天津濱海新區軌道交通電能管理系統研究

張 健，左 燕

（1.天津濱海新區軌道交通投資發展有限公司，天津 300457；2.中鐵六院集團公司電氣化設計院分公司，天津 300250）

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各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

電能計量器具配備率偏低，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，導致互聯互通信息存在交互問題，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]。

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入骨干網，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[2]。

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：第一種是電能管理獨立自成系統；第二種是集成到電力監控系統；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，最大限度減少接口。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廠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；

圖1 電能管理系統系統構成

表1 組網方案對比表

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[3]。

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。

（2）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。

（3）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。

（4）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。

圖2 多回路測量儀表原理

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最多的系統，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最佳能效控制參數，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[4]。

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 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。