广州地铁2号线事故照明装置浅析

广州地铁2号线事故照明装置浅析 都市快轨交通?第19卷第4期2006年8月机电工程..I 广州地铁2号线事故照明装置浅析 钟素银 (广州市地下铁道总公司广州510030) 主要介绍广州地铁2号线事故照明装置的使 和逆变器设备的运行特点以及蓄电池的维护要 对逆变器切换不稳定的故障情况,分析原因并 决问题的思路和方法 事故照明装置逆变器蓄电池故障处理 事故照明装置是地铁系统可靠性依赖的最后环 节,而蓄电池是系统可靠性最薄弱的环节,很多重大事 故的发生都起源于事故照明装置的失效,虽然有的蓄 电池理论上在工作期内,但实际上可能由于种种原因 从未行使过放电功能,那么地铁一旦需要事故照明装 置供电,而该装置又不能及时放电,那将会造成重大甚 至是灾难性的损失.所以,我们对事故照明装置的维 护,测试,保养绝对不能掉以轻心. l事故照明装置概述 广州地铁2号线事故照明装置首次在国内采用先 进的EPS系统供电,其原理与UPS系统类似,正常状态 由市电向负载供电,当市电失电时由蓄电池直流电经 逆变器逆变为交流电供给负载.与1号线事故照明装 置相比较,多了逆变装置,其中逆变器是关键设备,为 全套进口设备.EPS系统的设计思路和设备性能都优 于UPS,能实现更可靠的供电.2号线从琶洲站到三元 里站有16个车站共有事故照明装置25套.主要是为 车站事故照明灯具及疏散标志照明等低压负荷供电, 输出电压为220V,在车站停电情况下,可及时提供 60min应急和疏散指示照明,保证地铁乘客和地铁职工 在事故情况下的安全疏散.车站事故照明电源装置设 在车站事故照明电源室(蓄电池室),根据地下车站的 建筑形式,蓄电池室一般设在车站站台两端.供电电 源由车站牵引降压混合变电所或降压变电所两段不同 0.4kV低压母线供给.交流低压事故照明系统采用三 收稿日期2006—01.16修回日期:2006—06—19 作者简介:钟素银,女,电气工程师,主要负责低压配电专业的维保 工作. 80URBANRAPIDRAILTRANSIT 相四线制配电系统和TN—S接地保护系统(即三相五 线制).系统参数见表l. 表l事故照明系统参数 序号项目内容 1配电系统方式'IN—S母线(独立的N线和PE线) 2系统电压 3额定频率 4系统接地方式 5功率因数 6切换时间 7电压偏低切换点 8过压切换点 9欠压切换点 l0供电时间 ACO.38/r0.22kV 50Hz 中性点直接接地 >0.92 小于30Ills 170V(低于此电压切换到另一路) 285V(高于此电压切换到另一路) 125V(低于此电压保护) 60rain 2事故!明成套装置组成结构 2.1系统组成 事故照明成套装置为户内成套设备,主要包括:交 流电源自动切换装置,整流/充电机,蓄电池组,逆变器 (带输出隔离变压器),监控装置(包括蓄电池内阻检 测系统)及馈线单元等. 本装置在馈电柜仪表门上设置了系统运行模拟图,用 户可根据此模 拟图(见图1) 上指示灯,便 可一目了然地 判断系统的运 行情况(运行 状态及故障). 图1系统运行模拟图 1亮表示交流输入正常,反之不正常;2亮表示逆 变器旁路交流输入正常,反之不正常;3亮表示充电机 输出正常,反之不正常;4亮表示蓄电池支路正常,反之 广州地铁2号线事故照明装置浅析 不正常;5亮表示逆变器直流输入正常,反之不正常; 6亮表示负载通过逆变器逆变供电,反之不是;7亮表 示负载通过逆变器交流旁路供电,反之不是;8亮表示 负载通过逆变器手动旁路供电,反之不是;9亮表示负 载母线供电正常,反之不正常. 系统组成见图2. 母线 图2系统组成图 380V 负载 2.2交流电源自动切换装置 其主要实现系统2路交流电源输入主从自动切 换,系统以第1路为主回路,第2路为备用辅助回路, 当第1路交流异常(包括交流失压,过压,欠压,缺相 等)时,自动切换到交流第2路(前提条件是第2路交 流正常,如果第2路电源本身不正常的话,则无法自动 进行切换),一旦交流1路电源恢复正常,则自动切换 回到交流1路. 2.3整流/充电机 三相交流电源进过EMI滤波器输入到整流电路, 将交流整流为脉动的直流输出,通过无功功率因数校 正电路,将脉动的直流转变为平直的直流电源,DC/AC 高频逆变器将直流转换为高频交流电源,通过高频整 流电路将高频的AC转换为高频的脉动直流,此直流经 过高频滤波输出.其中DC/AC高频变换电路在脉宽 调制变换电路的脉冲宽度,以实现电压调整(包括稳压 和电压整定).整个充电模块在微机系统的监控下工 作,包括模块的保护和电压调整等,同时,微机实现将 充电模块的运行数据上报到监控模块接受监控模块的 控制命令. 2.4监控模块 监控模块在系统中,对充电模块,配电监控盒,电 池组等下级智能设备实现数据采集并加以显示;亦可 根据系统的各种设置数据进行报警处理,历史数据管 理等;同时能对这些处理的结果加以判断,根据不同的 情况实行电源管理,输出控制和故障回叫等操作;最 后.监控模块还可以实现与后台的通讯. 监控模块通过RS一485通讯口将各充电模块监 控,配电监控盒等联接为一体,同时提供RS一485和 RS一485/RS一422接口与后台计算机通讯,通过对不同 监控发出数据采集或各种控制命令,获得系统的各种 运行参数,实现各种控制操作. 监控模块汇集电源系统的各种数据,工作状态,通 过整流,分析,实现对电源系统以及电池充放电的全自 动管理.电源集中监控维护后台不仅可以显示当前电 源系统的全部详细数据,状态,也可以对电源系统发出 限流,均浮充电电压调节,充电模块开启,关停等操作 控制命令. 2.5逆变器 逆变器是由德国AEG公司设计开发和生产的 protect5.inv3/xxx系列,采用日本高档大功率IGBT的 功率器件,高频PWM调制,数字信号处理技术,全桥逆 变输出(含输出隔离变压器),控制系统与旁路装置均 由原厂设计配套,保持应急电源的完整及长期运行的 可靠性.逆变器的其它主要组成包括:逆变器接口控 制板,IGBT驱动板,逆变器主电路,静态旁路控制 板等. 该逆变器电子控制系统是利用微型计算机组合而 成的,通过对整个系统的逻辑集成和联接,可以对各个 单元的属性进行软件参数设定.各个单独模块之间的 通信是通过CAN总线(控制区域网络)进行的,具有很 高的抗干扰能力,在工业上广泛应用. 3蓄电池 3.1蓄电池概述 2号线蓄电池选用德国原装进口Sonnenschein(阳 光)dryfitA412系列12V胶体蓄电池和dryfitA600系 列2V胶体蓄电池.电池的循环次数为600次,符合 IEC896Pt2.自放电率为额定容量的1.5%/月 蓄电池在使用中环境温度不能超过45?,当温度在 20??5?使用时,无须根据环境温度而调整浮充电 压进行温度补偿. URBANRAPIDRAILTRANSIT81 噩 ]一一流,.一变一. jj;} 一路,,旁关一一动开一一手, 都市快轨交通?第19卷第4期2006年8月 阳光A400和A600系列蓄电池设计寿命大于l0 年,使用环境温度需严格控制在20oC?5?,才能达到 标称的设计寿命.实际使用寿命的计算公式为:实际 使用寿命=设计寿命/2(实际使用温度一环称温度),若标称 温度为20?,实际环境温度为30?,设汁寿命为l0 年,则实际使用寿命为5年,现蓄电池的使用环境温度 是22?,35?,实际使用寿命约6年. 3.2蓄电池的维护 适当的维护能延长电池的寿命,并有助于确定其 容量是否满足设计要求.蓄电池的维护工作必须由有 蓄电池知识和有安全保护措施的人完成. VRLA蓄电池的容量性能测试应每年进行一次,电 池使用4年以上,应将测试周期缩短一半.对本次测 量的阻值明显高于上一次或接近失效判定值(接近基 值的1.25倍时)时,测试周期应缩短为原来的一半或 1/4.放电尽可能采用,.0恒流放电,特别是在服务测 试的放电电流达不到,lf】的条件下,最好使用假负载. 同样要求及时监测每只电池的电压和总电压,防止过 放电. 3.3蓄电池的更换 更换蓄电池推荐是:如果年度容量核对性放电测 试的容量低于制造商的额定值的80%,应更换蓄电池. 更换的时序是容量大小标准应用的一个功能,也能比 较各种负载条件下的容量边界可能值.80%的容量表 明:即使电池具有满足直流系统负载能力的安培(电 流)能力,其退化速度也在增加.不推荐在蓄电池组接 近失效时更换单体. 4故;l({i0J成套装的常见敝障乖?处理 { 2号线事故照明成套装置自开通运营至今已有2 年多时间,运行总体良好.目前来看,故障主要发生在 逆变器部分,直流充电部分和交流切换部分工作基本 正常,故障率比较低.但是作为事故发生时的应急设 备,对其要求也就更高,一旦出现紧急状况,逆变器不 能正常工作,事故照明不能投入工作,后果将不堪设 想.这里总结了事故照明装置逆变器的一些典型故障 的原因和处理方法. 4.1交流电压异常故障 事故照明装置在做功能测试时,有时断开市电后, 逆变器不能正常投入,并报故障.故障代码为:Voltage SensorCircuitfault.该故障的主要原因是由于从变电 82URBANRAPIDRAILTRANSIT 所低压柜输出的电源为三相四线,经过交流切换单元 的四极断路器与事故照明装置的进线端相连,而事故 照明装置中的断路器为三级断路器在进行交流切换 时,输入逆变器的交流电由四极开关进行切换,在切断 三相交流电的同时,也将零线切断,造成零线与事故照 明装置的地线断开,使得事故照明装置在进行电压检 测时失去丫参考电位,电位会有浮起现象,电压监控装 置会认为是电压出现异常,发出报警信息.通过技术 人员的认真研究和分析,提出了2种尝试性的解决 办法. 4.1.1用电线将交流进线四极断路器的零线短接,使 得在进行交流切换时无法将零线断开,从而保证零电 位的一致,为设备提供不间断的零线(见图3). DC220VN 嘉突-Nv 逆变器 380V 交流 输入SBS N零线短接 电子静态 N 旁路开关 图3零线短接示意图 输出 4.1.2采用程序修改的办法,通过逆变器的配套软件 CANmonitor进行程序修改,改变逆变器参数INV— parameter,改善事故照明装置的切换性能 这两种方法都是针对这种故障的一种尝试,目前 已在多个车站进行试验并取得了一定的效果. 4.2逆变器系统故障 该故障的代码为:Inve~erFaultSystemFault.该故 障表现为逆变器无法正常启动,引起这种故障的原因 比较多,其中有一种是因为逆变器交流输出继电器的 常开触点接触不良造成的.逆变器的电路会以为 逆变器输出接触器未闭合,所以报出故障. 解决这种原因引起的系统故障的方法是在该接触 器的常开触点上再并联一个常开触点,形成接触器闭 合信号的"双保险"传递,防止这种故障的发生. 4.3系统通讯故障 该故障的代码是:Communicationfault该故障并 不是很常见,主要是由人为造成的.厂家在为逆变器 直流接触器K7添加辅助触点时接线错误,造成了接触 器线圈的烧毁.使得逆变器控制板A17上的控制继电 器K23的常开触头电流过大发生粘连,又造成了控制 广州地铁2号线事故照明装置浅析 回路保险管烧坏. 解决这种故障的方法是修改辅助触点的错误接 线,重新更换烧坏的接触器即可恢复逆变器的正常 工作. 4.415,'电源故障 该故障的代码是:15Vsupplyvoltagefault.这种 故障也不常见,主要是电流传感器元器件问题引起 的.故障现象是逆变器无法正常启动或者是启动后 报警. 解决这种故障的方法是检查逆变器输入,输出的 几个电流传感器,测量其在控制板接口处的电压是否 正常,如果发现异常,则需检查是否是霍尔传感器出现 问题,特别是传感器的接口处,检查是否有尘,或是虚 接.更换器件后一般故障即可消除. 5结语 事故照明装置是地铁重要的消防设备,在出现事 故紧急状况时的人员疏散和救援当中起着重要的作 用.逆变器作为事故照明装置中的关键设备,全套进 口,集成度高,还有很多问题需要在长期的维护和保养 过程中不断总结.本文是笔者从实际的工作中总结得 出的一些常见故障及处理经验,希望能与同行交流,共 同探索一些比较复杂的故障的处理办法,使设备能正 常,安全,稳定地运行. 参考文献 [1]吴伟光.轨道交通车辆中IGBT逆变器的应用与发展 [J].地铁与轻轨,2002(1). 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Keywords:devicesforemergencyillumination;inverter;batter,s;malfunctionhandling (上接第71页)[7]GB50108--2001地下工程防水技术规范[s].北京:中国 [4]王东晖.杭州湾大桥混凝土结构防腐构思[J].铁道计划出版社,200l' 标;位设计,2003(5):38.[8]GB50046—95工业建筑防腐蚀设计规范[s]?北京:中国 I5]GB50157—2003地铁设计规范『s1.北京:中国计划出版计划出版社,l995? 社.2003.[9]JTJ275—2000海港工程混凝土结构防腐蚀技术规范 f6]GB50010--2002混凝土结构设计规范[s].北京:中国建[s]?北京:人民交通出版 社,200l? 筑工业出版社,2002,责任编辑:郝京红 CountermeasuresagainstUndergroundWaterCorrosion f0rMetroStationStructures LinLu (TheFouahSurveyandDesignInstituteofChinaRailway,Wuhan430063) Abstract:Byanalyzingthefeaturesoftheconcretestructuresofmeffostationdistinguishedfromthefeaturesofotherstructures, theauthorputsforwardCountermeasuresagainstundergroundwatercorrosion,includingincreasingtheconsistencyofconcrete, increasingthethicknessofprotectionlayer,addingexternalcoatingorwaterproofingmembrane,addinginnercoatingontheinner surface,strengtheningtheprotectionofreinforcement,strengtheningtheprotectionmeasuresofconstruction,etc. Keywords:metrostation;concretestructure;corrosion;durability;alternationofwettinganddrying URBANRAPIDRAILTRANSIT83