发布时间：2022-05-16 23:09:16
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成像变焦系统像面一般保持不变，视场和相对孔径发生变化，而模拟器变焦系统可根据实际模拟场景的需要对光学特性参数提出要求，例如为了模拟红外场景的逼近，有一种变焦系统[2]在变焦过程中，视场不变，像高及相对孔径变化。根据导引头的测试要求以及导引头、模拟器在五轴转台上的安装需要，确定光学系统的设计指标(按光路追迹方向)为•工作波段0.65~0.9μm•视场5°×5°；11°×11°•像面尺寸16.5mm(对角线)•F数2.2•入瞳距离600mm•MTF(35lp/mm处)中心视场MTF>0.3；边缘视场MTF>0.2•畸变<3%从以上参数可以看出，与成像变焦系统不同，为了使模拟器输出均匀场景，变焦准直光学系统应与导引头光学系统的光瞳衔接，并保证模拟器在五轴转台上安装。在本设计中，使光学系统的孔径光阑即系统的入瞳位于镜组前600mm处来满足这一要求。
2光学系统设计
2.1结构形式及参数确定
变焦系统[3]有连续变焦系统和切换式变焦系统。模拟器大小视场之间并不要求连续变化，因此考虑采用切换式变焦系统，即在长焦光路中插入一组镜头来改变系统的焦距，实现大小视场的转换，大小视场共用相同的透镜组可减少透镜的数量，简化系统结构。如图1所示，光学系统由望远透镜组、变倍透镜组、中继透镜组、全反射棱镜组成。光学系统在结构形式上采用二次成像结构[4-5]，目的在于缩小后组透镜的口径，减小全反射棱镜的外形尺寸。按照模拟器的投影方向，中继透镜组将像面上的图像放大，在透镜组之间产生一个中间像，望远透镜组将放大的中间像以平行光投射出去。为了减小模拟器的横向尺寸，光学系统利用变倍透镜组的旋进和旋出实现大小视场的切换，在使用大视场时，变倍透镜组被旋转进入系统光路，在使用小视场时，变倍透镜组被旋出系统光路。光学系统的孔径光阑位于望远透镜组前600mm处，大小为Ф60mm，这种结构使轴外光束在第一组透镜上的投射高很大，第一片透镜的通光口径大约在Ф191mm，轴外像差难校正，因此应选取两片以上的透镜，由于透镜口径大，不宜采用胶合透镜。中继透镜组为一个近距离成像的透镜组，为了更好地校正像差，可选用孔径光阑在中间的对称式结构。考虑到整个系统的总长以及像差平衡，望远透镜组的焦距取f1=290mm左右，中继透镜组焦距取f2=80mm左右，放大倍率为-0.3倍。
2.2系统优化
系统是在小视场的基础上实现大视场的转换，因此首先对小视场进行优化设计，先分别优化望远透镜组和中继透镜组，再将两组和进一步优化。为了提高光学系统的像质，可在设计中引入非球面，合理选择非球面的位置，可有效地校正球差及轴外像差，在中继透镜组引入非球面，一方面有利于像散、畸变、以及彗差的校正，另一方面由于透镜的口径小，便于非球面的加工和检测。在望远透镜组和中继透镜组之间加入变倍透镜组时，透镜组的片数和材料根据像差的校正情况来确定。另外在保证变倍透镜组切换空间的前提下，控制望远透镜组和中继透镜组之间的距离以减小变倍透镜的口径，从而减小旋转电机的承重。模拟器采用数字微镜阵列DMD[6]作为图像生成器件，在光学设计时应考虑光源的导入，系统采用全反射棱镜实现光源光路的折转，不仅便于光源位置的调节，而且能使系统结构紧凑。棱镜相当于玻璃平行平板处于会聚光路中，会产生各种像差，像差的大小取决于玻璃平行平板的折射率和厚度，因此在优化过程中，棱镜应置于光路中和透镜组一起消像差。二次成像结构总长较长，因此在优化过程中，应对系统总长加以限制以满足转台对模拟器外形的要求。
2.3全反射棱镜参数的确定
如图2(a)所示，全反射棱镜[7]由两片棱镜组成，两片棱镜中间有很小的空气间隙(≤50μm)，由光源发出的光束在棱镜1界面2上发生全反射，又在棱镜1界面3上发生折射，被DMD反射后，再次透过棱镜1的界面2进入光学系统。由于空气间隙很小，从DMD反射回来的光束经过棱镜时，光轴会有很小的位移，但不会有角度的偏移。全反射是通过棱镜1实现，因此棱镜1的设计比较关键，在设计中主要是确定棱镜1中α角和β角的值。
3设计结果
根据以上思路，利用Zemax软件进行优化计算，得到如图3所示的光学系统，望远透镜组由4片透镜组成，中继透镜组由两个单透镜和两个胶合透镜组成，两组均采用重冕玻璃和重火石玻璃组合消色差；中继透镜组采用了2个二次非球面和2个高次非球面进一步校正像差。变倍透镜组由4片透镜组成，采用重冕玻璃、重火石玻璃以及火石玻璃组合消色差。望远透镜组4片透镜的通光孔径较大，在Ф158mm~Ф193mm之间。系统焦距的变化使模拟器实现了两个视场的转换，F数保证了测试的能量，入瞳距足以满足模拟器变焦系统与导引头光学系统光瞳的匹配以及导引头的安装空间，系统总长可保证模拟器在转台上的安装需要。变焦系统长焦和短焦的调制传递函数如图4所示，畸变如图5示。图4表明系统在35lp/mm处，长焦时轴上0视场调制传递函数为0.65，轴外1.0视场调制传递函数大于0.54；短焦时轴上0视场调制传递函数为0.53，轴外1.0视场调制传递函数大于0.17。系统长焦时像质良好，短焦时弧矢方向调制传递函数略差，但也能满足模拟器的使用要求。由图5可以看出，系统在中心波长λ0=0.75μm处，长焦时畸变小于0.07%，短焦时畸变小于0.4%，系统畸变小于1%，完全可满足模拟器对畸变的要求。考虑光源的大小以及像差的校正，选取棱镜的厚度d=25mm，将棱镜置于光路中和透镜组一起校像差，通过光路追迹，可得到棱镜1界面3的通光口径D，再考虑装夹余量，取D=35mm。在图2(b)中，由于DMD的偏转角为24，入射光线在界面3上的折射角i′即为24，棱镜采用k9玻璃，k9玻璃在中心波长λ0=0.75μm处的折射率n=1.51141087，又知空气折射率n′=1，由折射率定律得到i=15.61。再由式(4)和式(2)计算得到棱镜1的＝47.24，β＝31.63。由图2(b)可知光线在界面2上的入射角θ==47.24，由式(1)计算得临界角im=41.42，θ＞im，由此可见棱镜1的角度值完全可以使入射光线实现全反射。
4结论
关键词：电力系统；电气主接线；配电装置
随着社会经济现代化步伐的加快，电力需求往往供不应求，建立运行稳定安全的电站变的迫在眉睫。变电站是电力系统建立不可缺少的部分，而变电站的电气系统的安全平稳运行对整个电网的安全运行和发展起着决定性的作用。本文就对110KV变电站的电气系统设计的具体情况如变电站的组成与各个环节的链接方法、主要电气设备的选择和出现的问题及解决方案进行详细阐述。
在整个变电站的电器系统设计中，各个主要部分的链接是建立整个电力系统的关键所在，电气化系统的设计可以清晰明确变电站内部变压器和各种电压线路以及所需设备的链接是否正常，各个部件之间的链接是否达到最大限度得的联系，也可以载明变电站内各种设备之间的链接方式和方法。变电站电气设备主链接的设计思路主要是根据变电站的电压级别和变电站的性质选择出一套与变电站的电器设备相符合的电器设备链接方式。变电站的主链接方式的选择可以直接影响到所处整个电力系统的和变电站的运行安全与否，因此，在实际的工作中，我们要想保证电力系统的平稳安全运行就在做好基本工作意外还需要在一定程度上关注变电站对电气化设备的选择以及其他配电设备的的采用，比如想主变压器的采用设备的性能程度会直接影响到变电站乃至整个电力系统的安全性和经济性，必须引起重视。
首先、对变电站一次部分电气设计
由于在我国的农村电网设施以及变电站的设置较为偏少，电站之间的距离较长，对电路的耗损随之加大，这样势必会造成到用户的的电压过低的具体情况，在日常的生产生活中这种低电压肯定会影响到居民的生产生活质量。为了改变在广大农村存在电力的问题，我们力争改变目前的现状，在满足人民的基本生活的要求后，也要为农业的发展提供便利条件。因此，本论文认为应在我国的农村建立一批小型的变电站，所建立的电站的电压应保持在110KV，具体的地理位置应选择在里城市的发展区切交通较为方便的地方。
在建设的变电站电器的一次部分应采取110KV的进电，因为变电站的选址在交通较为方便的区域，所以变压器应为三相电。对变电站一次部分的电气设计的主要目的就是选择接线形式、设备等和对变压器出现路和继电的保护等。对电气的设计我们应以电力供应和传输的安全、平稳和低损耗为原则。
1、要根据所带负荷的程度来选择变压器，一般情况下，一次部分的电器设计所涉及的范围较广内容很多，另外还要根据不同的电压低等级和类型性质等进行具体侧重点的设计，应根据实际情况具体分析具体操作。
2、在设计过程中需要根据变电站的规模和具体情况进行设计，其中需要注意的是，设计中所选用的主变压器必须要满足在输送过程中队电容的需求，需根据电力系统的具体规定选择，再将变压器的允许负荷能力考虑进去。
3、变电站电气系统的设计的重要部分是电器主接线，这个应该根据具体的立项方案执行，所应准备多个主接线方案供参考，这主要是根据线路的出入回数、电压级别、变压器的台数等众多因素的不同设计的方案。对于方案的选择主接线的要求从技术上和可行性上两个方面进行论证。首先通过技术手段对所有的设计方案进行甄选，对于那些明显不合格的设计方案要先去除，接下来再运用具有可靠性的定量分析模型等进行计算比较，选择在技术上最优的两道三个主接线方案。对于变电站电气设备的选择就必须根据既定的额定电压和额定电流进行选择，在根据短路情况出现的条件检验他的相关稳定性。
等于允许值。
其次、电气二次部分的设计
经过我们对于110KV变电站的了解和研究，初步确定变电站电气二次部分的设计布置和各级电压的配置装备，另外就是随着电气化自动信息化的发展趋势，还应该对变电站电气系统的自动化系统的配置所要求的直流电的数据。我们从以下几个方面进行着重分析，1、从在电力调度方面来看，我们可以尽可能的借助现代化技术手段对变电站的分布进行远程控制，并在相关系统的配置运行上装备相关保护和预防装置。2、从负荷增长方面来看，我们需要提前讲明建立变电站的必须性，在确定前者后我们再根据将要建立变电站的总括和走线方向等方面进行考虑，经过对所能承载的负荷资料尽享详细分析，以及变电站的安全性和运行性考虑确定电力规格和电站的主接线，最后通过负荷计算出在一定区域内所需要的建立的变电站台数，以及所要配备的变压器和电容器等设备的数量和型号等。最后，在依据所拟建变电站的最大持续工作电流量和短路的计算分析结果做出相关保护措施，如：变压器保护、母线保护、防雷保护等。
另外，就是根据当前施行的电力系统设计要求的规定，设计一个110KV的变电站的电器设备二次部分里继电保护是电力系统安全平稳运行的一个重要环节和障碍，在本文的变电站电气系统的设计的继电保护的设计中我们结合了实践工作以及当前我国在继电保护利于的主要问题进行重点研究，对继电保护的安全及反应灵敏性都采用计算机技术进行监控，使其能够智能化的处理状况，对电气系统进行不要的保护。对于110KV线路的配置保护是采取定段距离保护，在内条线路上都装置上反应快速，能在故障发生的第一时间切除故障，对去挑变电站的电器设备进行保护的，且性能相对较好的故障录播装置系统，已达到对母线进行保护的目的。在电力系统设备中的电力变压器是整个系统中的重要电气设备，变压器的故障对整个供电系统的安全稳定性运行都会造成很严重的后果，其次还有变压器是是相当贵重的设备，所以，我没一定要根据变压器的保护对其负荷的电容和电压进行精确地控制，确保保持良好的运行。
最后、高低压配电设计
在对高低压配电的设计上所需用的配电装置必须满足在充分考虑经济性和安全性的基本的要求外，还需对高低电压等进行负荷等级的评估设计做出相关配电装置。所谓的一级配电设备是整个变电站的主动力中心，这些设备一起安装在电力系统的变电站，经此将电力发送给下级的各个配电设备。由于这套设备属于第一级降压设备，所对其的电气参数和电容等数据会要求很高。动力配电柜和电动机控制中心一起构成变电站的二级配电设备，配电柜的使用较为分散，且回路较少的环境，而电动机控制中心则恰恰相反没适用于较为集中的环境。他们按照以及配电设备的要求将电力分配到相应负荷的二级配电设备。高低压配电设计的目的是就是将上级的高电压电能通过高低压的配电装置将高压电转入低压电，在配送到下一级电网，这可以对负荷提供了保护监控等作用。最后一个配电设备也叫照明动力配电箱，里总配电中心较远，小小电容设备。
综上所述，在对110KV变电站电气系统的设计我们已经有了较为详细的方案，但在实际的工作中，我们还需要根基变电站的实际所处的情况和环境进行具体的分析和研究，相信在我国的电力系统不断发展的大环境下，变电站电气系统的设计将会更优化，取得令人满意的系统设计。本文介绍的110KV变电站电气系统设计的结构、布置、配置等实在长期工作实践的基础上得到的体会，望能为电力行业的同仁们参考，所设不足之处还望批评指正。
参考文献：
[1] 黄纯华.工厂供电[M].天津：天津大学出版社，2001.
[2] 水利电力部西北电力设计院.电力工程电气设计手册电气一次部分[Z].1985，12.
关键词：高层楼宇；电气系统；节能；问题分析；解决路径
中图分类号：F407.6 文献标识码：A 文章编号：
一、导言
我国高层楼宇建筑电气系统节能方面现存的一些不合理现状，我们应结合建筑电气系统节能基本原则和多年的知识积累和设计工作经验，从变压器技术经济性选择、降低供配电线路损耗、绿色节能照明、电机拖拽系统变频调速等方面，采取措施做好高层楼宇建筑电气系统节能降耗，有效提高电气系统中电能综合使用效率，降低建筑电气综合能耗，保证高层楼宇建筑中各电气设备发挥出其优良的电气性能。
二、高层楼宇建筑电气系统中存在的问题分析
（一）变压器存在的节能问题
在通常的情况下，高层楼宇建筑的变压器以35KV的电压把电源从城市的变配多当中引入，之后，通过隔层的相应设备以10KV的配电变压器向各机电设备进行馈电。而随着之后配电器的运行的时间的不断延长，所以变压器的损耗所占用的电量逐步增加，其损耗所占高层楼宇的供电系统损耗的电量的10%以上的时候，应该根据实际具体情况是否考虑是否将其淘汰的问题，因为目前现代的高层楼宇的智能化水平已经达到了比较高的层次，大多数配电变压器通过一段时间运行之后就已经不再适应和满足高层楼宇建设和发展的需求。但是，在我国的1990年代以前所修建的高层楼宇当中，有许多目前正在使用的配电电压器已经超过了20年的老系列配电变压器，这些配电变压器具有高损耗的特点，和目前现代社会所推广的新型的节能配电变压器相比较来说要多耗出70%以上的电，并且其负载损耗也要高出大约五成以上。加上这些老的设备长期以来都是不合理地进行运行的，严重缺乏有效的管理和良好的维护，所以其老化的现象特别严重，这就大大增加了变压器进行运行过程中的综合能耗总量。同时，在进行供电系统的设计的时候，以及在确定配电变压器的容量的时候，在一般情况下都认为配电便器是具有负荷能力的，容量应该按照高层楼宇建筑所需要的容量来进行计算符合负载或者接近满负载来进行选择。但是，这种一种比较错误的已经无法适应时展的选型设计的力量，其错误之处在于误认为变压器在较长的事件之内处于“满负荷”运行工况能够大大提高运行经济型、节省建筑电气设计综合投资成本，但是，实际上受到的效果恰恰相反，殊不知变压器是一种能量转换效率超过 95%以上的电气设备，但是其高效率智能在变压器处于 50%～60%负载的状况下才能够获得，变压器能量转换效率和变压器负载率之间并不是完全呈现成正比例关系的，所以我们应该从经济性、技术性、运行高效性等诸多层面，从最大限度发挥变压器最高效率等视角来考虑问题、分析问题、解决问题，合理地进行变压器选型设计。与此同时，在进行变压器选型的过程中，还应当充分考虑变压器运行环境温度、运行方式等其他相关因素，防止出现变压器选型容量过大以及多小等降低变压器运行可靠性，增大供配电系统的电能损耗。
（二）供配电线路的节能问题
在高层楼宇建筑中，使用各型号的供配电导线电缆不计其数。但是因为供配电线线路较多，其在运行的过程中其所消耗的功功率是非常大的，减少供配电线路损耗是建筑电气系统节能的主要部分。但是，在一些早期建设的高层楼宇建筑中通常情况下都普遍存在导线截面选型不合理，布线迂回混乱，绝缘老化严重等许多问题，导致高层楼宇建筑电气系统电能浪费特别严重。并且，随着高层楼宇建筑各机电设备系统对电能需求量的不断增加，就会致使原设计的供配电线路经济截面和电气系统运行时实际需求经济截面间存在严重不匹配情况，造成供配电线路长期运行在低效工况状态，线路损耗大大得到了增加，影响了建筑物内部各个机电设备系统正常运行，并且还较大程度上降低了高层楼宇建筑的综合服务能力和水平，同时，线路上巨大的电能损耗还能够给住宅用户增添额外用电负担。
（三）照明系统的节能问题
在很多高层楼宇建筑照明系统中，因为传统设计理念以及设计方案还没有较好地和现代高层楼宇建筑发展有效地进行接轨，很多楼宇建筑电气系统中存在照明系统光源灯具类型选择不合理、匹配性能差、照度设计难以达标和智能节能控制管理水平低、综合服务差、能耗较大等等许多问题，导致了高层楼宇建筑照明系统无法发挥其应有的良好灯光效果，这不仅导致了很大的电能资源浪费，还严重影响了人们正常工作、学习、休息质量。早期的高层楼宇建筑中有很多还依然用白炽灯，十分不利于建筑物长远节能经济 的发展。9W 紧凑节能型荧光灯和 60W 白炽灯是具有大致相同光通量。紧凑型荧光灯和白炽灯特性参数比较能够知道，两种灯具光通量大致是相同的，1 只紧凑型节能灯具开始投资售价大概是 37 元人民币，白炽灯为 1 元人民币，从初始投资来看，白炽灯综合投资成本要远远低于紧凑型节能灯具。然而，从一年的运行费用来看，紧凑型节能灯具经一年运行后，不仅其节能费用收回了灯具前期投资成本，同时还节省了 9.2 元人民币。而在高层楼宇建筑中，照明灯具的数量是非常巨大的，如果在建筑电气照明系统中合理选择节能灯具，所获得的经济效益应该是非常可观的。
（四）电机拖拽系统的节能问题
电机拖拽系统是现代高层楼宇建筑智能人性化服务水平的重要体现之一，同时还是建筑电气系统一个较大的电能消耗单元。我们在日常运行维护过程中发现，电机拖拽系统普遍存在着运行方案的设计不合理、需求调度智能分配自动化水平低、综合维护措施不到位等许多情况，导致建筑电气系统中的电机拖拽系统长期运行在低效工况区，不仅造成大量的电能浪费，同时还由于电机拖拽系统长期处于不平衡运行工况，大量发热降低电机系统综合使用寿命。
（五）日常运行维护管理措施的节能问题
目前，在许多高层楼宇的建筑中还存在非长明灯没有得到实时控制长期处于运行状态；办公室人员的节能意识不强，没有养成随手关灯、关风扇、关空调、关电脑等习惯，经常出现电脑、空调、甚至灯具等 24 小时运行情况；空调温度调节过高或过低，一方面降低了空调系统的舒适性能，另一方面增加了额外大量电能损耗，增加了建筑电气系统能耗。因此，在日常工作中，培养办公室、工作人员等的节能降耗意识，并对整个电气系统实施合理完善的检修维护，在一定程度上可上海交通大学工程硕士学位论文 高层楼宇建筑电气节能技术研究以推动建筑电气节能工作的顺利开展。
三、高层楼宇建筑电气系统节能技术应遵循的原则
（一）适用原则
就是首先要在满足建筑物内部各机电系统正常运行动力需求和营造良好人工环境必要能源要求的基础上，根据机电设备对于电力负荷容量、电能综合质量、以及供电可靠性等方面，来优化高层楼宇建筑供配电系统，促进整个建筑电气系统中电能资源得到充分合理的利用。
（二）实际原则
在技术性满足高层楼宇建筑电气系统需求时，要结合工程实际情况充分考虑实际应用经济效益，并合理选用先进的节能设备及材料，使在节能过程中增加的投资成本能够在较短的时间内通过节约电费等手段将其收回，提高整个建筑电气系统经济性能。
（三）优化节能性原则
要充分考虑高层楼宇建筑内部的电气负荷类型、容量、以及用电等级等因素，并采取相应技术措施减少或消除与发挥高层楼宇构建物功能无关的电能消耗，比如：通过控制系统优化降低电气设备自身电能浪费；通过综合布线优化方式建设供配电线路上的电能消耗；通过变频调速提高电机拖动系统综合运行效率等，这些是建筑电气系统节能主要切入点。建筑照明系统节能设计应遵循绿色节能照明要求，即高层楼宇建筑物绿色照明并不只关心照明节能方面，还应从有益于提高人们实际生产、工作、学习效率、以及生活质量等方面进行充分考虑。因此，建筑电气系统节能技术研究应始终贯彻以人为本、经济舒适、科学合理、技术经济、节能降耗、以及绿色环保等原则。
四、高层楼宇建筑电气系统节能技术方案
（一）配电变压器节能技术方案的总体思路
配电变压器节能经济运行方式的优化分析研究，可以从变压器运行有功功率损耗最小、无功功率损耗最小、以及综合运行功率损耗最小三种组合进行讨论。如要求从节约有功电量为主角度入手进行变压器节能经济运行方式研究时，则应按变压器有功功率经济运行方式进行优化比较分析；如要求从提高变压器运行功率因数为主角度入手进行变压器节能经济运行方式研究时，则应按变压器无功功率经济运行方式进行优化比较分析；如需要兼顾两者或以降低供配电系统网损为主角度入手进行变压器节能经济运行方式研究时，则应按变压器综合功率经济运行方式进行优化比较分析。高层楼宇建筑电气系统节能不仅要考虑有功功率节能方面，同时还要考虑无功功率节能特性，因此，在进行变压器节能经济运行方式优化分析比较时，选择兼顾有功功率和无功功率两者的供配电系统网损最小的节能经济运行模式。
变压器空载运行只能够和功率损耗的计算公式为：。
（二）确定变压器间负载经济分配
由于高层楼宇建筑通常是由几台变压器同时分列运行供电，即在建筑电气系统中变压器有功功率和无功功率总损耗为所有变压器损耗的总和。从大量文献资料和实际设计工作经验可知，在建筑物内部用电负荷总量不变，且变压器运行方式也处于不变条件下，变压器间负载量的分配不同其变压器系统总有功损耗和无功损耗也会有很大差别。因此，在多台变压器单独运行或并列运行模式下，需要对变压器间的总负载进行经济分配，从而使各变压器均运行在最优工况条件下，使变压器总有功功率损耗和无功功率损耗降到系统最低值，达到节能降耗的目。
（三）保持配电变压器三相负荷实时平衡
当配电变压器三相负荷处于不平衡状态时，就会造成变压器三相压差过大，从而产生负序电压，导致供配电系统电压发生波动，影响电压质量和供配电系统安全可靠运行。由于变压器某相绕组中负荷电流过大，就会导致该绕组的铜损增大，增大变压器损耗；负荷三相不平衡还会造成变压器内部磁路发生不平衡，从而形成大量的漏磁通，且在流经铜皮、变压器铁心夹件等部件，就会发生发热现象，增大变压器内部杂散损耗。因此，在高层楼宇建筑电气系统设计、施工、以及后期运行维护过程中，应该对电力负荷进行充分统计分析，设计出高效经济合理的供配电系统布线方案，并采取先进的技术手段措施，保持变压器运行时其三相负荷长期处于近似平衡工况；变压器选择应尽量选在负荷中心位置。并在后期运行维护过程中通过监控系统实时监测供配电系统电压水平，并对不合理运行工况进行及时调整；对于高层楼宇建筑中的大容量单相电气设备，应设专用单相变压器，并直接接在供配电系统的高压网络上；同时采取相应无功补偿及消谐装置，提高供配电系统功率因素，保证高层楼宇建筑电气供配电系统安全稳定、节能经济的高下运行。
（四）选用新型节能变压器
从大量实际工作经验来看，当配电变压器运行过程中其过电压水平达到额定电压值 5%时，其内部铁损量将会增加到 15%；而当配电变压器的过电压水平达到额定电压值的 10%运行，其内部铁损量则会急剧增高到额定时的 50%以上，且变压器内部空载电流值也会大幅度增加，从而增大了供配电系统中的无功损耗总量。因此，选用新型节能配电变压器对提高建筑电气系统电能使用效率具有非常大的工程实际意义。自动调压器是一种可以自动跟踪供配电系统中输入电压值的变化（主要由电力系统中负载波动引起）值而通过内部电压的自动调节，保证整个电压输出稳定。自动调压器实际就是一个恒定输出的三相自耦变压器，它可以在供配电系统电压处于 20%波动范围内，利用内部相应控制器对整个电压进行动态调节，保证其输出电压的恒定，从而有效提高供配电系统的供电电能质量水平，保证建筑电气系统高效稳定的运行，达到节能降耗的目的。
（五）供配电线路节能技术方案
在进行高层楼宇建筑电气系统设计时，应该根据建筑物内部机电设备负荷容量及分布、供电距离、机电设备特性等因素，进行科学合理布线。整个供配电系统结构应尽量简单清晰可靠，且各机电设备系统配电级数不宜超过三级。供配电线路是整个高层楼宇建筑电能输送直接载体，其动力干线、支线等线路是一个错综复杂的交叉性互联网络，其总长度较长，通常在数万米甚至几十万米以上，线路上电能总损耗量相当大，所以供电线路节能技术方案研究也是建筑电气系统节能研究的一个重点。
（1）合理选用导线类型
从技术经济性角度出发，选用电导率较小的新型材质导线。在工程实际应用中发现铜芯电缆传输电能效率最佳，但由于铜的成本较高，因此在进行线路布线方案设计时，要充分结合节约用铜，经济实惠原则。对于负荷容量较大的一类、二类建筑中应选用铜导线，而对于三类或负荷量较小的其它建筑物中宜选用铝芯导线，以提高其经济性能。
（2）减少输电线路长度
在进行变配电所选址规划设计时，应尽量将其设置在靠近负荷中心位置，且变配电所的低压配电室应尽量靠近建筑物强电竖井部位，以缩短馈电线路的供电距离，减少线路中电能损耗，达到节能降耗的目的。
（3）增大线缆截面
在高层楼宇建筑电气系统设计时，不可避免的会出现某些机电设备距离馈电系统较远的情况，这样在进行较远线路选型设计时，除了要满足线路基本载流量、动热稳定、电压降、以及保护配合需要等基本功能条件下，应可根据工程实际情况选择大一级线缆截面，从而减少线路损耗。从大量工程实际数据来看，当馈电线缆的截面小于 70m时，如果其馈线线路总长度超过 100m，增加馈电线路一级线缆截面可以达到很好的节能经济效果。
（4）采取就地无功补偿措施
高层楼宇建筑电气系统中，如果向供电点较远且无功功率需求较大的电气设备供电时，除了采取上述措施外，还应采用就地无功补偿措施以减少线路上相应无功传输损耗，保证电气设备高效稳定的运行，到达节能降耗的目的。
参考文献：
[1]廖彤杰.浅析企业电气系统节能降耗措施[J].中国高新技术企业：2012（8）.
关键词:变电站设计;电气接地;接地电阻;导体
中图分类号:TM862文献标识码:A文章编号:1009-2374(2010)04-0031-02
变电站的接地系统是维护电力系统安全、可靠运行,保障运行人员和电气设备安全的根本保证和重要措施。近年来,随着电力系统的发展,故障时经地网流散的电流越来越大,故障时地网的电位也随之升高,由于接地措施的缺陷而造成的事故也屡有发生,给运行人员和检修人员的安全带来威胁,同时使一次设备的绝缘遭到破坏,进而扩大事故,给企业带来巨大的经济损失和不良的社会影响。
本论文主要对变电站电气接地技术展开分析讨论,以期获得可靠的电气接地技术的相关方法及经验,并和广大同行分享。
一、电气接地技术概述
接地网作为变电站交直流设备接地及防雷保护接地,对系统的安全运行起着重要的作用。由于接地网作为隐性工程容易被人忽视,往往只注意最后的接地电阻的测量结果。随着电力系统电压等级的升高及容量的增加,接地不良引起的事故扩大问题屡有发生。因此,接地问题越来越受到重视。接地的实质是控制变电站发生接地短路时,故障点地电位的升高,因为接地主要是为了设备及人身的安全,起作用的是电位而不是电阻,接地电阻是衡量地网合格的一个重要参数,但不是唯一的参数。
随着电力系统容量的不断增大,一般情况下单相短路电流值较大。在有效接地系统中单相接地时的短路电流一般都超过4kA,而大部分变电所接地电阻又很难做到0.5Ω。因此,从安全运行的角度出发,不管在什么情况下,都应该验算地网的接触电势和跨步电压,必要时应采取防止高电位外引的隔离措施,这也是我国目前变电站电气接地设计所最常采用的方法。
二、变电站超高电压接地系统设计
(一)入地短路电流
Imax是考虑到换流站长期发展规划时的最大接地短路电流,取值为50kA。
In为发生最大接地短路时,流往变电所主变压器中性点的短路电流。当变压器只有1个中性点,发生所内接地时,In=30%Imax,有2个中性点时,约等于50%Imax。这里假定换流站新建工程是为变压器1个中性点接地,所以发生所内接地时,取In=30%Imax=15kA。
Ke1为短路时,与变电所接地网相连的所有避雷线的分流系数,Ke1应由避雷线的出线回路数确定,出线为1路时,取0.15,2路时取0.28,3路时取0.38,4路时取0.47,5路以上时取0.5～0.58,且应根据出线所跨走廊的分流效果做出相应的增减。这里我们假定避雷线出线回路为2,故Ke1=0.28。
Ke2为所外接地时,避雷线向两侧的分流系数,一般取0.18,这仅适于变电所内有变压器中性点接地的所外接地。
经过公式计算:
I=(Imax-In)(1-Ke1)=(50-15)(1-0.28)≈25.2(kA) (1)
I=In(1-Ke2)=15(1-0.18)=12.3(kA)(2)
比较上述两式,可以得出(1)式的计算结果明显大于(2)式,故取(1)式的计算结果,在乘以发展系数1.2,得出入地电流为I=30.2kA。
(二)接地网面积选择
取土壤电阻率为500Ω•m,接地网埋深为0.6m,网格间距为10m,导体等值半径为0.02m,水平接地网面积从100×100m2逐渐增加到600×600m2。随着接地网面积的增加接地电阻值在不断减少。在200×200m2以后,接地网面积的增加对接地电阻值的降低影响有所减少,这是因为面积增大后,各水平导体之间屏蔽作用增加,对电流的散流有抑制作用,面积越大,屏蔽、抑制作用越明显。
(三)接地电阻
换流站的最大入地短路电流为30.2kA。根据我国电力行业接地规程的规定:有效接地和低电阻接地系统中发电厂、变电站接地装置的接地电阻R一般情况下应满足R
我国电力行业接地规程中还规定:接地装置的接地电阻不符合R
变电站的接地必须与二次系统的安全结合起来考虑,在二者之间求得一个较好的平衡。系统正常工作时地网电位接近于零,而故障时流过地网的电流将在地网接地电阻上产生压降,即地电位升高。如不考虑短路时二次电缆芯线上的感应电位,短路时二次电缆承受的电位差即为地电位升高,该电位差施加在二次电缆的绝缘上,因此地电位升高直接决定于二次电缆的交流绝缘耐压及二次设备的交流绝缘耐压值。综合各方面的因素,如果能够处理通信线的高电位引出问题,变电站的地电位升高取5kV是可行的。
将地电位升提高到5kV,如果换流站的最大入地短路电流为30.2kA,换流站对应接地电阻R应小于0.165344Ω。
(四)接地导体截面积
接地导体截面一般根据热稳定性来确定,通过接地导体的电流最大的情况一般发生在母线单相接地短路故障时,换流站最大单相接地短路电流为50kA,根据我国电力行业标准《交流电气装置的接地》的计算公式有:
S≥ (3)
上式中, S为接地线最小截面,mm2;
IF为流过短路线的短路电流稳定值,A(根据系统5至10年的发展规划,按系统最大运行方式确定);
C为接地线材料的稳定系数,根据材料的种类、性能及最高允许温度和短路前地线的初始温度确定(钢导体K取70,铜导体K取210,铝导体K取120);
tj为短路等效持续的时间,单位为s。
式中,取IF=50000A,tj=0.355,如果材料采用钢材时,C取65,可以得出最小截面积S:S≥455mm2;根据(IEEEStd665-1995)发电站接地标准中的推荐热稳定计算公式:
Sk≥aI(4)
式中,取IF=50000A,tj=0.355,K=60,a=1,可得S≥493mm2。
结合地网的自然腐蚀,应采用的接地体最小截面积应为:
Smin=S(1+a)n
上式中,S为满足热稳定要求的最小截面积;a为接地材料的自然腐蚀率;n为接地网使用年限。
根据相关资料,铜材的年自然腐蚀率为0.2%,普通钢为2.2%,镀锌钢为0.5%,如果选用镀锌钢材,按50年的使用寿命计算,接地体的最小截面积应不小于642 mm2。
三、结语
随着电力系统的发展,电网容量的增大,电力系统发生故障时经接地网流散和电流愈来愈大,短路电流往往会达到几十千安,接地电阻若有很小的误差即可导致难以弥补的损害,所以,近年来变电站电气接地系统的设计,其设计重点已经转向如何准确地测量和计算接地网的接地电阻。
本论文主要针对电气接地系统,给出了详细的接地设计方案和参数计算,对于变电站超高压接地系统的设计,无论是在设计计算还是在系统应用方面,均有一定的借鉴指导意义。
参考文献
[1]陈家斌.接地技术与接地装置[M].北京:中国电力出版社,2002.
[2]何金良.利用周边地理环境降低城区变电所接地电阻[J].中国电力,2001,(11).
关键词：建筑电气消防 ；策略 ；建筑安全
中图分类号：TU998.1文献标识码： A 文章编号：
1 建筑电气消防设计的相关问题
1.1 电路铺设问题
电路铺设是在进行建筑电气系统实施时包括消防系统都要首先进行的环节 ，同时也是最易形成建筑火灾隐患的因素 ，为了不影响建筑外观 ，一般都会将电路线铺设到墙体之内或埋藏到地下 ，总之是很少将线路暴露在外界环境之中以避免线路易老化硬化现象。一般来说 ，在进行铺设电路之前要先在墙内或地下铺设金属导管 ，然后在金属管内穿线缆 ，一是可以防止外界环境的侵蚀 ，二是在发生火灾后用于隔离火和线路接触。可是在实际的施工中 ，施工人员用的是塑料导管用于代替金属导管 ，在发生火灾后 ，塑料导管室是很容易燃烧起来发生损坏 ，从而直接影响管内线路导致电路短路 ，这样会造成建筑控制系统包括消防系统的正常工作 ，起不到预防火灾和在发生火灾后降低损失程度的作用。
1.2 消防水泵开关设计问题
电气消防系统中的关键结构是消防水泵 ，它关系到整个消防系统的顺畅运行 ，因此在设计时要力求合理。一般来说开关应设计为本控和联控两种控制方式 ，开关处于联控状态时 ，火灾发生后 ，建筑体内的温度和烟雾传感器会感受到异常并将所采集的异常信息反馈给消防系统 ，此时开关会自动开启 ，从而保证水泵启动正常 ，确保消防系统的保护功能得以实施 ；但当设备出现问题如温度传感器失灵等影响了开关自动开启 ，则需要调到本控状态进行手动开启 ，以保证消防系统的正常运行。在实际工程实施中 ，会经常遇到开关安置不合理 ，离事故发生处太近 ，火灾发生时人们无法到达开关位置开启水泵开关 ，从而严重影响消防系统的运行。
1.3 供电系统的设计问题
正常供电是保证消防系统正常运行的前提 ，直接关系到人身财产安全。但是进行消防系统设计时 ，设计人员往往都是去查以往资料和公司固有的设计图纸 ，很少会去现场根据实际情况进行分析设计 ，对消防系统的运行时长和所需电流强度以及整个系统的供电功率没有进行深入研究 ，致使在设计实施之后造成供电不足、电压超负荷现象 ，从而导致了电气消防系统的不能正常工作现象的发生 ，带来了极大的安全隐患。
1.4 传感装置安放问题
现场的传感器装置主要包括温度和烟雾传感装置 ，是系统能够做出正确消防指示的唯一反馈路径。在实际设计时 ，设计师应认真权衡最佳控制点位 ，根据现场情况安装传感装置 ，但是在现实施工中 ，设计师不会现场实地考察 ，图纸点位与现场安装位置有所差异，且都是没有经过实测就想当然安装传感器，从而大大降低了消防系统的敏感度 ，即使采用了最先进的传感设备也不能物尽其用。
2 应对策略
2.1 加强电路铺设工作
在进行线路铺设时 ，要首先进行实地考察、研究分析建筑结构 ，仔细绘制线路铺设路线图纸且符合国家相关规定 ，在进行铺设时要严格执行图纸。实地施工时 ，在地下和墙体内必须首先铺设金属或 PVC 导管 ，监工人员做好监工工作 ，切勿以次充好 ，用塑料导管替代金属或 PVC 导管 ，以避免火灾事故对系统电路线路的影响。铺设的金属导管和金属槽同时也要做好防火防腐处理 ，例如外侧涂刷一层防火材料漆等等。
2.2 合理设计消防水泵开关
在设计时要求消防水泵开启功能具有本控和联控两种状态 ，便于当因设备故障导致联控无法启动水泵时可以手动开启水泵。此外手动开关要多点放置 ，以保证每一区域都能开启消防安全系统，避免火灾发生后能够及时开启水泵。联控状态时，要认真分析建筑内处于何种条件后启动联控消防 ，根据实地情况设定温度、烟雾等参数值 ，从而保证系统的自动消防功能。
2.3 加强消防供电系统设计
在进行供电配电系统设计时 ，要首先对整个建筑项目进行综合分析以及合理斟酌 ，确保两个系统的有效连接 ，保证能够持续给电气建筑消防系统供电 ，从而保证系统的消防功能。配电系统实地实施时 ，要认真研究系统的供电功率、系统正常工作所需的能耗和用电时长、电流强度 ，充分发挥消防供电系统和配电系统的作用 ，确保建筑消防安全工作的顺利展开 ，最大限度的降低损失 ，保证人身财产安全。
2.4 其他
认真评估现场情况 ，仔细选取控制点位 ，确保传感器装置能尽可能的发挥最大功效。此外不能一味的最求数量 ，认为安装传感器的数量越多消防系统就是最好的 ，要进行科学的验证工作 ，做到适度合理的安置每一个传感装置 ，减少不必要的浪费。另外 ，也要考虑到建筑体对传感器的影响 ，避免干扰传感器正常工作。最后是要配合好其他自动控系统，做好联控工作，在预测到警报信息后能够及时启动警报 ，保证人员快速疏散 ，消防工作的正常展开。
3 结论
建筑电气消防系统的设计十分关键 ，通过本文对建筑消防问题的探析 ，希望能够引起相关设计人员的重视以及对设计解决方案有一定的指导和参考意义 ，建筑消防系统关系到人员的生命安全以及设备安全 ，能够及时报警并针对火灾情况迅速做出补救措施方案是避免人员伤亡和财产严重损失的必要途径 ，期望设计人员一丝不苟严肃认真 ，合理的控制和加强建筑电气消防系统的设计方案 ，以促进我国建筑施工行业的稳步前行。
参考文献
[关键词]液压实验台、比例换向阀、PLC、CAT
中图分类号：TH702 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）16-0397-01
1 实验台使用的重要性
液压传动教学实验台的使用紧密围绕培养应用技术型人才的核心目标，从生产实践出发，可实现机械、电气、液压等多学科的交叉融合，学生通过完成液压实验，可以培养学生动手能力、理论与实践相结合能力、团队协作能力、创新能力和解决实际问题的能力，在实验过程中充分发挥学生的主导作用，使学生掌握机电液一体化的实践与应用技巧，提高学生对液压系统的设计和分析能力，该液压传动实验设备将为液压相关课程的教学及应用技术型人才的培养发挥极其重要的作用[1]。
2 液压实验台系统的设计
实验台融合了机械、电气、液压等技术，使用通用的定量和变量结合液压泵站，保证良好的动力性能，并引入了电液比例阀，使系统的功能得到极大的扩展，更符合企业实际；实验台集成压力、流量、转速等多种传感器，可对液压系统各参数进行测量，对阀类元件各项性能参数进行跟踪检测；为了提高系统的开放性和可扩展性，实验回路中液压元件之间连接方式采用快换接头，连接方便可靠，必要部位使用密封材料确保不漏油，保证实验过程的清洁干净；引入液压CAT数据采集技术，可以实时地完成对被测对象的数据采集、运算和存储工作；采用可编程控制器对实验过程进行控制，并使其能与PC通讯，具有自动控制、在线编程监控功能；引入液压仿真软件AMESim，能够对液压回路进行仿真演示，帮助学生更好地理解系统的原理[2]。
实验台控制系统采用AC220V供电，电磁阀采用DC24V供电；能够实现由电磁换向阀对各个回路的动作进行控制；能够实现对液压系统中定量泵电动机、变量泵电动机的起动、停止控制；能够对液压回路压力流量、液压缸伸缩运动位置等模拟信号进行采集、监测；使用西门子S7-200 PLC，并结合计算机进行控制，使实验的过程贴近生产实际；电气系统工作要安全、可靠；配合一些基础的阀类元件，该实验台要能够承担液压传动类、液压比例控制等相关实验任务[3]。
3 电液比例控制技术
该实验台中应用了电液比例控制技术。比例控制是一种能够使输出被控量与输入指令信号之间建立线性关系，当改变指令信号时，输出被控量会成比例的发生变化的新技术。电液比例控制就是通过对输入电流的比例调节达到对液压量的比例控制。电液比例阀是电液比例控制技术的产物，它以传统液压控制阀为基础，采用模拟式电-机械转换机构，可把指令电信号变为位移信号输出，改变阀芯位移，连续成比例的地控制液压系统的压力、方向与流量。
从控制特性看，比例阀接近伺服阀，控制精度高；从抗污染、可靠性和经济性看，比例阀接近开关控制阀，因此，电液比例阀兼有两者的很多优点：
（1）利用电信号便于远程的传输特点，可以实现自控、程控或遥控，使阀的位置上的设计灵活性以及实验台的设计柔性得到提高。
（2）结合液压技术与微电子技术，有利于实现机电液一体化。
（3）抗污能力强，维护和保养方便，具有良好的节能效果。
（4）系统输入一定大小与正负的指令电信号，可对流体压力、流量等参数成比例的调节，使执行元件的力、方向与速度得到连续性地控制，最终实现无级调速。
（5）采用反馈与校正提高阀的稳态精度与动态响应品质，实现特定控制目的。
（6）可在电液比例控制器中预设定斜坡信号，实现执行元件准确无冲击地加速、减速过程，改善动作质量缩短工作循环时间[4]。
4 AMESim液压系统仿真
由于液压系统仿真建模过程的复杂性，以及为了便于液压系统与其他系统的联合仿真，近些年来国外尤其是欧洲陆续研制出一些更为实用的液压机械电气仿真软件，并获得了成功的应用。AMESim软件就是其中的杰出代表。AMESim是西门子公司旗下的一款功能十分强大的仿真软件，该软件包含了多学科领域的20多种模型库，1500多个子模型，可以用来仿真分析航空航天、车辆和工程机械等多种工业设备，AMESim采用的是基于物理模型的图形化建模方式，可以将工程师从单调的数学模型建模中解放出来，从而更专注系统特性的研究，AMESim的兼容性也非常好，可以实现与现在机、电、液、热、控等各个领域主流仿真软件的联合仿真。我们利用该软件对实验系统进行仿真，可以帮助学生更好地理解相关现象。
5 结论
分析国内外现有的液压实验台的特点，根据现行的国家和机械行业标准中有关试验方法的要求，设计了液压实验台系统；综合运用电液比例控制技术、PLC控制技术、计算机辅助控制及测试技术等，使液压实验台系统能够实现其期望的功能；通过应用液压仿真软件AMESim的仿真分析，对实验系统进行建模、仿真[4]。利用该实验台能够帮助学生对理论课程内学到的相关知识进行更好的理解，对教学有一定的帮助。
参考文献：
[1] 章艳丹.液压教学之液压实验台[J].科教论坛，2010（6）：76-77
[2] 黄琳.基于虚拟仪器的液压试验台CAT系统设计[D].浙江大学硕士学位论文，2006
[3] 熊子奇.液压伺服试验台动态特性分析及控制方法研究[D].大连理工大学硕士学位论文，2013
关键词: 变电站; 电气一次部分; 主接线设计; 监控系统;
Abstract: With the rapid development of China's power industry, the continuous expansion of network scale, high voltage level especially substation 500 K class V has been developing rapidly and become a regional power hub or backbone nodes. It puts forward higher requirements for the operation of the facilities and ensuring network security technology. This paper mainly discusses the operation of a reasonable design and stable electrical substation directly influence the working performance of electrical system for substation, combined with the characteristics of 500kV EHV substation system, design of substation electrical part and its monitoring system.
Keywords: substation; electrical part; the main wiring design; monitoring system;
中图分类号:TM411+.4文献标识码：A文章编号：
1 变电站电气一次部分设计
以500kV 枢纽变电站为例说明电气一次部分设计。500kV 超高压变电站容量大、电压高、出线回路数多, 是电力输送的枢纽性变电站。该枢纽变电站包含500kV 进线四回, 线路长度分别为200km ( 2回)与300km( 2回)属于四个独立电源; 110kV 馈出线8 回, 距负荷端分别为: 40km ( 2 回)、50km ( 2回)、60km( 2回)、70km( 2回)。变电站安装主变四台( 4 370MVA ) , 系统按照无穷大考虑。
1. 1主接线设计
变电站电气一次部分的设计主要是主接线的设计。主接线是由高压电器设备通过连接线组成的接受和分配电能的电路, 它反映各电气设备的作用、连接方式和各回路间的相互关系, 构成了变电站电气部分的主体。主接线是电力系统按接线组成中的一个重要部分, 它的确定直接影响着电力系统的安全、稳定、灵活以及配电装置的布置、继电保护的配置、自动装置和控制方式的选择, 因此, 它的设计必须满足工作可靠、调度灵活、运行检修方便且具有经济性和发展的可能性等要求。
1. 2主变压器容量选择
变压器容量的选择至关重要, 容量选择小了, 不满足负荷增长的要求。容量选择大了, 变压器空载损耗大, 起不到降低损耗的要求。因此, 变电所主变压器的容量一般按变电所建成后5~ 10年的规划负荷考虑, 并应按照其中一台停用时其余变压器能满足变电所最大负荷Smax的60% ~ 70%选择。变电站主变压器容量为370MVA, 型号选择SFPZ -370000 /500 的变压器。
1.3电气设备选择
1.3.1母线选择
母线选择时, 要首先选择母线的材料, 500kV 电压等级, 一般选择择钢芯铝绞线, 然后按经济电流密度选择母线截面, 选择满足母线截面要求的母线型
号, 按最小截面积法校验母线的热稳定和电晕条件校验母线的临界电晕电压, 最终确定母线的型号。母线选择LG JQT- 1400mm2 型钢芯铝绞线。
1.3.2500kV断路器的选择
依据断路器装设地点和构造类型,选择户外式少油断路器,由额定电压选择Ue≥500kV;额定电流选择Ie≥897.22A;额定开断电流选择Iekd Idt = I"= Ix = 2. 202kA。查《电力工程设计手册》选用LW 12- 500型户外式少油断路器, 见表1。
表1、LW 12- 500型户外式少油断路器主要技术参数
校验: 额定电压: Ue = 500kV = UN;额定电流: I= 4000A > 897. 22A。
1)额定开断电流校验:
500kV 母线短路次暂态电流= 12.64kA
LW12- 500断路器的额定开断电流为63kA >12. 64kA 符合要求。
2)动稳定校验:
500kV 母线短路冲击电流: Ish = 32. 232kA;LW12- 500 断路器的极限通过电流: Iet = 125kA, Ish< Iet符合动稳定要求。
3)热稳定校验:
设后备保护时间为1. 9s, 根据所选断路器的参数可知, 其断路器的固有分闸时间为0. 02s, 选择的熄弧时间为t= 0. 03s。
则设备短路时的持续时间为: t1 = 1.9s+ 0.03s+ 0.02s= 1.95s。
短路时的热效应: QK 500 =·t1 = ( 12. 64kA )2×1.95s= 31. 55kA2·s; 允许的热效应: Q´K 500 =( 63kA )2 ×5s= 19845kA2·S> QK 500。所以, 该断路器满足热稳定性的要求。其余断路器选择方法与500kV 断路器方法类似。
1. 3. 3 110kV侧隔离开关的选择
1)为保证电气设备和母线检修安全, 选择隔离开关带接地刀闸。
2)该隔离开关安装在户外, 故选择户外式。
3)该回路额定电压为110kV, 因此, 所选的隔离开关额定电压Ue≥110kV, 且隔离开关的额定电流大于流过断路器的最大持续电流897. 22A。
4)所以, 选择GW4- 110 /1000 型单接地高压隔离开关主要技术参数, 见表2。
表2、GW4- 110 /1000 型单接地高压隔离开关主要技术参数
2 监控系统设计
变电站电气一次部分监控系统的设计对电网安全稳定运行, 降低变电站造价两方面起着重要的作用。应用于变电站的监测系统应能在信息技术和通讯技术的协助之下, 实时监测变电站电气一次部分设备的状态和运行数据, 在获取相关信息后, 应对监控信息进行必要分析, 并以图表显示、音响通知等直观的形式提交到监控终端, 为管理者和运行人员的决策提供直观的依据。
2. 1PLC的选择和设计
PLC的高可靠性和稳定性适合于实时控制, 编程方式简单, 可以用指令或是梯形图来进行编程。因此, 选用PLC 来实现变电站电气一次部分监控。在选择PLC 的型号和配置时, 要分析控制对象, 对I/O 的点数进行统计, 还需在实际I/O 点数的基础上留出20% ~ 30% 的备用量, 使系统具备扩展能力。分析该系统的控制任务, 选用西门子公司的S7- 300系列产品能满足控制系统的要求, S7 -300采用模块化结构, 运行速度快, 各种模块可进行广泛的组合, 实现控制功能。
PLC 系统模块选型为: CPU 模块选择CPU315- 2 DP, 该新型CPU 集成一个PROFINET接口, 支持TCP / IP协议, 能较容易地和包括IPC 在内的其它支持以太网的设备之间自由通信。数字量输入模块选择SM321 ( D I 32 x DC24V ), 数字量输出模块选择SM322 ( DO 32 x DC24V /0. 5A ) , 模拟量输入模块选择SM331 ( DO 32 x DC24V /0. 5A ), 电源模块选择PS307 10A, 接口模块选择IM360 /361。
2. 2 组态软件的设计
组态软件是指一些数据采集与过程控制的专用软件, 它们是在自动控制系统监控层一级的软件平台和开发环境, 使用灵活的组态方式, 为用户提供快速构建自动控制系统监控功能的、通用层次的软件工具。
为监控变电站一次部分设备和参数采用“组态王”进行人机界面的工程设计。设计步骤: ( 1)设计图形界面, 建立PLC 设备; ( 2) 创建实时数据
库, 使检测数据点与PLC中的数据对应起来。这些数据包括PLC 采集的变电站监控数据和组态软件写入PLC 的命令标志位; ( 3)制作图形界面, 用于显示设备的工作状态和报警信号的状态, 显示操作按钮; ( 4)动画连接。建立图形和数据的对应关系, 使图形随着数据的变化而改变其外观, 可用于发出声光报警; ( 5)动作脚本。对设备进行控制时, 按下操作按钮引发鼠标事件, 执行脚本程序, 将相应的标志位置位等。
2. 3 组态软件与PLC的通信
组态王软件与S7- 300PLC 通信有专门的驱动程序, 用户不必熟悉二者之间的通信协议, 在PLC中也无需进行任何的编程和网络设置, 即可实现二者的通信。__该系统面临的主要问题是将PLC 设计为软冗余结构, 当PLC 的工作由主CPU 切换至备用CPU时, 组态软件必须切换到正确的通信对象, 进而保证数据交换。为实现这一功能, 在组态软件设计图形界面, 建立PLC 设备时中, 需要进行合理的设备配置, 建立PLC设备后, 在实时数据库中定义一个数据点, 作为冗余切换标志, 数据类型选择为“冗余切换标志”, 默认处理为16位无符号数, 正常状态下这个点的值为0, 当它的值为1时, 组态软件会根据这个值切换至PLC 的另一IP地址, 切换后, 数据点的值将自动清零。
【关键词】火灾,自动报警系统，地铁
中图分类号：U231文献标识码： A
一、前言
随着社会的不断发展，对火灾自动报警系统的要求也越来越高，这就要我们必须在地铁管理中加强对消防安全的重视，并努力提高自动报警系统在地铁中的应用水平，不断加强火灾自动报警系统的安装调试与维护，为地铁消防安全提供有力的保障。
二、火灾自动报警系统的构成
1、触发部分
触发部分可自动探测和手动报警两种形式，其中，自动探测是通过火灾的光感、烟雾、温度等性质，进行预知感应，转化为预警信号，确保火情的实时监测。手动报警则是由发现火情的人手动按下按键，进行预警，以求进一步报告火灾发生的具体范围。
2、警报装置
在火灾自动报警系统中，其警报装置被业内外人士统称为声光报警器，其作用在于当现代建筑中有火情发生，该装置迅速启动，并以声音和闪光并行方式发出预警信号，力求引起关注，以便在火灾发生的第一时间进行处理，避免更大损失。
3、报警装置
在整个高科技智能化防火系统中，报警装置主要用于接收触发部分传送的预警信号，并在确认火灾后启动进一步措施，报警装置在整个系统中起着承上启下的作用。
4、电源部分
高科技智能化防火系统为消防电气设备，电源部分必须采用可保证万无一失的消防电源，并留有备用，电源的供电负荷必须处于最高供电负荷等级，并运用双路供电的模式。
5、消防可控系统装备
消防可控系统装备是较为复杂的配置，主要是保证对所有消防设施设备处于可控范围内。一般是根据现代建筑的具体情况决定消防控制系统装置的内容，并将其集中于消防控制室内。
三、火灾自动报警系统的基本功能要求
1、三级控制
全线FAS系统防灾设备(通风、给排水、照明、自动扶梯、防火卷帘、气体灭火等设备)的控制,均可实现防灾指挥中心中央控制级、车站防灾控制室车站级、设备现场就地控制级三级控制方式。
2、车站火灾自动报警探测器配置
站厅、站台、设备机房、办公用房、公共走廊、配电室、值班室、会议室等设置智能点式探测器,站台板下电缆通道、变电所电缆夹层设置开关量感温电缆;自动报警的场所均设手动报警按钮(带消防电话插孔),消火栓箱内设消防泵起泵按钮并带启泵指示灯。
3、现场消防通信设备配置
环控电控室、消防泵房、公安值班室内、气体自动灭火用房的门外、照明配电室设对讲电话分机,便于工作人员在发现火情时能够通过人工方式及时报警;手动报警按钮带消防电话插孔。
4、区间及区间设备用房火灾自动报警系统配置
手动报警按钮(带电话插孔)、消火栓按钮等设备。车辆段、停车场火灾自动报警系统配置:车辆段、停车场一般办公大楼设置智能点式感烟、感温探测器;车辆停放和各类检修车库的停车部位、燃油车库、可燃物品仓库等设置智能点式感烟、感温探测器、远红外光束探测器、防爆型可燃气体探测器、防爆型火焰探测器等、消防对讲电话分机、消火栓报警开关、手动报警按钮(带电话插孔)、监控模块等设备。
四、火灾自动报警系统在地铁的应用
1、火灾自动报警系统集成模式选择
（一）、一般集成
这种模式侧重功能相近、联动关系紧密的系统间集成,如将火灾自动报警系统和BAS进行集成。火灾时,火灾自动报警系统通过主机可直接向BAS发出模式指令,由BAS启动相关环控设备运行。
（二）、深度集成
由火灾自动报警系统、BAS、电力监控系统(SCADA)以子系统的形式集成入综合监控系统,形成核心系统,并集成屏蔽门系统(PSD)和防淹门系统(FG),对PSD系统和FG系统实现中央级和车站级的界面和操作管理功能。互联的系统还有:自动售检票系统(AFC)、信号系统(SIG)、时钟系统(CLK)、闭路电视系统(CCTV)、广播系统(PA)、乘客信息系统(PIS)、门禁系统(ACS)、无线通信系统(RTS)、集中告警系统(ALM)。
2、火灾自动报警系统集成深度选择
为确保火灾自动报警系统的可靠性和安全性,一般从车站级才纳入综合监控系统,而火灾自动报警系统现场级则还是保持独立。火灾自动报警系统的现场控制级由专用报警控制主机、火灾探测设备、现场回路总线及其他现场设备等(这些设备应是通过国家消防产品检测中心认证、认可或强制检验合格的产品)组成,保证了火灾自动报警系统底层设备和现场网络的独立。车站级火灾自动报警系统主机通过标准接口直接接入车站综合监控系统,实现信息资源共享,以满足综合监控系统对全线及各车站的机电设备系统的统一协调调度指挥要求,同时保证火灾自动报警系统现场设备(含主机、传感器等)的独立性,不与其他系统合用,即使车站综合监控系统发生故障,火灾自动报警系统仍可降级运行,通过火灾自动报警系统主机控制车站内的现场设备。
3、火灾自动报警系统控制方式选择
（一）、管理模式
火灾自动报警系统采用两级管理、三级控制模式,即中央级和车站级管理,中央级、车站级和现场级控制。
（二）、控制模式
在正常情况下,车站级和中央级功能主要由综合监控系统实现。对于地下车站发生火灾时,首先火灾自动报警系统在火灾初期能够及时发现火灾,及时确认及报警,通过车站综合监控系统发出灾害模式指令给BAS,由其控制车站防灾救灾设备转入相应的灾害模式下运行,切断非消防电源。同时,综合监控系统要联动消防广播系统进行乘客的诱导疏散。
3、操作模式
火灾自动报警系统从车站级开始并入综合监控系统,其车站级、中央级的操作主要由综合监控系统实现。正常情况下,整个操作模式根据综合监控系统的运行管理模式运行,火灾时现场级控制设备能够独立于综合监控系统操作员工作站,完成对车站管辖区内消防专用设备的控制,同时通过与BAS之间的接口完成对BAS的模式指令操作,由BAS完成对车站相关消防联动设备的灾害模式控制,保证在综合监控系统故障的情况下不影响救灾。
4、火灾自动报警系统应具备的功能
（一）、中央级功能
接收并储存全线消防报警设备主要运行状态,接收全线各车站、车辆段、主变电所的火灾报警并显示报警部位,进行历史档案管理。接收控制中心和列车无线电话报警。当列车在区间发生火灾或事故时,中央级能够直接指令,控制区间隧道的设备执行相应的救灾模式。紧急时,中央级也可授权车站等分控级实施救灾的相应指令,将相应救灾设施转换为按预订的灾害模式运行。可与城市消防站之间建立实时互通联系。火灾时,系统自动转换为消防救灾模式,并自动弹出相应报警区域的平面图,当同时存在其他报警时,优先报火警。
（二）、车站级功能
监视车站及所辖区间消防设备的运行状态,接收车站及所辖区间火灾报警或其他系统的报警,并显示报警部位。向OCC报告灾情,接收OCC发出的消防救灾指令和安全疏散命令。火灾时,火灾自动报警系统主机能及时向BAS发出火灾模式指令,由BAS控制现场相关设备转入到灾害模式的运行。对于消防专用设备(如消防泵、喷淋泵等),可自动启停控制,火灾自动报警系统应实时监视其状态,紧急情况下也可在消防控制室直接手动控制。
（三）、现场设备功能
现场设备功能与通常火灾警报控制器的巡检、故障提示、复位、存储以及联动相关设备、接收反馈信号、手动直接控制等相同。由于地铁线路长,各种电气系统复杂,从系统维护方便考虑,有必要考虑配置便携式编程器,可作为车站综合监控系统对火灾自动报警系统降级操作的后备操作模式,在得到授权后,可直接接入相关车站的火灾自动报警系统控制主机,作为现场级火灾自动报警系统网络上的一个节点,实现对现场设备参数编辑。
五、结束语
综上所述，加强火灾自动报警系统在地铁中应用的剖析，能够对地铁安全工作进行把握，进而能够保障地铁的安全运行，如此方可在实际中对消防工作进行掌控，提高地铁的安全性。
参考文献
[1]徐惠林.烟雾探测火灾自动报警系统在地铁车辆上的应用[J].车辆产品与零部件.2011
