控系统中PLC自动化控制系统的优化设计要求研究[J].建筑工程技术与设计，2016（12）.