淺談天津濱海新區軌道交通電能管理系統研究及選型

任運業

安科瑞電氣股份有限公司  上海嘉定201801

【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，對系統組網方案、測量表計設置原則、與通風空調節能系統和照明節能系統的集成配合等方面進行了方案研究，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，國內已經有 35 個城市共開通運營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系統均采用電能，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，并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》文批復天津濱海新區建設 B1、Z2、Z4線3個軌道交通項目3個項目均設置了電能管理系統。本文針對目前已經實施的電能管理系統中存在的缺陷和問題，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已經實施的電能管理系統存在的問題

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、分項、分戶能耗信息，不滿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.無法滿足電能分析對比的要求。

1.2 缺乏統一規劃各個項目數據格式不統一

一個城市各個項目的電能管理系統建設缺乏總體規劃，建設時每個項目的數據格式標準不一致,并且信息采集的間隔、數據類型、數據交換格式與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，對后續建立該城市線網級的電能管理系統形成了巨大的障礙。

1.3 系統組網方案與招標實施方案不科學

電能管理系統與供電系統開關柜設備、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系統的關系以及如何接人骨干網,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,會導致接口過多,并且無法充分發揮專業電能管理系統廠家的作用。

1.4 重監測、輕應用

目前實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

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

線路級電能管理系統設在控制中心，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系統實時用能狀態的集中監管平臺，實現對地鐵線路能耗監測、用能監管和節能管理3個層面的管理應用。

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、工業以太網交換機以及相關附件等構成。站級電能采集系統是監測、分析站點供電系統電能質量的工具,通過采集智能監測儀表的數據.實現對站點供電系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

電能管理系統有以下 3 種組網方案: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，測量電表與開關柜合并打包，*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業問題，招標時通過設置電能管理系統業績門檻的方式，要求綜合監控系統集成商對電能管理系統二次招標，招標專業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車站變電所：進線總開關、三級負荷總開關、母聯開關：照明總開關、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、公眾通信回路、商業預留回路、信號回路、站臺門回路；

②車站環控電控柜：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出線側各弱電系統回路；

④車輛段：各單體建筑總配電柜空調、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系統，并且分類分項分戶測量，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表,降低建設成本。目前大部分城市項目的測量方案為一個回路裝設一個測量儀表，因為測量覆蓋面廣,一般一個項目需要裝設 2000 多塊表計。眾多表計本身就是一個比較大的建設成本，并且因為表計需要裝設在開關柜、環控柜、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儀表，單塊表計可以串接多個測量模塊，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. 每個項目采用統一的數據分類分項模型。濱海新區 3 個城市軌道交通建設項目雖然時序不同，但是在建設第一個項目時就要站在整個線網的高度,統一各個項目的數據模型,為后續不同線路的數據進行對比分析奠定基礎，也為后續建設線網級的電能管理系統做好鋪墊。

2.4 集成通風空調系統節能系統

通風空調系統是各設備系統除車輛外用電*多的系統，一般約占整個用電量的 25%~30%。通風空調系統節能是電能管理節能的重點。通風空調系統節能系統以整個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系和相互影響，在不同室外狀況以及系統負荷下，實時動態尋找空調系統運行的*佳能效控制參數，實現系統全局優化控制。電能管理系統集成了空調節能系統，通過電能管理系統電表所測數據。可以準確查看空調節能系統節省的電量，評價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重點，照明控制系統在車站區域增加調光控制器，人流量傳感器。通過傳感器配合電能管理系統進行照明控制。利用專業電能管理系統廠家技術優勢,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

  用戶端消耗著整個電網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。構建智能用電服務體系，推廣用戶端智能儀表、智能用電管理終端等設備用電管理解決方案，實現電網與用戶的雙向良性互動。用戶端急需解決的研究內容主要包括：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策層展示各分項用電的使用消耗情況，便于找出高耗能點或不合理的耗能習慣，有效節約電能，為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）辦公建筑（商務辦公、大型公共建筑等）；

   （2）商業建筑（商場、金融機構建筑等）；

   （3）旅游建筑（賓館飯店、娛樂場所等）；

   （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、車站、碼頭建筑等）。

3.3系統結構

3.4系統功能

1）實時監測

系統人機界面友好，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、地刀等合、分狀態，以及有關故障、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。系統具備定時抄表匯總統計功能，用戶可以自由查詢自系統正常運行以來任意時間段內各配電節點的用電情況，即該節點進線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可分析追溯，維護計量體系的正確性。

3）詳細電參量查詢

在配電一次圖中，當鼠標移動到每個回路附近時，鼠標指針變為手形，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，并可以查看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

系統具有實時電力參數和歷史電力參數的存儲和管理功能，所有實時采集的數據、順序事件記錄等均可保存到數據庫，在查詢界面中能夠自定義需要查詢的參數、zhi定時間或選擇查詢更新的記錄數據等，并通過報表方式顯示出來。用戶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

系統具有實時報警功能，系統能夠對配電回路斷路器、隔離開關、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，并根據事件等級發出告警。系統報警時自動彈出實時報警窗口，并發出聲音或語音提醒。

7）歷史事件查詢

系統能夠對遙信變位，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和管理，方便用戶對系統事件和報警進行歷史追溯，查詢統計、事故分析。

8）電能質量監測

系統可以對整個配電系統范圍內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表，不需要可刪除。

9）遙控操作

系統支持對斷路器、隔離開關、接地刀等進行分、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，系統自動生成操作記錄，記錄內容包含操作人、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

系統為保障系統安全穩定運行，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）。可以定義不同級別用戶的登錄名、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）通訊狀態圖

系統支持實時監視接入系統的各設備的通訊狀態，能夠完整的顯示整個系統網絡結構；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，保證系統的穩定運行。

12）視頻監控

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

13）用戶報告

用戶報告頁面主要用于對選定的變配電站自動匯總一個月的運行數據，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、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,充分借鑒了已經實施該系統的城市的經驗，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,又能充分發揮電能管理系統專業廠家的優勢。從第一個項目實施時就統一各個項目的數據格式標準,為后續建立線網級的電能管理系統打下了基礎。同時,集成通風空調節能系統和照明節能系統,在數據監測與節能控制聯動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.地鐵車站能源管理系統設計應用[J].電氣技術,2015( 10):63-67

4. 安科瑞企業微電網設計與應用手冊2022.05版

作者簡介：

任運業，男，現任職于安科瑞電氣股份有限公司。