论文部分内容阅读
摘 要：供电系统作为地铁通信设备的电源提供模块，在整个通信系统中占有重要地位。一般情况下，地铁供电系统由不间断电源UPS和交流配电单元构成，交流配电单元由总空开和下级分空开组成，是一种由两级空开组成的配电系统。本文通过对地铁通信设备供电系统中交流配电单元的空开选型搭配研究，提供一种空开组合的思路，力求对通信设备起到最大的供电保护。
关键词：地铁通信；交流配电单元；空开
中图分类号：U285 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）27-0322-02
背 景
随着地铁交通事业的快速发展，地铁通信设备在地铁日常运营中起到的作用越来越重要。地铁通信设备一般包含传输、无线、交换、视频监控、广播和供电等系统，各系统在不同方面发挥着各自的作用，构成传送语音、数据和图像等各种信息的综合业务通信网。传输为各个系统提供传输通道，实现设备互联互通；无线提供无线调度，实现列车司机与控制中心无线通信；供电系统为所有通信设备提供电源，是地铁通信设备的重要基础支持模块。地铁通信设备的平稳运行对整个地铁的运营服务质量有重要影响，一旦通信设备因供电原因发生集体掉电，将严重影响地铁运营服务质量。本文通过研究地铁通信供电系统中交流配电单元内空开选型搭配，力求为通信设备提供最合理、稳定的电源供电，确保电网中任一通信设备过载、短路都可以由与其直接连接的空开通过脱扣直接切断电源，隔离故障点，其他通信设备照常运行，保证地铁运营服务质量。
1 地铁通信供电系统概述
1.1 不间断电源UPS
UPS是Uninterrupted Power System的缩写，中文译为“不间断电源”，是一种含有储能装置，以逆变器为主要组成部分的恒壓、恒频的不间断的电源。当市电正常时，UPS将市电稳压、稳频后供通信设备使用，同时向蓄电池充电；当市电中断或异常时，UPS立即将蓄电池电源通过逆变转换的方式向通信设备继续供电，维持通信设备正常工作。
1.2 交流配电单元
交流配电单元是一种电源分配单元，它的作用是将经过UPS稳压、稳频后输出的电源安全、可靠、合理的分配给各个通信设备，保障通信设备平稳运行。地铁通信供电系统交流配电单元由上、下两级公开组成，上级空开为总空开，下级空开为直接与各通信设备连接的分空开。
1.3 空 开
空开是空气开关的简称，又名空气断路器，是断路器的一种，是一种只要电路中电流超过额定电流就会自动断开的开关。空气开关是低压配电网络和电力拖动系统中非常重要的一种电器，它集控制和多种保护功能于一身。除能完成接触和分断电路外，尚能对电路或电气设备发生的短路、严重过载及欠电压等进行保护。
2 上、下级空开选型搭配研究
2.1 故障案例
国内某地铁站发生全站通信设备掉电故障，对地铁运营造成较大影响。地铁调度立即组织通信人员对故障进行抢修，及时修复故障，恢复通信设备功能。经过现场抢修，通信人员发现故障是由于视频监控系统发生短路，短路电流过大造成交流配电单元内总空开及视频监控空开同时跳闸引起。因总空开发生跳闸，造成了所有通信设备同时掉电。
2.2 总空开跳闸原因初步分析
本次故障发生时，交流配电单元内总空开为施耐德IC65N系列空开，额定电流为63A，视频监控空开也是施耐德IC65N系列空开，额定电流为25A。由于本次故障原因为视频监控系统发生短路，短路瞬时电流过大造成交流配电单元内总空开与视频监控空开同时发生跳闸，这是造成整个地铁站内所有通信设备掉电的原因。
2.3 空开的B、C、D型
在ICE60898（ICE为国际电工委员会简称）标准下，将符合不同脱扣曲线的空开分为B、C、D型，脱扣曲线反映空开脱扣时间与过载、短路电流的关系，并规定了短路电流在达到空开额定电流的几倍时发生瞬时脱扣如表1。
本次故障发生时，通信交流配电单元内总空开和视频监控空开都为施耐德IC65N系列空开，而且都为符合C类脱扣曲线的C型空开。施耐德IC65N系列空开C型脱扣曲线如图1所示。
从图中可以看出，施耐德IC65N系列C型空开在短路电流达到7～10倍空开额定电流时会发生瞬时脱扣，而且脱扣时间无区别，都在0.01s或以下。结合本次故障实际情况，当短路电流达到630A或者更大时，视频监控空开、总空开在同一时间发生瞬时脱扣，本站所有通信设备发生掉电。
2.4 空开的级联和保护选择性
级联是指利用给定点断路器（即空开）的限流能力，允许安装低分断能力的低成本下级断路器。通过级联，空开可安装在不同的配电柜中。因此通常情况下，级联是指可安装分断能力低于该安装点预期短路电流的各类断路器的组合。当然，上级断路器分断能力需大于或等于该安装点的预期短路电流。
选择性是指自动保护装置（本文特指空开）间的协调配合，使电网中的任意故障可以并且仅有故障直接上一级短路其排除。若故障点所有故障电流值，从过载至短路电流，均由下级空开断开切断故障电流，上级保持闭合，则称上、下级空开具有完全选择性保护；如果全短路故障电流情况下，不能满足完全选择性保护，但是可能在某一较低故障值时（选择性极限值）上、下级具有选择性，则称为部分选择性保护。若故障发生时，上、下级空开同时断开，则称保护无选择性。
2.5 总空开跳闸原因深度分析
进一步分析，从施耐德公司IC65系列小型断路器资料中发现，上级为IC65N系列额定电流为63A的C型空开，与下级为IC65N系列额定电流为25A的C型空开的组合结果为无保护选择性的，也就是说当发生短路时，并且短路电流超过上级空开的额定电流时上、下级空开会发生同时跳闸，如图2所示。
因此，短路电流较大，交流配电单元内上、下级空开选型搭配不合理无法起到完全选择性保护是导致总空开跳闸，造成地铁站内所有通信设备掉电的根本原因。
2.6 解决方案
本站交流配电单元内视频监控空开为施耐德IC65N系列额定电流为25A的C型空开，其他通信设备也是该类型空开，且额定电流小于25A。根据保护选择性对照表，总空开需选择Compact NSX160F/N/H/S/ LTM-D系列额定电流125A的空开，可起到完全选择性的保护效果。
2.7 研究结论
两级或者两级以上空开的选型搭配非常重要，必须从建设初期设开始就给予充分考虑，确保上、下级空开的选型搭配符合设备供电要求，起到相应的保护选择性，对于地铁运营安全、运营服务质量造成较大影响的设备需达到保护完全选择性，这样才能保证设备供电的连线性。空开生产厂家一般都会有上、下级空开搭配保护选择性对照表，从表中可以看出上、下级空开如何搭配才能达到完全选择性。
3 结 语
本文从实际故障出发，深入研究故障原因，抽丝拨茧，层层推进，最终找到故障原因，为通信设备供电系统空开选型搭配提供一种正确思路。空开的上、下级组合不能只是简单的看额定电流的大小，不能简单认为上级空开额定电流大于下级空开就满足要求。必须从空开的型号、功能等方面考虑，并参考空开保护选择性对照表，才能确定上、下级空开的选型搭配，保障设备用电的稳定和安全。
参考文献
[1]孟宪章.低压断路器.北京：中国电力出版社，2006.
[2]施耐德电气有限公司.Acti9 ic65系列小型断路器产品资料.北京，2011.
收稿日期：2018-8-11
作者简介：罗胜雄（1987-），男，汉族，广东梅州人，助理工程师，本科，主要从事城市轨道交通通信技术管理工作。
关键词：地铁通信；交流配电单元；空开
中图分类号：U285 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）27-0322-02
背 景
随着地铁交通事业的快速发展，地铁通信设备在地铁日常运营中起到的作用越来越重要。地铁通信设备一般包含传输、无线、交换、视频监控、广播和供电等系统，各系统在不同方面发挥着各自的作用，构成传送语音、数据和图像等各种信息的综合业务通信网。传输为各个系统提供传输通道，实现设备互联互通；无线提供无线调度，实现列车司机与控制中心无线通信；供电系统为所有通信设备提供电源，是地铁通信设备的重要基础支持模块。地铁通信设备的平稳运行对整个地铁的运营服务质量有重要影响，一旦通信设备因供电原因发生集体掉电，将严重影响地铁运营服务质量。本文通过研究地铁通信供电系统中交流配电单元内空开选型搭配，力求为通信设备提供最合理、稳定的电源供电，确保电网中任一通信设备过载、短路都可以由与其直接连接的空开通过脱扣直接切断电源，隔离故障点，其他通信设备照常运行，保证地铁运营服务质量。
1 地铁通信供电系统概述
1.1 不间断电源UPS
UPS是Uninterrupted Power System的缩写，中文译为“不间断电源”，是一种含有储能装置，以逆变器为主要组成部分的恒壓、恒频的不间断的电源。当市电正常时，UPS将市电稳压、稳频后供通信设备使用，同时向蓄电池充电；当市电中断或异常时，UPS立即将蓄电池电源通过逆变转换的方式向通信设备继续供电，维持通信设备正常工作。
1.2 交流配电单元
交流配电单元是一种电源分配单元，它的作用是将经过UPS稳压、稳频后输出的电源安全、可靠、合理的分配给各个通信设备，保障通信设备平稳运行。地铁通信供电系统交流配电单元由上、下两级公开组成，上级空开为总空开，下级空开为直接与各通信设备连接的分空开。
1.3 空 开
空开是空气开关的简称，又名空气断路器，是断路器的一种，是一种只要电路中电流超过额定电流就会自动断开的开关。空气开关是低压配电网络和电力拖动系统中非常重要的一种电器，它集控制和多种保护功能于一身。除能完成接触和分断电路外，尚能对电路或电气设备发生的短路、严重过载及欠电压等进行保护。
2 上、下级空开选型搭配研究
2.1 故障案例
国内某地铁站发生全站通信设备掉电故障，对地铁运营造成较大影响。地铁调度立即组织通信人员对故障进行抢修，及时修复故障，恢复通信设备功能。经过现场抢修，通信人员发现故障是由于视频监控系统发生短路，短路电流过大造成交流配电单元内总空开及视频监控空开同时跳闸引起。因总空开发生跳闸，造成了所有通信设备同时掉电。
2.2 总空开跳闸原因初步分析
本次故障发生时，交流配电单元内总空开为施耐德IC65N系列空开，额定电流为63A，视频监控空开也是施耐德IC65N系列空开，额定电流为25A。由于本次故障原因为视频监控系统发生短路，短路瞬时电流过大造成交流配电单元内总空开与视频监控空开同时发生跳闸，这是造成整个地铁站内所有通信设备掉电的原因。
2.3 空开的B、C、D型
在ICE60898（ICE为国际电工委员会简称）标准下，将符合不同脱扣曲线的空开分为B、C、D型，脱扣曲线反映空开脱扣时间与过载、短路电流的关系，并规定了短路电流在达到空开额定电流的几倍时发生瞬时脱扣如表1。
本次故障发生时，通信交流配电单元内总空开和视频监控空开都为施耐德IC65N系列空开，而且都为符合C类脱扣曲线的C型空开。施耐德IC65N系列空开C型脱扣曲线如图1所示。
从图中可以看出，施耐德IC65N系列C型空开在短路电流达到7～10倍空开额定电流时会发生瞬时脱扣，而且脱扣时间无区别，都在0.01s或以下。结合本次故障实际情况，当短路电流达到630A或者更大时，视频监控空开、总空开在同一时间发生瞬时脱扣，本站所有通信设备发生掉电。
2.4 空开的级联和保护选择性
级联是指利用给定点断路器（即空开）的限流能力，允许安装低分断能力的低成本下级断路器。通过级联，空开可安装在不同的配电柜中。因此通常情况下，级联是指可安装分断能力低于该安装点预期短路电流的各类断路器的组合。当然，上级断路器分断能力需大于或等于该安装点的预期短路电流。
选择性是指自动保护装置（本文特指空开）间的协调配合，使电网中的任意故障可以并且仅有故障直接上一级短路其排除。若故障点所有故障电流值，从过载至短路电流，均由下级空开断开切断故障电流，上级保持闭合，则称上、下级空开具有完全选择性保护；如果全短路故障电流情况下，不能满足完全选择性保护，但是可能在某一较低故障值时（选择性极限值）上、下级具有选择性，则称为部分选择性保护。若故障发生时，上、下级空开同时断开，则称保护无选择性。
2.5 总空开跳闸原因深度分析
进一步分析，从施耐德公司IC65系列小型断路器资料中发现，上级为IC65N系列额定电流为63A的C型空开，与下级为IC65N系列额定电流为25A的C型空开的组合结果为无保护选择性的，也就是说当发生短路时，并且短路电流超过上级空开的额定电流时上、下级空开会发生同时跳闸，如图2所示。
因此，短路电流较大，交流配电单元内上、下级空开选型搭配不合理无法起到完全选择性保护是导致总空开跳闸，造成地铁站内所有通信设备掉电的根本原因。
2.6 解决方案
本站交流配电单元内视频监控空开为施耐德IC65N系列额定电流为25A的C型空开，其他通信设备也是该类型空开，且额定电流小于25A。根据保护选择性对照表，总空开需选择Compact NSX160F/N/H/S/ LTM-D系列额定电流125A的空开，可起到完全选择性的保护效果。
2.7 研究结论
两级或者两级以上空开的选型搭配非常重要，必须从建设初期设开始就给予充分考虑，确保上、下级空开的选型搭配符合设备供电要求，起到相应的保护选择性，对于地铁运营安全、运营服务质量造成较大影响的设备需达到保护完全选择性，这样才能保证设备供电的连线性。空开生产厂家一般都会有上、下级空开搭配保护选择性对照表，从表中可以看出上、下级空开如何搭配才能达到完全选择性。
3 结 语
本文从实际故障出发，深入研究故障原因，抽丝拨茧，层层推进，最终找到故障原因，为通信设备供电系统空开选型搭配提供一种正确思路。空开的上、下级组合不能只是简单的看额定电流的大小，不能简单认为上级空开额定电流大于下级空开就满足要求。必须从空开的型号、功能等方面考虑，并参考空开保护选择性对照表，才能确定上、下级空开的选型搭配，保障设备用电的稳定和安全。
参考文献
[1]孟宪章.低压断路器.北京：中国电力出版社，2006.
[2]施耐德电气有限公司.Acti9 ic65系列小型断路器产品资料.北京，2011.
收稿日期：2018-8-11
作者简介：罗胜雄（1987-），男，汉族，广东梅州人，助理工程师，本科，主要从事城市轨道交通通信技术管理工作。