淺談天津濱海新區軌道交通電能管理系統研究及選型

【摘要】介紹天津濱海新區軌道交通項目建設電能管理系統的系統架構、功能組成和實(shí)施方案。在借鑒其他城市軌道交通項目電能管理系統的基礎上,結合天津濱海新區軌道交通建設的具體情況，對系統組網(wǎng)方案、測量表計設置原則、與通風(fēng)空調節能系統和照明節能系統的集成配合等方面進(jìn)行了方案研究，并提出了天津濱海新區城市軌道交通電能管理系統方案。

【關(guān)鍵詞】：電能管理;城市軌道交通;節能;工程建設

引言

截至 2018 年年底，國內已經(jīng)有 35 個(gè)城市共開(kāi)通運營(yíng)5761.4 km 的城市軌道交通線(xiàn)路。城市軌道交通車(chē)輛運行及設備系統均采用電能，隨著(zhù)更多的城市軌道交通項目建設，如何節約電能是一個(gè)非常重要的研究課題。目前廣州、杭州、南京等一些城市的軌道交通項目通過(guò)設置多功能電表計量各用電設備的用電情況，通過(guò)電能管理軟件分析能耗情況提出相應節能方案，并獲得了明顯節能效益，但在實(shí)施和運營(yíng)中也發(fā)現了一些問(wèn)題。國家發(fā)改委《發(fā)改基礎[2015]2098號》文批復天津濱海新區建設 B1、Z2、Z4線(xiàn)3個(gè)軌道交通項目3個(gè)項目均設置了電能管理系統。本文針對目前已經(jīng)實(shí)施的電能管理系統中存在的缺陷和問(wèn)題，研究解決方案，提出了適合天津濱海新區軌道交通建設的電能管理系統方案和實(shí)施方案。希望為天津濱海新區后續建設項目以及其他城市電能管理系統建設提供參考。

1、已經(jīng)實(shí)施的電能管理系統存在的問(wèn)題

1.1表計的配置數量不足、精度不夠

電能計量器具配各率偏低，對能源系統的計量覆蓋范圍不到位，不能完整、準確反映電能系統的分類(lèi)、分項、分戶(hù)能耗信息，不滿(mǎn)足電能的供給與使用包括損耗的平衡分析條件。表計精度不夠.無(wú)法滿(mǎn)足電能分析對比的要求。

1.2 缺乏統一規劃各個(gè)項目數據格式不統一

一個(gè)城市各個(gè)項目的電能管理系統建設缺乏總體規劃，建設時(shí)每個(gè)項目的數據格式標準不一致,并且信息采集的間隔、數據類(lèi)型、數據交換格式與表達方式呈現多樣化特征，導致互聯(lián)可通信息存在交耳問(wèn)題，對后續建立該城市線(xiàn)網(wǎng)級的電能管理系統形成了巨大的障礙。

1.3 系統組網(wǎng)方案與招標實(shí)施方案不科學(xué)

電能管理系統與供電系統開(kāi)關(guān)柜設備、電力監控系統、通信系統、綜合監控系統存在接口。根據電能管理系統與上面幾個(gè)系統的關(guān)系以及如何接人骨干網(wǎng),可以設置不同的組網(wǎng)方案和打包方案。如果組網(wǎng)方案或者打包方案不合理,會(huì )導致接口過(guò)多,并且無(wú)法充分發(fā)揮專(zhuān)業(yè)電能管理系統廠(chǎng)家的作用。

1.4 重監測、輕應用

目前實(shí)施的電能管理系統更多在于采集數據，采集以后的數據應用到設備控制形成的節能措施較少。

2、濱海新區軌道交通電能管理系統方案

2.1系統構成

電能管理系統由線(xiàn)路級電能管理系統、站級電能采集系統及其數據傳輸的網(wǎng)絡(luò )通道組成。(圖 1)

線(xiàn)路級電能管理系統設在控制中心，對全線(xiàn)的車(chē)站、場(chǎng)段主變電所等區域所消耗電能進(jìn)行分類(lèi)計量和在線(xiàn)監測。同時(shí)建立針對能耗數據統計對比及用能設備系統實(shí)時(shí)用能狀態(tài)的集中監管平臺，實(shí)現對地鐵線(xiàn)路能耗監測、用能監管和節能管理3個(gè)層面的管理應用。

站級電能采集系統由監控工作站(含主機、顯示器等)、通信控制器、工業(yè)以太網(wǎng)交換機以及相關(guān)附件等構成。站級電能采集系統是監測、分析站點(diǎn)供電系統電能質(zhì)量的工具,通過(guò)采集智能監測儀表的數據.實(shí)現對站點(diǎn)供電系統的電能質(zhì)量參數測量、監測分析和計量管理等功能。

2.2組網(wǎng)方案比選

電能管理系統有以下 3 種組網(wǎng)方案:第三種是集成到綜合監控系統這3 種方案的對比詳見(jiàn)表1。

天津濱海新區軌道交通項目均設計了綜合監控系統，電力監控系統也深度集成到了綜合監控系統綜合考慮系統接口、后續調試，采用電能管理系統線(xiàn)路級和站級(除測量電表)集成到綜合監控系統，測量電表與開(kāi)關(guān)柜合并打包，*大限度減少接口。為解決綜合監控系統集成商做電能管理系統不專(zhuān)業(yè)問(wèn)題，招標時(shí)通過(guò)設置電能管理系統業(yè)績(jì)門(mén)檻的方式，要求綜合監控系統集成商對電能管理系統二次招標，招標專(zhuān)業(yè)的電能管理系統家輔助綜合監控系統集成商。

2.3 測量表計的設置原則

(1)確保采集全覆蓋。具體表計設置如下：

①車(chē)站變電所：進(jìn)線(xiàn)總開(kāi)關(guān)、三級負荷總開(kāi)關(guān)、母聯(lián)開(kāi)關(guān)：照明總開(kāi)關(guān)、電扶梯饋線(xiàn)回路、環(huán)控設備饋線(xiàn)回路、廣告照明饋線(xiàn)回路、公安通信回路、公眾通信回路、商業(yè)預留回路、信號回路、站臺門(mén)回路；

②車(chē)站環(huán)控電控柜：空調機組、各類(lèi)風(fēng)機、冷水機組、冷凍泵、冷卻泵和冷卻塔風(fēng)機等；

③車(chē)站弱電綜合UPS：弱電綜合UPS出線(xiàn)側各弱電系統回路；

④車(chē)輛段：各單體建筑總配電柜空調、照明、工藝檢修等分類(lèi)負荷；

⑤主變電所：總配電箱進(jìn)線(xiàn)回路。

該設置原則覆蓋了各用電設備系統，并且分類(lèi)分項分戶(hù)測量，便于統計對比分析。

1. 根據不同回路測試要求的不同，差異化設置測量表計，降低建設成本。在35 kV 電壓等級測量回路和對外商業(yè)單獨計量收費的回路采用0.2S精度的表計,其他回路采用0.5S 精度的表計。在滿(mǎn)足統計分析精度的前提下，盡量降低建設成本。

2. 盡量采用多回路測量?jì)x表,降低建設成本。目前大部分城市項目的測量方案為一個(gè)回路裝設一個(gè)測量?jì)x表，因為測量覆蓋面廣,一般一個(gè)項目需要裝設 2000 多塊表計。眾多表計本身就是一個(gè)比較大的建設成本，并且因為表計需要裝設在開(kāi)關(guān)柜、環(huán)控柜、總配柜里面,導致占用柜子很大的空間，也間接增加了成本。如果采用多回路測量?jì)x表，單塊表計可以串接多個(gè)測量模塊，距離較遠時(shí)還可以加裝中繼器擴大單塊表計的測量回路范圍(圖 2)。在保證同樣的測量覆蓋范圍的情況下，可以減少表計的數量，大大降低建設成本。

1. 每個(gè)項目采用統一的數據分類(lèi)分項模型。濱海新區 3 個(gè)城市軌道交通建設項目雖然時(shí)序不同，但是在建設一個(gè)項目時(shí)就要站在整個(gè)線(xiàn)網(wǎng)的高度,統一各個(gè)項目的數據模型,為后續不同線(xiàn)路的數據進(jìn)行對比分析奠定基礎，也為后續建設線(xiàn)網(wǎng)級的電能管理系統做好鋪墊。

2.4 集成通風(fēng)空調系統節能系統

通風(fēng)空調系統是各設備系統除車(chē)輛外用電*多的系統，一般約占整個(gè)用電量的 25%~30%。通風(fēng)空調系統節能是電能管理節能的重點(diǎn)。通風(fēng)空調系統節能系統以整個(gè)空調系統節能為目標(冷水機組+冷凍泵+冷卻泵+冷卻塔+空調末端)，綜合考慮各設備之間耦合關(guān)系和相互影響，在不同室外狀況以及系統負荷下，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)尋找空調系統運行的*佳能效控制參數，實(shí)現系統全局優(yōu)化控制。電能管理系統集成了空調節能系統，通過(guò)電能管理系統電表所測數據?？梢詼蚀_查看空調節能系統節省的電量，評價(jià)空調節能系統的節能效果。

2.5 集成照明節能控制系統

低壓照明系統也是節能的一個(gè)重點(diǎn)，照明控制系統在車(chē)站區域增加調光控制器，人流量傳感器。通過(guò)傳感器配合電能管理系統進(jìn)行照明控制。利用專(zhuān)業(yè)電能管理系統廠(chǎng)家技術(shù)優(yōu)勢,通過(guò)研究車(chē)站客流模式、運營(yíng)模式(分季節和高峰時(shí)段)等數據進(jìn)行挖掘，實(shí)現低壓照明設備的智能、精細控制,達到照明節能的目的。

3、安科瑞Acrel-3000WEB電能管理解決方案

3.1概述

 用戶(hù)端消耗著(zhù)整個(gè)電網(wǎng)80%的電能，用戶(hù)端智能化用電管理對用戶(hù)可靠、安全、節約用電有十分重要的意義。構建智能用電服務(wù)體系，推廣用戶(hù)端智能儀表、智能用電管理終端等設備用電管理解決方案，實(shí)現電網(wǎng)與用戶(hù)的雙向良性互動(dòng)。用戶(hù)端急需解決的研究?jì)热葜饕ǎ罕碛?，智能樓宇、智能電器、增值服?wù)、客戶(hù)用電管理系統、需求側管理等課題。

  安科瑞Acrel-3000WEB電能管理解決方案通過(guò)對用戶(hù)端用電情況進(jìn)行細分和統計，以直觀(guān)的數據和圖表向管理人員或決策層展示各分項用電的使用消耗情況，便于找出高耗能點(diǎn)或不合理的耗能習慣，有效節約電能，為用戶(hù)進(jìn)一步節能改造或設備升級提供準確的數據支撐。

3.2應用場(chǎng)所

  （1）辦公建筑（商務(wù)辦公、大型公共建筑等）；

  （2）商業(yè)建筑（商場(chǎng)、金融機構建筑等）；

  （3）旅游建筑（賓館飯店、娛樂(lè )場(chǎng)所等）；

  （4）科教文衛建筑（文化、教育、科研、醫療衛生、體育建筑等）；

  （5）通信建筑（郵電、通信、廣播、電視、數據中心等）；

  （6）交通運輸建筑（機場(chǎng)、車(chē)站、碼頭建筑等）。

3.3系統結構

3.4系統功能

1）實(shí)時(shí)監測

系統人機界面友好，以配電一次圖的形式直觀(guān)顯示配電線(xiàn)路的運行狀態(tài)，實(shí)時(shí)監測各回路電壓、電流、功率、功率因數、電能等電參數信息，動(dòng)態(tài)監視各配電回路斷路器、隔離開(kāi)關(guān)、地刀等合、分狀態(tài)，以及有關(guān)故障、告警等信號。

2）電能統計報表

系統以豐富的報表支撐計量體系的完整性。系統具備定時(shí)抄表匯總統計功能，用戶(hù)可以自由查詢(xún)自系統正常運行以來(lái)任意時(shí)間段內各配電節點(diǎn)的用電情況，即該節點(diǎn)進(jìn)線(xiàn)用電量與各分支回路消耗電量的統計分析報表。該功能使得用電可視透明，并在用電誤差偏大時(shí)可分析追溯，維護計量體系的正確性。

3）詳細電參量查詢(xún)

在配電一次圖中，當鼠標移動(dòng)到每個(gè)回路附近時(shí)，鼠標指針變?yōu)槭中?，鼠標單擊可查看該回路詳細電參量，包括三相電流、三相電壓、三相總有功功率、總無(wú)功功率、總功率因數、正向有功電能，并可以查看24小時(shí)相電流趨勢曲線(xiàn)及24小時(shí)電壓趨勢曲線(xiàn)。

4）運行報表

系統具有實(shí)時(shí)電力參數和歷史電力參數的存儲和管理功能，所有實(shí)時(shí)采集的數據、順序事件記錄等均可保存到數據庫，在查詢(xún)界面中能夠自定義需要查詢(xún)的參數、*定時(shí)間或選擇查詢(xún)更新的記錄數據等，并通過(guò)報表方式顯示出來(lái)。用戶(hù)可以根據需要定制運行日報、月報，支持導出Excel格式文件，還可以根據用戶(hù)要求導出PDF格式文件。

5）變壓器運行監視

系統對配電系統總進(jìn)線(xiàn)、主變壓器、重要負荷出線(xiàn)的運行狀態(tài)進(jìn)行在線(xiàn)實(shí)時(shí)監視，用曲線(xiàn)顯示電流、變壓器運行溫度、有功需量、有功功率、視在功率、變壓器負荷率等運行趨勢，分析變壓器負荷率及損耗，方便運行維護人員及時(shí)掌握運行水平和用電需求，確保供電安全可靠。

6）實(shí)時(shí)報警

系統具有實(shí)時(shí)報警功能，系統能夠對配電回路斷路器、隔離開(kāi)關(guān)、接地刀分、合動(dòng)作等遙信變位，保護動(dòng)作、事故跳閘，以及電壓、電流、功率、功率因數越限等事件進(jìn)行實(shí)時(shí)監測，并根據事件等級發(fā)出告警。系統報警時(shí)自動(dòng)彈出實(shí)時(shí)報警窗口，并發(fā)出聲音或語(yǔ)音提醒。

7）歷史事件查詢(xún)

系統能夠對遙信變位，保護動(dòng)作、事故跳閘，以及電壓、電流、功率、功率因數越限等事件記錄進(jìn)行存儲和管理，方便用戶(hù)對系統事件和報警進(jìn)行歷史追溯，查詢(xún)統計、事故分析。

8）電能質(zhì)量監測

系統可以對整個(gè)配電系統范圍內的電能質(zhì)量進(jìn)行持續性的監測，運行維護人員可以通過(guò)諧波分析棒圖、報表掌握進(jìn)線(xiàn)、變壓器、重要回路的電壓、電流諧波畸變率、諧波含量、電壓不平衡度等，及時(shí)采取相應的措施，降低諧波損耗，減少因諧波造成的異常和事故(該功能需要選配帶諧波監測功能的電力儀表，不需要可刪除。

9）遙控操作

系統支持對斷路器、隔離開(kāi)關(guān)、接地刀等進(jìn)行分、合遙控操作。系統具有嚴格的密碼保護和操作權限管理功能，對于每次遙控操作，系統自動(dòng)生成操作記錄，記錄內容包含操作人、操作時(shí)間、操作類(lèi)型等。實(shí)現該功能需要斷路器本身具有電操機構及保護保測控裝置具備遙控功能等硬件設備的支持。

10）用戶(hù)權限管理

系統為保障系統安全穩定運行，設置了用戶(hù)權限管理功能。通過(guò)用戶(hù)權限管理能夠防止未經(jīng)授權的操作（如配電回路名稱(chēng)修改等）?？梢远x不同級別用戶(hù)的登錄名、密碼及操作權限，為系統運行、維護、管理提供可靠的安全保障。

11）通訊狀態(tài)圖

系統支持實(shí)時(shí)監視接入系統的各設備的通訊狀態(tài)，能夠完整的顯示整個(gè)系統網(wǎng)絡(luò )結構；可在線(xiàn)診斷設備通訊狀態(tài)，發(fā)生網(wǎng)絡(luò )異常時(shí)能自動(dòng)在界面上顯示故障設備或元件及其故障部位。從而方便運行維護人員實(shí)時(shí)掌握現場(chǎng)各設備的通訊狀態(tài)，及時(shí)維護出現異常的設備，保證系統的穩定運行。

12）視頻監控

視頻監控展示了當前實(shí)時(shí)畫(huà)面（視頻直播），選中某一個(gè)變配電站，即可查看該變配電站內視頻信息。

13）用戶(hù)報告

用戶(hù)報告頁(yè)面主要用于對選定的變配電站自動(dòng)匯總一個(gè)月的運行數據，對變壓器負荷、配電回路用電量、功率因數、報警事件等進(jìn)行統計分析。

14）APP支持

電力運維手機支持“監控系統"、“設備檔案"、“待辦事項"、“巡檢記錄"和“缺陷記錄"五大模塊，支持一次圖、需量、用電量、視頻、曲線(xiàn)、溫濕度、同比、環(huán)比、電能質(zhì)量、各種事件報警查詢(xún)，設備檔案查詢(xún)、待辦事件處理、巡檢記錄查詢(xún)等。

3.5系統硬件配置清單

4、結論

濱海新區城市軌道交通電能管理系統方案,充分借鑒了已經(jīng)實(shí)施該系統的城市的經(jīng)驗，避免了它們的不足：既保證了測量數據全覆蓋，又有效地控制了成本;既減少電能管理系統與其他系統的接口,又能充分發(fā)揮電能管理系統專(zhuān)業(yè)廠(chǎng)家的優(yōu)勢。從一個(gè)項目實(shí)施時(shí)就統一各個(gè)項目的數據格式標準,為后續建立線(xiàn)網(wǎng)級的電能管理系統打下了基礎。同時(shí),集成通風(fēng)空調節能系統和照明節能系統,在數據監測與節能控制聯(lián)動(dòng)方面也做了探索和嘗試。

【參考文獻】

1. 張健,左燕.天津濱海新區軌道交通電能管理系統研究[J].設備管理與維修,2019,0(15):28-30

2. 黃明才.南京地鐵能耗數據模型[J].能源研究與利用,2018(1):50-53.

3. 沈文杰.地鐵車(chē)站能源管理系統設計應用[J].電氣技術(shù),2015( 10):63-67

4. 安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊2022.05版

5. 
   

作者簡(jiǎn)介：魏健輝，女，現任職于安科瑞電氣股份有限公司。