优化通风空调电控柜系统的电控技术

1）设备结构特点

由于通风空调电控柜系统的类型较多，下面主要以西安航天自动化股份有限公司ABB MNS2.0低压开关柜为例。

①环控柜采用西安航天自动化股份有限公司ABB MNS2.0低压开关柜，为封闭式户内成套设备，采用固定、分割、抽屉（抽出）式结构。

②双电源进线回路、软启动器回路、变频器回路采用固定式结构，其他回路开关采用抽屉式结构。

③柜体为组合装配式结构，柜体采用敷铝锌板，柜体的全部金属结构件都经过防腐处理。

④设计紧凑，以较小的空间能容纳较多的功能单元，单面柜最多可容纳的功能单元（抽屉）为36个。

⑤结构通用性强，组装灵活，以25mm为模数的C型型材能满足各种结构形式的要求。柜架结构件全部采用自攻螺钉连接，装配方便，不需要特殊复杂工具。

⑥采用标准模块设计，200余种组装件可以组成不同方案的柜架结构和抽屉单元。抽屉式柜体分隔为三室，即水平母线室、功能单元室及电缆室，室与室之间用高强度阻燃环保塑料功能板或覆铝锌板相互隔开。

⑦抽屉单元带有导轨和推进机构，设有工作、分闸、试验、抽出和隔离位置，并配有相应的符号标志，同类型抽屉具有互换性，一旦发生故障，可以在系统供电情况下更换故障开关，迅速恢复供电。

⑧对于安装有变频器、软启动器的环控柜设有机械通风装置。对于安装有网关、通信接口模块、智能模块的环控柜设有自然通风口。

⑨柜门开启灵活、开启角度大于90°，采用紧固件连接，紧固件具有防腐镀层或涂层，紧固连接有防松脱措施。

⑩柜内元器件和材料为高强度阻燃产品，能有效加强防护安全性能。每台抽屉柜都设有阻燃型的高密度聚氨酯塑料功能板，安装在主母线室与功能室之间，可有效防止开关元件因故障引起的飞弧及与母线之间短路造成的事故。

○11柜体采用双列对面布置或单列布置形式。

○12柜内主母线采用高强度绝缘母线夹固定在柜体后部或上部。配电母线组装在阻燃型塑料功能板中，通过特殊联接件与主母线联接，引出的一次电缆线位于柜的右前面。柜内设有独立的PE接地系统和N中性导体，两者贯穿整个装置，安装在柜前底部及右侧，各回路接地或接零都可就近联接，具有较高的接地可靠性。

○13柜体底板、框架和金属外壳等外露导体部件通过直接的相互有效连接或间接地由保护导体完成的相互有效连接，确保保护电路的连续性。固定抽出式开关可与抽屉的金属外壳和环控柜的框架通过进行直接的有效连接以确保保护电路的连续性。保护接地端子设置在容易接近之处，能保证电器与接地极或保护导体之间的连接。

○14柜体面板上设置数字测量表和反映设备运行状态的指示灯。

○15所有电器设备、元件及其附件在系统电压为AC[380×（1±10%）/220（1±10%）]V，系统额定频率为50Hz±2Hz下能长期稳定可靠运行。

○16所有电器设备、元件及其附件均采用工业级产品，具有抗电磁干扰能力，满足相关国际、国家标准。

○17柜体结构便于电缆连接，功能单元插拔时不会磨损垂直母线，以便于操作、维护。

2）受电设备

①区间隧道通风系统设备：隧道风机（TVF）、射流风机（SL）、风阀。

②车站隧道通风系统设备：轨道排热风机（TEF）、风阀。

③车站通风空调系统设备。

④大系统：空调机组、回/排风机、电动风阀。

⑤小系统：设备用房柜式空调器、送风机、排风机、排烟风机、电动风阀。

⑥水系统：冷水机组、冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔风机、电动蝶阀。

3）电气元器件概述

（1）软启动器

软启动器是一种集软启动、软停车、轻载节能和多功能保护于一体的电机控制装备。实现在整个启动过程中无冲击而平滑的启动电机，而且可根据电动机负载的特性来调节启动过程中的各种参数，如限流值、启动时间等。

①外观效果图

如图3-48所示为软启动器的外观效果图，对于容量不小于55kW的电机，会采用软启动器实现对环控柜风机回路的智能控制、保护及监视。西安地铁采用的软启动器为A-B公司SMC-Flex系列产品。

②与BAS接口

软启动器采用ControlNet通信接口，直接与BAS系统ControlNet总线连接，实现与BAS系统联网通信。通信内容包括接受BAS系统下传的风机正反向启动、停止命令，以及向BAS系统上传风机控制方式、运行状态、故障信息以及A相电流、AB相电压、有功功率、能耗、使用时间等多项电机运行参数。

（2）变频器

变频器是应用变频技术与微电子技术，通过改变电机工作电源频率方式来控制交流电动机的电力控制设备。变频器主要由整流（交流变直流）、滤波、逆变（直流变交流）、制动单元、驱动单元、检测单元微处理单元等组成。

图3-48　软启动器外观效果图

图3-49　变频器外观效果图

①外观效果图(www.xing528.com)

如图3-49所示为变频器外观效果图。

②与BAS接口

变频器器采用ControlNet通信接口，直接与BAS系统ControlNet总线连接，实现与BAS系统联网通信。通信内容包括接受BAS系统下传的变频启停命令和变频调节命令、上传风机控制方式，以及向BAS系统上传风机控制方式、运行状态、故障信息，以及输出电流、电压、频率，变频器温度，故障母线电压等运行参数。

（3）电机保护控制模块

电机保护控制模块，是针对低压电动机在各种应用场合产生的故障诊断而开发的智能电动机保护器。具有体积小，质量轻、功能强大、可靠性高、配置灵活、外形美观、安装方便等特点。

图3-50　AB E3Plus电机保护控制模块外观效果图

①外观效果图

如图3-50所示为AB E3Plus电机保护控制模板外观效果图。

②性能特点

a.保护功能丰富，具有过载、电流不平衡、缺相、接地故障、堵转、失速、轻载、电机过热等保护功能；

b.E3Plus的电流范围为0.4~5000A，按照电流大小不同分为很多种。并且在860A以下的E3Plus全部内置电流互感器，通过电流互感器自动采集电机一次侧电流，对电机的各项电流参数进行监视，包括每相电流值、每相电流对电机额定电流的百分比、平均电流值、平均电流对电机额定电流的百分比、已使用的电机热容量百分比、接地故障电流、电机不平衡百分率等。

③E3Plus中集成了4个数字量输入通道、2个数字量输出通道，并且均为可编程端子，通过对I/O的配置，实现信息的采集和远程控制。

④报警功能：E3Plus通过对电机热容的建模，实时监测电机热容的变化，当电机热容达到100%时，E3Plus会脱扣采取保护动作。

⑤预报警功能：可以监测电机达到某个设定值（如80%热容）时，向系统报警，并告诉系统离脱扣时间还有多长时间。这时维护人员可以及时采取相应措施。

⑥设备自动更换功能。如E3Plus发生故障后，只需换上相同型号的设备，系统会通过DeviceNet向该设备下载原先模块的配置信息。E3Plus自动配置完后，便可以正常使用，方便系统维护。

⑦E3Plus具有强大的诊断功能，通过DeviceNet网络可以监视设备状态、脱扣状态、报警状态、距离过载脱扣的时间，脱扣后距离复位的时间，以及存储在内的最后5次脱扣故障有关信息。

⑧E3Plus可以通过自带的DeviceNet网络接口实现远方复位功能，可以实现故障自动诊断并向系统报警。

⑨E3Plus具有LED状态指示灯，不仅能够显示网络状态和故障状态，而且可以显示I/O状态：

a.1个网络状态指示灯：绿色/红色，反映网络连接状态；

b.1个脱口/报警指示灯：该指示灯呈琥珀色闪烁，表示出现报警情况，红色闪烁表示发生脱扣。根据闪烁代码，可以知道相应的情况；

c.6个I/O状态指示灯：黄色，反映I/O状态；

⑩E3Plus内置DeviceNet通信接口，通过环控柜网关与BAS系统ControlNet总线连接，实现与BAS系统联网通信。通信内容包括接受BAS系统下传的风机启动、停止命令，以及向BAS系统上传风机控制方式、运行状态、故障信息以及平均电流。

（4）智能电力测控仪表

①外观效果图

如图3-51所示为智能电力测控仪表外观效果图。

图3-51　智能电力测控仪表外观效果图

②型号

所有进线柜一般均配置有智能电力测控仪表，用于进线回路电力参数的监测，西安地铁的智能电力测控仪表选用深圳华力特电气有限公司的FM100系列产品（如图3-50所示），电源进线柜采用FM100-8型智能电量测控装置，固定柜采用FM100-3B型数字电流表，抽屉单元采用FM100-3A型数字电流表。一般情况下，通风空调电控柜出厂时已对电量测量装置进行了参数设置，使用时无须再次设定。

③注意事项

在对电量测量装置进行维修、换新后，需对相关参数重新设定。

（5）PLC控制器

①外观效果图

如图3-52所示为Micrologix1400系列外观效果图。

图3-52　Micrologix1400系列外观效果图

②性能特点

通风空调系统组合式电动风阀由BAS系统协调控制，风阀自带就地控制箱，环控柜为风阀控制箱提供电源。在每座地铁车站A端和B端电控室分别设置若干套PLC控制器，作为现地控制器实现这些风阀的监测与控制，并与BAS系统采用现场总线方式连接。PLC控制器设置在环控柜的智能单元小室。

A-B公司Micrologix1400系列PLC产品是一款功能强大的小型可编程逻辑控制器，最大可扩展7个I/O模块，每个I/O模块最大点数为16点，最大支持点数为144点。每套PLC控制器均具有DeviceNet通信接口，通过环控柜CN2DN网关与BAS系统ControlNet总线连接，实现与BAS系统联网通信。通信内容包括接受BAS系统下传的风阀开启、关闭命令，以及向BAS系统上传风阀控制方式、全开位置、全关位置等状态信息。