地铁电力监控系统机柜设计思考分析范文
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摘要：本文主要介绍了地铁电力监控系统机柜的基本结构，之后讲述了机柜的绝缘和耐压性能测试的步骤，最后分析了一下机柜接地方面可能会出现的一些问题。
1.概述
在地铁领域需要使用到很多类型的机柜，这些机柜内会安装不同的设备以产生一些特定的功能，如信息采集、远方监控、画面显示、故障报警、继电保护、照明通风等。以下是一面地铁领域电力监控系统机柜的大概结构。
1.1机柜的外观
标准电力监控系统机柜的尺寸是2260mm（H）*800mm（W）*600mm（D），机柜实际的高度应该是2200mm，另加上60mm高的门楣。门楣上可以黏贴或者丝印上机柜的铭牌，铭牌上的内容告诉您这是一面什么类型的机柜，例如：控制信号屏、隔开监控屏、1#主变保护屏、2#主变测控屏、电度表屏等。但是并不一定所有机柜都安装上了门楣，当有些其他系统的机柜没有安装门楣时，铭牌也可以黏贴或丝印在前门上部居中的位置，此时机柜的高度就是2200mm。一般来说地铁领域电力监控系统机柜的前门是单开透明玻璃门，门轴在左侧，门锁在右侧，机柜的颜色是RAL7035或是RAL7032，机柜的顶部安装了4个铁质的吊环，前门底部居中的位置会黏贴上公司标牌，前门左上角的位置则会黏贴有公司的“logo”。
1.2机柜的配置
控制信号屏里安装了通信控制器、测控单元、监控工作站（含鼠标和键盘）、以太网交换机、光电转换器等设备用于监控一个车站牵引降压或是降压变电所内的开关柜和交直流屏、温控器等智能设备工作状态。监控工作站安装于机柜中偏上部的位置，里面装有一套电力监控系统的后台软件，从中可以实时显示出现场各种设备运行的图形画面和数据库信息，实现四遥量（遥信、遥测、遥控和遥脉）的采集和控制。通信控制器还可以上传重要信号和数据至车控室的ISCS系统。右侧挡板上安装了“远方/就地”和“投入/撤除”切换把手，分别可以实现控制中心/变电所对现场设备遥控权限的转变（即“远方”位只可以在车控室ISCS软件上对现场设备进行遥控操作而“就地”位时则只可以在变电所内的监控工作站上对现场设备进行遥控操作）和现场设备遥信变位发生时机柜内报警声响的投入和取消的切换。
2.机柜的基本结构
机柜是由优质钢板制作而成，柜前的上部位置安装有空开盒，柜内的前后位置各安装有2根立柱，其钢板厚度一般需≥2mm，在它们上面可以根据实际需要固定各种零配件，每根立柱均由2个不锈钢螺柱配合螺母固定于柜体上下位置处，机柜的左右两侧框架从上往下按顺序焊接有多根带腰孔的横梁，它们既可以通过结构件稳固机柜后部2根立柱使之不产生晃动提高承重力，也可固定机柜前部的左右两侧的挡板或是安装U型导轨和走线槽。机柜前部左右2根立柱由上往下均有数颗不锈钢螺丝连接于左侧和右侧的挡板上。这样在机柜的前后立柱上就便于安装各种装置、滑轨、支架、导轨或是线槽。如工控机、自产装置、空开刀闸盒便是机架式安装而直流开关电源、光电装换器或是继电器使用卡轨式安装，还有一些设备如机柜内音响系统的功放电源板和功放模块则需平板式安装。机柜的前后侧门都是事先生产好后通过机械零件拼装至柜体之上的。前门是单开门玻璃门，后门是双开钢板门或是网孔门，当后门是钢板门时就要配置铁质文件盒在下方位置开散热孔加上过滤网。前后门都可以在0~120°范围内灵活地关上和打开。柜顶是一块长方形的铁板通过4个铁质吊环固定于柜体之上，在中部的位置可以开散热孔加防尘网外部再加上1个小的防水罩。有些特殊的工程项目会要求在柜顶不加防水罩而需装一个大的防水顶，这时候就需要预先制作出4个防水顶的支撑架，然后再安装上防水顶。由于电力监控系统机柜在现场运行时一般是下进线的方式，所以机柜底部是由多块可拆卸式的挡板组成，当机柜在现场固定好以后，用起子拆卸下挡板螺丝打开柜底，电源线、通信线和光缆就可以在柜下走通了。
3.机柜的绝缘电阻和耐压强度测试
3.1机柜绝缘耐压测试的标准和准备工作
机柜的绝缘电阻和耐压强度测试是用来检测机柜中自产装置的电源板性能是否能达到规定的要求，一般来说可以做强电对机柜外壳和强电对弱电这2项测试，它们应该是在机柜接线上电之前完成。绝缘测试的标准是：绝缘电阻值≥10MΩ。耐压测试的标准是：强电对机柜外壳≥1.5kV（交流），强电对弱电≥1.0kV（交流），在此期间无闪络或击穿的现象。在做机柜绝缘和耐压测试前需要事先把自产装置的CPU板以及连接前液晶显示面板的扁平电缆都卸下，工控机连接液晶显示器的视频信号线也最好能够卸下。需准备的仪器有：兆欧表、耐压仪和1根长一些的黄绿接地线。步骤是先做绝缘电阻测试，当绝缘电阻测试通过以后才可以进行相应的耐压强度测试，若绝缘电阻测试不通过，则不可以进行相应的耐压强度测试。
3.2机柜绝缘电阻测试
当在做机柜绝缘电阻测试时，需要把机柜里的空开都推到合闸位置，若装置上自带电源开关要让电源开关至“ON”状态。当做强电对机柜外壳项的绝缘测试时，把兆欧表的“线路（L）”端接于直流电源进线端子排的“＋”位置处（电力监控系统机柜一般是DC220V或DC110V的“＋”），兆欧表的“接地（E）”端接于机柜的接地铜排上（接地铜排和柜体不喷涂绝缘油漆的外壳之间应该是导通的），之后顺时针转动兆欧表的手柄，速度大概是120r/min，测量时间不少于5s。观察仪表上的电阻值，当指针指示的电阻值≥10MΩ时，说明检测是合格的。若此时指针指示的电阻值变得很小，甚至快要接近于0值的时候，则这次测试是不合格的，需要检查机柜内的电源配线是否正确或装置电源板是否有问题。当在做强电对弱电项目绝缘电阻测试时，兆欧表的“线路（L）”端还是接在直流电源进线端子排的“＋”位置处，而兆欧表的“接地（E）”端需要换到直流开关电源的输出端“＋”（一般是DC24V的“＋”），其测试方法和判断标准与强电对机柜外壳测试一样，这里就不再叙述了。
3.3机柜耐压强度测试的步骤和注意事项
由于机柜耐压强度测试时需要加上高电压，为了防止机柜内安装的其他厂家设备损坏，我们主要做自产装置（如C306L和D200V）的耐压强度测试，而柜内其他一些外购设备（如以太网交换机、工控机、光电转换器等）都不需要进行测试，把这些外购设备的电源空开都推下来为分闸状态。为保证人身安全从机柜的接地铜排连接1根黄绿地线至测试场地的接地桩上。之后取出耐压仪通电，把仪器的漏电流值设置为10mA。当在做强电对机柜外壳项测试时只需要把机柜内自产装置的电源空开推到合闸位置，若装置上自带电源开关要让电源开关至“ON”状态。把耐压仪的“〨”端子的连线接至机柜的接地铜排上，把输出高电压的金属试验端子紧紧地接触到直流电源进线端子排的“＋”位置处，然后按下耐压仪启动键，仪器开始工作，计数器开始自动计时，调节电压输出旋钮，使电压值由0V平滑地上升至规定的1500V，之后就可以保持不变。当耐压仪上的计数器计满60s时间后就会自动停止工作，若在此60s时间内没有发生装置被击穿烧焦或耐压仪产生报警停止工作的情况（耐压仪上显示出的漏电流值需大于0并且小于10mA），则说明强电对机柜外壳的耐压强度测试通过。当在做强电对弱电耐压强度测试时，首先要把直流开关电源的空开和自产装置的空开一样也推上为合闸位置；然后把连接耐压仪上“〨”端子的连线由机柜接地铜排移至直流开关电源的输出端“＋”，同样也把输出高电压的金属试验端子紧紧地接触到直流电源进线端子排的“＋”位置处；之后在调节仪器输出电压值时把电压平滑地由0调升至1000V，其他步骤和判定标准和强电对机柜外壳测试一样。由于耐压强度测试时会产生很高的工作电压，检测人员一定要注意自身和周围他人的安全，测试过程中尽量不要触碰到机柜，绝对不可以在仪器工作时把输出了高电压的金属试验端子接触到周围任何人。做完试验后要立即断电，之后把电压输出调节旋钮逆时针归零，以便下次使用。需要注意的是：有些工程机柜若在直流电源进线端子的地方并联安装上了防雷器，在做耐压强度测试的时候可以绕开直流电源防雷器再进行操作，以免产生一些不必要的报警。没有必要对每台机柜都进行耐压强度测试，在一批机柜中选择一面典型机柜进行耐压强度测试即可。
4.机柜的接地
4.1机柜接地的作用和原理
机柜是由高强度的钢板制作而成，为了防止机柜通电运行时发生触电事故危及人身安全，机柜需要安全可靠接地。其做法是：在机柜的2根后立柱上分别固定2个红色的绝缘子，1根接地铜排安装于这2个红色的绝缘子上，在工程现场当机柜通电运行前从此接地铜排引接1根地线至大地，这根接地铜排接电源和外壳的地，起到了安全保护的作用。机柜金属框架的外表面、各式安装板以及柜门、柜顶和柜底都会喷涂上一层油漆，这层油漆是绝缘的，这就保证了机柜在通电运行时涂了油漆的地方不会产生带电的情况。但是若机柜外表面的绝缘油漆破损了金属外壳裸露出来，或是机柜中一些没有喷涂绝缘油漆的金属结构件（如：U型导轨和侧横梁），它们在正常情况下和柜内的接地铜牌是导通的。机柜的前门、后门、左右侧门和顶盖与机柜的框架并不是一个整体，是之后拼接安装的，因此它们在对应的位置焊接上了接地螺钉，由此焊接螺钉固定接地线至柜体就近的框架上。地铁BAS系统远程控制箱里有时会在箱底的左右两边各固定2个红色的绝缘子，在两边的绝缘子上又各安装了1根接地铜排。左手边的接地铜排接电源和机箱外壳的地，而右手边的接地铜排接RS485串口通信的信号地。这2根接地铜排应该是相互独立，之间不导通。
4.2机柜接地问题的分析
有一面电力监控系统机柜里安装有1台D200V自产装置和其他一些附件，装置的外壳地和电源地均接至柜内固定在红色绝缘子上的接地铜排上，两扇后门都接了地线至柜体就近框架上。但此时拿来1块万用表调到蜂鸣器档，检测到机柜的后门接地螺钉处和柜内的接地铜排不导通，说明此时柜门没有安全接地。以下进行原因分析：机柜的接地铜排安装于红色的绝缘子上面，本应该此时这根接地铜排和柜体之间是绝缘不导通的。可是在绝大多数情况下机柜中都会安装上各种装置，它们的外壳地线都接到了柜内的接地铜排上面，而这些装置的金属外壳都通过螺丝紧固到了柜体上面，从而使得装置的金属外壳和柜体导通了，最终使得接地铜排和柜体产生了导通。产生这一问题的原因有可能是固定D200V测控装置至柜体前立柱开孔上螺丝处绝缘油漆喷涂太厚使得柜体和自产装置的外壳之间产生了绝缘，从而使得柜体金属框架和接地铜排之间不导通了。解决方法是可以把开孔固定装置那里的柜体上的绝缘油漆刮掉一些，使自产装置外壳和柜体连接地方的绝缘油漆层破坏。更加简单的方法是：增加一根柜体至接地铜排的地线从而使得柜体可以安全接地。有时候会遇到地铁领域其他系统的一些配电箱或是配电柜，这些箱柜内一般只安装一些空开、照明灯或其他一些附件，此时在柜体和接地铜排间增加一根接地线就显得有必要。
5.总结
在地铁监控领域要使用到各个子系统的机柜一起协同工作，在平时的工作中还遇到过BAS系统的PLC控制柜、远程控制箱、二通阀配电箱、配电柜；ISCS系统的服务器柜、网络柜和配电柜；MC系统的风机软启控制柜、风机变频控制柜；ACS系统的车站级/中心级门禁系统机柜……它们都具有典型机柜的基本特征，但是在具体的结构设计和布局上也存在着差异。这些各个子系统的箱柜可以在工程现场发挥出不同的功能，极大地提高了地铁运营的自动化水平，保证了城市轨道交通安全、高效、可靠地运行，体现出当代社会科学技术水平在不断地创新和发展，人们日常出行的交通工具也逐渐向绿色化、智能化和现代化转变。
作者：陆巍 单位：国电南瑞轨道交通技术分公司