淺談天津濱海新區軌道交通電能管理係統研究及選型

【摘要】：介紹天津濱海新區軌道交通項目建設電能管理係統的係統架構、功能組成和實施方案。在借鑒其他城市軌道交通項目電能管理係統的基礎上,結合天津濱海新區軌道交通建設的具體(ti) 情況，對係統組網方案、測量表計設置原則、與(yu) 通風空調節能係統和照明節能係統的集成配合等方麵進行了方案研究，並提出了天津濱海新區城市軌道交通電能管理係統方案。

【關(guan) 鍵詞】：電能管理;城市軌道交通;節能;工程建設

0引言

截至 2018 年年底，國內(nei) 已經有 35 個(ge) 城市共開通運營5761.4 km 的城市軌道交通線路。城市軌道交通車輛運行及設備係統均采用電能，隨著更多的城市軌道交通項目建設，如何節約電能是一個(ge) 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設置多功能電表計量各用電設備的用電情況，通過電能管理軟件分析能耗情況提出相應節能方案，並獲得了明顯節能效益，但在實施和運營中也發現了一些問題。國家發改委《發改基礎[2015]2098號》文批複天津濱海新區建設 B1、Z2、Z4線3個(ge) 軌道交通項目3個(ge) 項目均設置了電能管理係統。本文針對目前已經實施的電能管理係統中存在的缺陷和問題，研究解決(jue) 方案，提出了適合天津濱海新區軌道交通建設的電能管理係統方案和實施方案。希望為(wei) 天津濱海新區後續建設項目以及其他城市電能管理係統建設提供參考。

1已經實施的電能管理係統存在的問題

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，對能源係統的計量覆蓋範圍不到位，不能完整、準確反映電能係統的分類、分項、分戶能耗信息，不滿足電能的供給與(yu) 使用包括損耗的平衡分析條件。表計精度不夠.無法滿足電能分析對比的要求。

1.2 缺乏統一規劃各個(ge) 項目數據格式不統一

一個(ge) 城市各個(ge) 項目的電能管理係統建設缺乏總體(ti) 規劃，建設時每個(ge) 項目的數據格式標準不一致,並且信息采集的間隔、數據類型、數據交換格式與(yu) 表達方式呈現多樣化特征，導致互聯可通信息存在交耳問題，對後續建立該城市線網級的電能管理係統形成了巨大的障礙。

1.3 係統組網方案與(yu) 招標實施方案不科學

電能管理係統與(yu) 供電係統開關(guan) 櫃設備、18luck新客户端係統、通信係統、綜合監控係統存在接口。根據電能管理係統與(yu) 上麵幾個(ge) 係統的關(guan) 係以及如何接人骨幹網,可以設置不同的組網方案和打包方案。如果組網方案或者打包方案不合理,會(hui) 導致接口過多,並且無法充分發揮專(zhuan) 業(ye) 電能管理係統廠家的作用。

1.4 重監測、輕應用

目前實施的電能管理係統更多在於(yu) 采集數據，采集以後的數據應用到設備控製形成的節能措施較少。

2 濱海新區軌道交通電能管理係統方案

2.1係統構成

電能管理係統由線路級電能管理係統、站級電能采集係統及其數據傳(chuan) 輸的網絡通道組成。(圖 1)

線路級電能管理係統設在控製中心，對全線的車站、場段主變電所等區域所消耗電能進行分類計量和在線監測。同時建立針對能耗數據統計對比及用能設備係統實時用能狀態的集中監管平台，實現對地鐵線路能耗監測、用能監管和節能管理3個(ge) 層麵的管理應用。

站級電能采集係統由監控工作站(含主機、顯示器等)、通信控製器、工業(ye) 以太網交換機以及相關(guan) 附件等構成。站級電能采集係統是監測、分析站點供電係統電能質量的工具,通過采集智能監測儀(yi) 表的數據.實現對站點供電係統的電能質量參數測量、監測分析和計量管理等功能。

2.2組網方案比選

電能管理係統有以下 3 種組網方案:第三種是集成到綜合監控係統這3 種方案的對比詳見表1。

天津濱海新區軌道交通項目均設計了綜合監控係統，18luck新客户端係統也深度集成到了綜合監控係統綜合考慮係統接口、後續調試，采用電能管理係統線路級和站級(除測量電表)集成到綜合監控係統，測量電表與(yu) 開關(guan) 櫃合並打包，*大限度減少接口。為(wei) 解決(jue) 綜合監控係統集成商做電能管理係統不專(zhuan) 業(ye) 問題，招標時通過設置電能管理係統業(ye) 績門檻的方式，要求綜合監控係統集成商對電能管理係統二次招標，招標專(zhuan) 業(ye) 的電能管理係統家輔助綜合監控係統集成商。

2.3 測量表計的設置原則

(1)確保采集全覆蓋。具體(ti) 表計設置如下：

①車站變電所：進線總開關(guan) 、三級負荷總開關(guan) 、母聯開關(guan) ：照明總開關(guan) 、電扶梯饋線回路、環控設備饋線回路、廣告照明饋線回路、公安通信回路、公眾(zhong) 通信回路、商業(ye) 預留回路、信號回路、站台門回路；

②車站環控電控櫃：空調機組、各類風機、冷水機組、冷凍泵、冷卻泵和冷卻塔風機等；

③車站弱電綜合UPS：弱電綜合UPS出線側(ce) 各弱電係統回路；

④車輛段：各單體(ti) 建築總配電櫃空調、照明、工藝檢修等分類負荷；

⑤主變電所：總配電箱進線回路。

該設置原則覆蓋了各用電設備係統，並且分類分項分戶測量，便於(yu) 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(ye) 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儀(yi) 表,降低建設成本。目前大部分城市項目的測量方案為(wei) 一個(ge) 回路裝設一個(ge) 測量儀(yi) 表，因為(wei) 測量覆蓋麵廣,一般一個(ge) 項目需要裝設 2000 多塊表計。眾(zhong) 多表計本身就是一個(ge) 比較大的建設成本，並且因為(wei) 表計需要裝設在開關(guan) 櫃、環控櫃、總配櫃裏麵,導致占用櫃子很大的空間，也間接增加了成本。如果采用多回路測量儀(yi) 表，單塊表計可以串接多個(ge) 測量模塊，距離較遠時還可以加裝中繼器擴大單塊表計的測量回路範圍(圖 2)。在保證同樣的測量覆蓋範圍的情況下，可以減少表計的數量，大大降低建設成本。

1. 每個(ge) 項目采用統一的數據分類分項模型。濱海新區 3 個(ge) 城市軌道交通建設項目雖然時序不同，但是在建設第一個(ge) 項目時就要站在整個(ge) 線網的高度,統一各個(ge) 項目的數據模型,為(wei) 後續不同線路的數據進行對比分析奠定基礎，也為(wei) 後續建設線網級的電能管理係統做好鋪墊。

2.4 集成通風空調係統節能係統

通風空調係統是各設備係統除車輛外用電*多的係統，一般約占整個(ge) 用電量的 25%~30%。通風空調係統節能是電能管理節能的重點。通風空調係統節能係統以整個(ge) 空調係統節能為(wei) 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(guan) 係和相互影響，在不同室外狀況以及係統負荷下，實時動態尋找空調係統運行的*佳能效控製參數，實現係統全局優(you) 化控製。電能管理係統集成了空調節能係統，通過電能管理係統電表所測數據。可以準確查看空調節能係統節省的電量，評價(jia) 空調節能係統的節能效果。

2.5 集成照明節能控製係統

低壓照明係統也是節能的一個(ge) 重點，照明控製係統在車站區域增加調光控製器，人流量傳(chuan) 感器。通過傳(chuan) 感器配合電能管理係統進行照明控製。利用專(zhuan) 業(ye) 電能管理係統廠家技術優(you) 勢,通過研究車站客流模式、運營模式(分季節和高峰時段)等數據進行挖掘，實現低壓照明設備的智能、精細控製,達到照明節能的目的。

3 安科瑞Acrel-3000WEB電能管理解決(jue) 方案

3.1概述

  用戶端消耗著整個(ge) 電網80%的電能，用戶端智能化用電管理對用戶可靠、安全、節約用電有十分重要的意義(yi) 。構建智能用電服務體(ti) 係，推廣用戶端智能儀(yi) 表、智能用電管理終端等設備用電管理解決(jue) 方案，實現電網與(yu) 用戶的雙向良性互動。用戶端急需解決(jue) 的研究內(nei) 容主要包括：表計，智能樓宇、智能電器、增值服務、客戶用電管理係統、需求側(ce) 管理等課題。

   安科瑞Acrel-3000WEB電能管理解決(jue) 方案通過對用戶端用電情況進行細分和統計，以直觀的數據和圖表向管理人員或決(jue) 策層展示各分項用電的使用消耗情況，便於(yu) 找出高耗能點或不合理的耗能習(xi) 慣，有效節約電能，為(wei) 用戶進一步節能改造或設備升級提供準確的數據支撐。

3.2應用場所

   （1）辦公建築（商務辦公、大型公共建築等）；

   （2）商業(ye) 建築（商場、金融機構建築等）；

   （3）旅遊建築（賓館飯店、娛樂(le) 場所等）；

   （4）科教文衛建築（文化、教育、科研、醫療衛生、體(ti) 育建築等）；

   （5）通信建築（郵電、通信、廣播、電視、數據中心等）；

   （6）交通運輸建築（機場、車站、碼頭建築等）。

3.3係統結構

3.4係統功能

1）實時監測

係統人機界麵友好，以配電一次圖的形式直觀顯示配電線路的運行狀態，實時監測各回路電壓、電流、功率、功率因數、電能等電參數信息，動態監視各配電回路斷路器、隔離開關(guan) 、地刀等合、分狀態，以及有關(guan) 故障、告警等信號。

2）電能統計報表

係統以豐(feng) 富的報表支撐計量體(ti) 係的完整性。係統具備定時抄表匯總統計功能，用戶可以自由查詢自係統正常運行以來任意時間段內(nei) 各配電節點的用電情況，即該節點進線用電量與(yu) 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，並在用電誤差偏大時可分析追溯，維護計量體(ti) 係的正確性。

3）詳細電參量查詢

在配電一次圖中，當鼠標移動到每個(ge) 回路附近時，鼠標指針變為(wei) 手形，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、總無功功率、總功率因數、正向有功電能，並可以查看24小時相電流趨勢曲線及24小時電壓趨勢曲線。

4）運行報表

係統具有實時電力參數和曆史電力參數的存儲(chu) 和管理功能，所有實時采集的數據、順序事件記錄等均可保存到數據庫，在查詢界麵中能夠自定義(yi) 需要查詢的參數、時間或選擇查詢更新的記錄數據等，並通過報表方式顯示出來。用戶可以根據需要定製運行日報、月報，支持導出Excel格式文件，還可以根據用戶要求導出PDF格式文件。

5）變壓器運行監視

係統對配電係統總進線、主變壓器、重要負荷出線的運行狀態進行在線實時監視，用曲線顯示電流、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掌握運行水平和用電需求，確保供電安全可靠。

6）實時報警

係統具有實時報警功能，係統能夠對配電回路斷路器、隔離開關(guan) 、接地刀分、合動作等遙信變位，保護動作、事故跳閘，以及電壓、電流、功率、功率因數越限等事件進行實時監測，並根據事件等級發出告警。係統報警時自動彈出實時報警窗口，並發出聲音或語音提醒。

7）曆史事件查詢

係統能夠對遙信變位，保護動作、事故跳閘，以及電壓、電流、功率、功率因數越限等事件記錄進行存儲(chu) 和管理，方便用戶對係統事件和報警進行曆史追溯，查詢統計、事故分析。

8）電能質量監測

係統可以對整個(ge) 配電係統範圍內(nei) 的電能質量進行持續性的監測，運行維護人員可以通過諧波分析棒圖、報表掌握進線、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(yi) 表，不需要可刪除。

9）遙控操作

係統支持對斷路器、隔離開關(guan) 、接地刀等進行分、合遙控操作。係統具有嚴(yan) 格的密碼保護和操作權限管理功能，對於(yu) 每次遙控操作，係統自動生成操作記錄，記錄內(nei) 容包含操作人、操作時間、操作類型等。實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）用戶權限管理

係統為(wei) 保障係統安全穩定運行，設置了用戶權限管理功能。通過用戶權限管理能夠防止未經授權的操作（如配電回路名稱修改等）。可以定義(yi) 不同級別用戶的登錄名、密碼及操作權限，為(wei) 係統運行、維護、管理提供可靠的安全保障。

11）通訊狀態圖

係統支持實時監視接入係統的各設備的通訊狀態，能夠完整的顯示整個(ge) 係統網絡結構；可在線診斷設備通訊狀態，發生網絡異常時能自動在界麵上顯示故障設備或元件及其故障部位。從(cong) 而方便運行維護人員實時掌握現場各設備的通訊狀態，及時維護出現異常的設備，保證係統的穩定運行。

12）視頻監控

視頻監控展示了當前實時畫麵（視頻直播），選中某一個(ge) 變配電站，即可查看該變配電站內(nei) 視頻信息。

13）用戶報告

用戶報告頁麵主要用於(yu) 對選定的變配電站自動匯總一個(ge) 月的運行數據，對變壓器負荷、配電回路用電量、功率因數、報警事件等進行統計分析。

14）APP支持

電力運維手機支持“監控係統"、“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、溫濕度、同比、環比、電能質量、各種事件報警查詢，設備檔案查詢、待辦事件處理、巡檢記錄查詢等。

3.5係統硬件配置清單

4結論

濱海新區城市軌道交通電能管理係統方案,充分借鑒了已經實施該係統的城市的經驗，避免了它們(men) 的不足：既保證了測量數據全覆蓋，又有效地控製了成本;既減少電能管理係統與(yu) 其他係統的接口,又能充分發揮電能管理係統專(zhuan) 業(ye) 廠家的優(you) 勢。從(cong) 第一個(ge) 項目實施時就統一各個(ge) 項目的數據格式標準,為(wei) 後續建立線網級的電能管理係統打下了基礎。同時,集成通風空調節能係統和照明節能係統,在數據監測與(yu) 節能控製聯動方麵也做了探索和嚐試。

安科瑞侯文莉