地鐵電力監控系統機柜設計思考分析范文

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摘要：本文主要介紹了地鐵電力監控系統機柜的基本結構，之后講述了機柜的絕緣和耐壓性能測試的步驟，最后分析了一下機柜接地方面可能會出現的一些問題。

1.概述

在地鐵領域需要使用到很多類型的機柜，這些機柜內會安裝不同的設備以產生一些特定的功能，如信息采集、遠方監控、畫面顯示、故障報警、繼電保護、照明通風等。以下是一面地鐵領域電力監控系統機柜的大概結構。

1.1機柜的外觀

標準電力監控系統機柜的尺寸是2260mm（H）*800mm（W）*600mm（D），機柜實際的高度應該是2200mm，另加上60mm高的門楣。門楣上可以黏貼或者絲印上機柜的銘牌，銘牌上的內容告訴您這是一面什么類型的機柜，例如：控制信號屏、隔開監控屏、1#主變保護屏、2#主變測控屏、電度表屏等。但是并不一定所有機柜都安裝上了門楣，當有些其他系統的機柜沒有安裝門楣時，銘牌也可以黏貼或絲印在前門上部居中的位置，此時機柜的高度就是2200mm。一般來說地鐵領域電力監控系統機柜的前門是單開透明玻璃門，門軸在左側，門鎖在右側，機柜的顏色是RAL7035或是RAL7032，機柜的頂部安裝了4個鐵質的吊環，前門底部居中的位置會黏貼上公司標牌，前門左上角的位置則會黏貼有公司的“logo”。

1.2機柜的配置

控制信號屏里安裝了通信控制器、測控單元、監控工作站（含鼠標和鍵盤）、以太網交換機、光電轉換器等設備用于監控一個車站牽引降壓或是降壓變電所內的開關柜和交直流屏、溫控器等智能設備工作狀態。監控工作站安裝于機柜中偏上部的位置，里面裝有一套電力監控系統的后臺軟件，從中可以實時顯示出現場各種設備運行的圖形畫面和數據庫信息，實現四遙量（遙信、遙測、遙控和遙脈）的采集和控制。通信控制器還可以上傳重要信號和數據至車控室的ISCS系統。右側擋板上安裝了“遠方/就地”和“投入/撤除”切換把手，分別可以實現控制中心/變電所對現場設備遙控權限的轉變（即“遠方”位只可以在車控室ISCS軟件上對現場設備進行遙控操作而“就地”位時則只可以在變電所內的監控工作站上對現場設備進行遙控操作）和現場設備遙信變位發生時機柜內報警聲響的投入和取消的切換。

2.機柜的基本結構

機柜是由優質鋼板制作而成，柜前的上部位置安裝有空開盒，柜內的前后位置各安裝有2根立柱，其鋼板厚度一般需≥2mm，在它們上面可以根據實際需要固定各種零配件，每根立柱均由2個不銹鋼螺柱配合螺母固定于柜體上下位置處，機柜的左右兩側框架從上往下按順序焊接有多根帶腰孔的橫梁，它們既可以通過結構件穩固機柜后部2根立柱使之不產生晃動提高承重力，也可固定機柜前部的左右兩側的擋板或是安裝U型導軌和走線槽。機柜前部左右2根立柱由上往下均有數顆不銹鋼螺絲連接于左側和右側的擋板上。這樣在機柜的前后立柱上就便于安裝各種裝置、滑軌、支架、導軌或是線槽。如工控機、自產裝置、空開刀閘盒便是機架式安裝而直流開關電源、光電裝換器或是繼電器使用卡軌式安裝，還有一些設備如機柜內音響系統的功放電源板和功放模塊則需平板式安裝。機柜的前后側門都是事先生產好后通過機械零件拼裝至柜體之上的。前門是單開門玻璃門，后門是雙開鋼板門或是網孔門，當后門是鋼板門時就要配置鐵質文件盒在下方位置開散熱孔加上過濾網。前后門都可以在0~120°范圍內靈活地關上和打開。柜頂是一塊長方形的鐵板通過4個鐵質吊環固定于柜體之上，在中部的位置可以開散熱孔加防塵網外部再加上1個小的防水罩。有些特殊的工程項目會要求在柜頂不加防水罩而需裝一個大的防水頂，這時候就需要預先制作出4個防水頂的支撐架，然后再安裝上防水頂。由于電力監控系統機柜在現場運行時一般是下進線的方式，所以機柜底部是由多塊可拆卸式的擋板組成，當機柜在現場固定好以后，用起子拆卸下擋板螺絲打開柜底，電源線、通信線和光纜就可以在柜下走通了。

3.機柜的絕緣電阻和耐壓強度測試

3.1機柜絕緣耐壓測試的標準和準備工作

機柜的絕緣電阻和耐壓強度測試是用來檢測機柜中自產裝置的電源板性能是否能達到規定的要求，一般來說可以做強電對機柜外殼和強電對弱電這2項測試，它們應該是在機柜接線上電之前完成。絕緣測試的標準是：絕緣電阻值≥10MΩ。耐壓測試的標準是：強電對機柜外殼≥1.5kV（交流），強電對弱電≥1.0kV（交流），在此期間無閃絡或擊穿的現象。在做機柜絕緣和耐壓測試前需要事先把自產裝置的CPU板以及連接前液晶顯示面板的扁平電纜都卸下，工控機連接液晶顯示器的視頻信號線也最好能夠卸下。需準備的儀器有：兆歐表、耐壓儀和1根長一些的黃綠接地線。步驟是先做絕緣電阻測試，當絕緣電阻測試通過以后才可以進行相應的耐壓強度測試，若絕緣電阻測試不通過，則不可以進行相應的耐壓強度測試。

3.2機柜絕緣電阻測試

當在做機柜絕緣電阻測試時，需要把機柜里的空開都推到合閘位置，若裝置上自帶電源開關要讓電源開關至“ON”狀態。當做強電對機柜外殼項的絕緣測試時，把兆歐表的“線路（L）”端接于直流電源進線端子排的“＋”位置處（電力監控系統機柜一般是DC220V或DC110V的“＋”），兆歐表的“接地（E）”端接于機柜的接地銅排上（接地銅排和柜體不噴涂絕緣油漆的外殼之間應該是導通的），之后順時針轉動兆歐表的手柄，速度大概是120r/min，測量時間不少于5s。觀察儀表上的電阻值，當指針指示的電阻值≥10MΩ時，說明檢測是合格的。若此時指針指示的電阻值變得很小，甚至快要接近于0值的時候，則這次測試是不合格的，需要檢查機柜內的電源配線是否正確或裝置電源板是否有問題。當在做強電對弱電項目絕緣電阻測試時，兆歐表的“線路（L）”端還是接在直流電源進線端子排的“＋”位置處，而兆歐表的“接地（E）”端需要換到直流開關電源的輸出端“＋”（一般是DC24V的“＋”），其測試方法和判斷標準與強電對機柜外殼測試一樣，這里就不再敘述了。

3.3機柜耐壓強度測試的步驟和注意事項

由于機柜耐壓強度測試時需要加上高電壓，為了防止機柜內安裝的其他廠家設備損壞，我們主要做自產裝置（如C306L和D200V）的耐壓強度測試，而柜內其他一些外購設備（如以太網交換機、工控機、光電轉換器等）都不需要進行測試，把這些外購設備的電源空開都推下來為分閘狀態。為保證人身安全從機柜的接地銅排連接1根黃綠地線至測試場地的接地樁上。之后取出耐壓儀通電，把儀器的漏電流值設置為10mA。當在做強電對機柜外殼項測試時只需要把機柜內自產裝置的電源空開推到合閘位置，若裝置上自帶電源開關要讓電源開關至“ON”狀態。把耐壓儀的“〨”端子的連線接至機柜的接地銅排上，把輸出高電壓的金屬試驗端子緊緊地接觸到直流電源進線端子排的“＋”位置處，然后按下耐壓儀啟動鍵，儀器開始工作，計數器開始自動計時，調節電壓輸出旋鈕，使電壓值由0V平滑地上升至規定的1500V，之后就可以保持不變。當耐壓儀上的計數器計滿60s時間后就會自動停止工作，若在此60s時間內沒有發生裝置被擊穿燒焦或耐壓儀產生報警停止工作的情況（耐壓儀上顯示出的漏電流值需大于0并且小于10mA），則說明強電對機柜外殼的耐壓強度測試通過。當在做強電對弱電耐壓強度測試時，首先要把直流開關電源的空開和自產裝置的空開一樣也推上為合閘位置；然后把連接耐壓儀上“〨”端子的連線由機柜接地銅排移至直流開關電源的輸出端“＋”，同樣也把輸出高電壓的金屬試驗端子緊緊地接觸到直流電源進線端子排的“＋”位置處；之后在調節儀器輸出電壓值時把電壓平滑地由0調升至1000V，其他步驟和判定標準和強電對機柜外殼測試一樣。由于耐壓強度測試時會產生很高的工作電壓，檢測人員一定要注意自身和周圍他人的安全，測試過程中盡量不要觸碰到機柜，絕對不可以在儀器工作時把輸出了高電壓的金屬試驗端子接觸到周圍任何人。做完試驗后要立即斷電，之后把電壓輸出調節旋鈕逆時針歸零，以便下次使用。需要注意的是：有些工程機柜若在直流電源進線端子的地方并聯安裝上了防雷器，在做耐壓強度測試的時候可以繞開直流電源防雷器再進行操作，以免產生一些不必要的報警。沒有必要對每臺機柜都進行耐壓強度測試，在一批機柜中選擇一面典型機柜進行耐壓強度測試即可。

4.機柜的接地

4.1機柜接地的作用和原理

機柜是由高強度的鋼板制作而成，為了防止機柜通電運行時發生觸電事故危及人身安全，機柜需要安全可靠接地。其做法是：在機柜的2根后立柱上分別固定2個紅色的絕緣子，1根接地銅排安裝于這2個紅色的絕緣子上，在工程現場當機柜通電運行前從此接地銅排引接1根地線至大地，這根接地銅排接電源和外殼的地，起到了安全保護的作用。機柜金屬框架的外表面、各式安裝板以及柜門、柜頂和柜底都會噴涂上一層油漆，這層油漆是絕緣的，這就保證了機柜在通電運行時涂了油漆的地方不會產生帶電的情況。但是若機柜外表面的絕緣油漆破損了金屬外殼裸露出來，或是機柜中一些沒有噴涂絕緣油漆的金屬結構件（如：U型導軌和側橫梁），它們在正常情況下和柜內的接地銅牌是導通的。機柜的前門、后門、左右側門和頂蓋與機柜的框架并不是一個整體，是之后拼接安裝的，因此它們在對應的位置焊接上了接地螺釘，由此焊接螺釘固定接地線至柜體就近的框架上。地鐵BAS系統遠程控制箱里有時會在箱底的左右兩邊各固定2個紅色的絕緣子，在兩邊的絕緣子上又各安裝了1根接地銅排。左手邊的接地銅排接電源和機箱外殼的地，而右手邊的接地銅排接RS485串口通信的信號地。這2根接地銅排應該是相互獨立，之間不導通。

4.2機柜接地問題的分析

有一面電力監控系統機柜里安裝有1臺D200V自產裝置和其他一些附件，裝置的外殼地和電源地均接至柜內固定在紅色絕緣子上的接地銅排上，兩扇后門都接了地線至柜體就近框架上。但此時拿來1塊萬用表調到蜂鳴器檔，檢測到機柜的后門接地螺釘處和柜內的接地銅排不導通，說明此時柜門沒有安全接地。以下進行原因分析：機柜的接地銅排安裝于紅色的絕緣子上面，本應該此時這根接地銅排和柜體之間是絕緣不導通的。可是在絕大多數情況下機柜中都會安裝上各種裝置，它們的外殼地線都接到了柜內的接地銅排上面，而這些裝置的金屬外殼都通過螺絲緊固到了柜體上面，從而使得裝置的金屬外殼和柜體導通了，最終使得接地銅排和柜體產生了導通。產生這一問題的原因有可能是固定D200V測控裝置至柜體前立柱開孔上螺絲處絕緣油漆噴涂太厚使得柜體和自產裝置的外殼之間產生了絕緣，從而使得柜體金屬框架和接地銅排之間不導通了。解決方法是可以把開孔固定裝置那里的柜體上的絕緣油漆刮掉一些，使自產裝置外殼和柜體連接地方的絕緣油漆層破壞。更加簡單的方法是：增加一根柜體至接地銅排的地線從而使得柜體可以安全接地。有時候會遇到地鐵領域其他系統的一些配電箱或是配電柜，這些箱柜內一般只安裝一些空開、照明燈或其他一些附件，此時在柜體和接地銅排間增加一根接地線就顯得有必要。

5.總結

在地鐵監控領域要使用到各個子系統的機柜一起協同工作，在平時的工作中還遇到過BAS系統的PLC控制柜、遠程控制箱、二通閥配電箱、配電柜；ISCS系統的服務器柜、網絡柜和配電柜；MC系統的風機軟啟控制柜、風機變頻控制柜；ACS系統的車站級/中心級門禁系統機柜……它們都具有典型機柜的基本特征，但是在具體的結構設計和布局上也存在著差異。這些各個子系統的箱柜可以在工程現場發揮出不同的功能，極大地提高了地鐵運營的自動化水平，保證了城市軌道交通安全、高效、可靠地運行，體現出當代社會科學技術水平在不斷地創新和發展，人們日常出行的交通工具也逐漸向綠色化、智能化和現代化轉變。

作者：陸巍 單位：國電南瑞軌道交通技術分公司