地鐵車站能源管理系統(tǒng)技術(shù)改造方案探討

摘 要：探討已建地鐵內(nèi)的供電系統(tǒng)能耗計(jì)量技術(shù)改造方案。構(gòu)建整體能源管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對能源進(jìn)行管理，達(dá)到節(jié)能減排目的。

關(guān)鍵詞：計(jì)量改造；能源管理；節(jié)能減排

引言

現(xiàn)今中國進(jìn)入了城市軌道交通建設(shè)的高速發(fā)展期，有許多的城市已修建軌道交通系統(tǒng)，而城市軌道交通主要的耗能方式就是用電，那么節(jié)能減排是它的必由之路。在節(jié)能減排之前，首先是建立能耗的遠(yuǎn)程監(jiān)控及節(jié)能措施效果評價(jià)體系。

1 地鐵能源計(jì)量現(xiàn)狀分析

目前地鐵車站已有低壓配電監(jiān)控系統(tǒng)、環(huán)控電控系統(tǒng)、以及部分線路的電度計(jì)量，上述系統(tǒng)基本功能是完成低壓配電及環(huán)境控制，重要負(fù)荷如400V低壓進(jìn)線等裝設(shè)有多功能測量表計(jì)，用于電度計(jì)量。當(dāng)前的能耗統(tǒng)計(jì)模式主要以人工為主，采取定期或巡檢模式進(jìn)行抄表，通過人工統(tǒng)計(jì)形成能耗報(bào)表，已具備信息化基礎(chǔ)，但仍有以下需完善的空間：

1.1 現(xiàn)場能耗未按大型公建信息化標(biāo)準(zhǔn)分類分項(xiàng)的原則進(jìn)行精確統(tǒng)計(jì)。

1.2 能耗精細(xì)化程度不夠，無法獲得更詳細(xì)的能耗數(shù)據(jù)，如其中空調(diào)設(shè)備耗電量、站臺(tái)照明耗電量、商業(yè)（含廣告燈）類耗電量等等細(xì)化能耗數(shù)據(jù)無從獲得。

1.3 人工抄表導(dǎo)致數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性較差，并無法形成時(shí)間顆粒度更完整的能耗時(shí)間報(bào)表。

1.4 車站能耗與客運(yùn)量間的對應(yīng)關(guān)系以及客運(yùn)量對能耗產(chǎn)生的影響估量顆粒度較粗。

1.5 辦公能耗與運(yùn)營能耗的分配比例數(shù)據(jù)未能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)獲取，實(shí)時(shí)變化率統(tǒng)計(jì)需消耗較大工作量。

1.6 當(dāng)前的能耗管理的自動(dòng)化程度和實(shí)時(shí)性仍有提高的空間。

1.7 隨著地鐵線路不斷增加，將面臨龐大的能耗數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)工作。

2 能源管理系統(tǒng)改造方案

2.1 實(shí)施方式

為盡快驗(yàn)證能源管理系統(tǒng)的實(shí)際能力，降低工程量，我們將降壓所、混合所及環(huán)控所部分重要回路中加裝計(jì)量多功能表計(jì)采集能源數(shù)據(jù)，，通過現(xiàn)有OA網(wǎng)絡(luò)完成能源數(shù)據(jù)傳輸至能源管理系統(tǒng)后臺(tái)，并保留接口連接至骨干網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳送至控制中心。

2.2 管理系統(tǒng)架構(gòu)

車站站廳四端各設(shè)一臺(tái)電能采集器，用于采集本端站廳及站臺(tái)的所有電表值。采集器與公司的OA網(wǎng)絡(luò)相連。OCC中心設(shè)置一臺(tái)能源管理服務(wù)器，用于運(yùn)行能源管理軟件，處理各種數(shù)據(jù)，并將各種數(shù)據(jù)發(fā)布到web上，分公司的辦公電腦上都可以查看各種能源數(shù)據(jù)（可設(shè)置不同權(quán)限）。中心再設(shè)置一臺(tái)磁盤陣列，用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。

2.3 數(shù)據(jù)采集點(diǎn)選擇及設(shè)備選型

標(biāo)準(zhǔn)車站現(xiàn)場共有1個(gè)降壓變電所、1個(gè)混合變電所、2個(gè)環(huán)控室。

根據(jù)能源管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想、管理需求，對低壓配電室和環(huán)控電控室的采集點(diǎn)選擇和電參量采集設(shè)備選型如下：

采用的智能儀表分為兩種，一種是用在進(jìn)線回路的多功能電力監(jiān)控儀表，一種是用在饋線回路的多功能電度表。兩種智能儀表需具備的功能如下：

多功能電力監(jiān)控儀表：

測量三相相/線電壓及不平衡率、三相電流及不平衡率、零序電流、有功/無功/視在功率、有功/無功/視在功率因數(shù)、頻率、雙向四象限電度統(tǒng)計(jì)；電壓、電流測量精度0.5%，有功電度測量精度1%；具備簡單電能質(zhì)量分析功能，支持2-31次電流電壓諧波百分比和有效值測量，支持需量計(jì)算功能，支持諧波電度計(jì)算；支持復(fù)費(fèi)率電度、歷史電度統(tǒng)計(jì)功能；大屏幕液晶顯示；至少一路RS485通信接口，支持MODBUS協(xié)議，支持?jǐn)U展RS485或高速Profibus通訊接口；具備多種智能型可擴(kuò)展模塊；具備相序糾錯(cuò)功能，端口抗強(qiáng)電能力；具有強(qiáng)抗干擾能力及掉電保護(hù)功能，滿足IEC標(biāo)準(zhǔn)：

85V～265V交直流電源，功耗小于2W；工作環(huán)境-10℃-55℃，濕度5-95%，無凝露。

多功能電度表：

測量三相相/線電壓、三相電流、有功/無功/視在功率、有功/無功/視在功率因數(shù)、頻率、雙向四象限電度統(tǒng)計(jì)；電壓、電流測量精度0.5%，有功電度測量精度1%；支持復(fù)費(fèi)率電度、歷史電度統(tǒng)計(jì)功能；大屏幕液晶顯示；一路RS485通信接口，支持MODBUS協(xié)議；具備兩路隔離光脈沖電度輸出；具有強(qiáng)抗干擾能力及掉電保護(hù)功能，滿足IEC標(biāo)準(zhǔn)：

85-265VAC/45-65Hz，100-300VDC電源，功耗小于2W；工作環(huán)境-10℃ - 55℃，濕度5-95%，無凝露。

根據(jù)配電系統(tǒng)圖的分析，采集點(diǎn)選擇如下。

照明系統(tǒng)：工作照明、應(yīng)急照明（包括疏散指示）、廣告照明。

扶梯系統(tǒng)：自動(dòng)扶梯、直梯。

弱電系統(tǒng)：信號、通信、綜合監(jiān)控、AFC。

環(huán)控系統(tǒng)：冷水機(jī)組、空調(diào)風(fēng)機(jī)、風(fēng)柜、隧道排熱、排風(fēng)機(jī)、回排風(fēng)機(jī)。

牽引系統(tǒng)：；列車牽引。

其它：商鋪、物業(yè)、銀行。

2.4 采集設(shè)備安裝方案

采集設(shè)備包括互感器和智能電表，需將采集設(shè)備安裝在現(xiàn)有的低壓、環(huán)控配電柜內(nèi)。安裝難點(diǎn)如下：

（1）現(xiàn)有電纜長度無法接入互感器中；（2）需在現(xiàn)有配電柜上安裝智能電表，但需考慮保持柜體防護(hù)等級不降低。

針對以上難點(diǎn)，提出以下安裝方案：

（1）智能電表選用面板式：

在電纜小室面板上開孔安裝的多功能電力監(jiān)控儀表和多功能電度表（三相智能數(shù)顯儀表）；互感器均為高精度開口互感器，無需對一次線路進(jìn)行改造即可完成互感器的安裝。

2.5 通訊系統(tǒng)實(shí)施方案

該站所有智能電表采集的數(shù)據(jù)上傳到數(shù)據(jù)采集器，然后通過OA網(wǎng)絡(luò)將各智能電表數(shù)據(jù)傳送到中心服務(wù)器集中處理。具體方案如下：

（1）智能電表與數(shù)據(jù)采集器之間采用RS485總線通訊方式；（2）選擇RVSP2*1.0屏蔽雙絞線作為通訊介質(zhì)；（3）通訊協(xié)議采用MODBUS協(xié)議。

2.6 能源管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)功能

2.6.1 完成能耗的分類分項(xiàng)的精確統(tǒng)計(jì)，解決能耗具體分配比例的問題。

2.6.2 提供按小時(shí)、日、月分類方式的能耗報(bào)表，并提供分類分項(xiàng)的時(shí)刻能耗報(bào)表，解決較精細(xì)時(shí)間顆粒度的分時(shí)能耗統(tǒng)計(jì)的問題。

2.6.3 系統(tǒng)采用統(tǒng)一的對時(shí)及同步數(shù)據(jù)采集，解決能耗數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)不實(shí)時(shí)和統(tǒng)計(jì)時(shí)間不一致的問題。

2.6.4 關(guān)聯(lián)其他系統(tǒng)，獲取客流量等數(shù)據(jù)，計(jì)算出單一乘客的能耗數(shù)據(jù)，解決較細(xì)顆粒度的客運(yùn)量對能耗的影響的評估問題。

2.6.5 依照設(shè)備運(yùn)行的時(shí)間規(guī)律及運(yùn)行特性，實(shí)時(shí)監(jiān)控設(shè)備能耗狀況，幫助判斷特定設(shè)備能耗在特定時(shí)間是否異常，提高管理水平。

2.6.6 精確計(jì)算總能耗情況，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)抄表功能。

3 改造風(fēng)險(xiǎn)與對策

3.1 電氣改造的風(fēng)險(xiǎn)

因本次為改造項(xiàng)目，需在現(xiàn)有的二次電氣回路中增加部分采集點(diǎn)設(shè)備，具體做法是將部分二次電氣回路穿過互感器，并將互感器二次接線引入到采集點(diǎn)設(shè)備。在施工期間應(yīng)防范以下風(fēng)險(xiǎn)：

（1）施工人員觸電危險(xiǎn)；（2）在重要配電室進(jìn)行切割作業(yè)，需防范發(fā)生火災(zāi)；（3）施工時(shí)導(dǎo)致其他一、二次線路松脫。

3.2 應(yīng)對措施

3.2.1 施工改造時(shí)間安排在運(yùn)營結(jié)束后進(jìn)行，對配電柜停電、驗(yàn)電、掛牌。

3.2.2 在重要配電室進(jìn)行切割作業(yè)時(shí)，需對配電室內(nèi)各設(shè)備箱、配電柜內(nèi)做好遮擋措施，提前準(zhǔn)備滅火設(shè)備。

3.2.3 施工完成后需對配電柜進(jìn)行功能測試。

4 結(jié)束語

未設(shè)置能源管理系統(tǒng)的能耗統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)絕大部分均是通過人工記錄而且只進(jìn)行總體的宏觀統(tǒng)計(jì)，沒有對各用能單位進(jìn)行微觀統(tǒng)計(jì)，無法對用能情況進(jìn)行精細(xì)化管理。借助能源管理系統(tǒng)完善能源計(jì)量監(jiān)測，實(shí)現(xiàn)計(jì)量數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集、統(tǒng)計(jì)分析、能源平衡預(yù)測，從而保證用能的持續(xù)、穩(wěn)定和高效管理，消除或減少能源的放散損失以及避免人工干預(yù)統(tǒng)計(jì)所產(chǎn)生的差錯(cuò)。深圳地鐵三期工程也將全部設(shè)置能源管理系統(tǒng)。本文從根據(jù)車站配電系統(tǒng)現(xiàn)狀，提出能源計(jì)量改造技術(shù)方案，為已建地鐵加裝能源管理系統(tǒng)提供參考和借鑒。

參考文獻(xiàn)

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作者簡介：陳波（1976-），男，湖北鐘祥人，電氣工程師，深圳市地鐵集團(tuán)有限公司，主要從事地鐵低壓系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行管理。