張 健，左 燕

（1.天津?yàn)I海新區(qū)軌道交通投資發(fā)展有限公司，天津 300457；2.中鐵六院集團(tuán)公司電氣化設(shè)計(jì)院分公司，天津 300250）

0 引言

截至2018 年年底，國(guó)內(nèi)已經(jīng)有35 個(gè)城市共開(kāi)通運(yùn)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(yùn)行及各設(shè)備系統(tǒng)均采用電能，隨著更多的城市軌道交通項(xiàng)目建設(shè)，如何節(jié)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(xiàng)目通過(guò)設(shè)置多功能電表計(jì)量各用電設(shè)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(yīng)節(jié)能方案，并獲得了明顯節(jié)能效益，但在實(shí)施和運(yùn)營(yíng)中也發(fā)現(xiàn)了一些問(wèn)題。國(guó)家發(fā)改委《發(fā)改基礎(chǔ)【2015】2098 號(hào)》文批復(fù)天津?yàn)I海新區(qū)建設(shè)B1、Z2、Z4 線(xiàn)3 個(gè)軌道交通項(xiàng)目，3 個(gè)項(xiàng)目均設(shè)置了電能管理系統(tǒng)。本文針對(duì)目前已經(jīng)實(shí)施的電能管理系統(tǒng)中存在的缺陷和問(wèn)題，研究解決方案，提出了適合天津?yàn)I海新區(qū)軌道交通建設(shè)的電能管理系統(tǒng)方案和實(shí)施方案。希望為天津?yàn)I海新區(qū)后續(xù)建設(shè)項(xiàng)目以及其他城市電能管理系統(tǒng)建設(shè)提供參考。

1 已經(jīng)實(shí)施的電能管理系統(tǒng)存在的問(wèn)題

1.1 表計(jì)的配置數(shù)量不足、精度不夠

電能計(jì)量器具配備率偏低，對(duì)能源系統(tǒng)的計(jì)量覆蓋范圍不到位，不能完整、準(zhǔn)確反映電能系統(tǒng)的分類(lèi)、分項(xiàng)、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(jì)精度不夠，無(wú)法滿(mǎn)足電能分析對(duì)比的要求。

1.2 缺乏統(tǒng)一規(guī)劃，各個(gè)項(xiàng)目數(shù)據(jù)格式不統(tǒng)一

一個(gè)城市各個(gè)項(xiàng)目的電能管理系統(tǒng)建設(shè)缺乏總體規(guī)劃，建設(shè)時(shí)每個(gè)項(xiàng)目的數(shù)據(jù)格式標(biāo)準(zhǔn)不一致，并且信息采集的間隔、數(shù)據(jù)類(lèi)型、數(shù)據(jù)交換格式與表達(dá)方式呈現(xiàn)多樣化特征，導(dǎo)致互聯(lián)互通信息存在交互問(wèn)題，對(duì)后續(xù)建立該城市線(xiàn)網(wǎng)級(jí)的電能管理系統(tǒng)形成了巨大的障礙[1]。

1.3 系統(tǒng)組網(wǎng)方案與招標(biāo)實(shí)施方案不科學(xué)

電能管理系統(tǒng)與供電系統(tǒng)開(kāi)關(guān)柜設(shè)備、電力監(jiān)控系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、綜合監(jiān)控系統(tǒng)存在接口。根據(jù)電能管理系統(tǒng)與上面幾個(gè)系統(tǒng)的關(guān)系以及如何接入骨干網(wǎng)，可以設(shè)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(dǎo)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(tǒng)廠(chǎng)家的作用。

1.4 重監(jiān)測(cè)、輕應(yīng)用

目前實(shí)施的電能管理系統(tǒng)更多在于采集數(shù)據(jù)，采集以后的數(shù)據(jù)應(yīng)用到設(shè)備控制形成的節(jié)能措施較少。

2 濱海新區(qū)軌道交通電能管理系統(tǒng)方案

2.1 系統(tǒng)構(gòu)成

電能管理系統(tǒng)由線(xiàn)路級(jí)電能管理系統(tǒng)、站級(jí)電能采集系統(tǒng)及其數(shù)據(jù)傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)通道組成（圖1）。

線(xiàn)路級(jí)電能管理系統(tǒng)設(shè)在控制中心，對(duì)全線(xiàn)的車(chē)站、場(chǎng)段、主變電所等區(qū)域所消耗電能進(jìn)行分類(lèi)計(jì)量和在線(xiàn)監(jiān)測(cè)。同時(shí)建立針對(duì)能耗數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)對(duì)比及用能設(shè)備系統(tǒng)實(shí)時(shí)用能狀態(tài)的集中監(jiān)管平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)地鐵線(xiàn)路能耗監(jiān)測(cè)、用能監(jiān)管和節(jié)能管理3 個(gè)層面的管理應(yīng)用[2]。

站級(jí)電能采集系統(tǒng)由監(jiān)控工作站（含主機(jī)、顯示器等）、通信控制器、工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)以及相關(guān)附件等構(gòu)成。站級(jí)電能采集系統(tǒng)是監(jiān)測(cè)、分析站點(diǎn)供電系統(tǒng)電能質(zhì)量的工具，通過(guò)采集智能監(jiān)測(cè)儀表的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)站點(diǎn)供電系統(tǒng)的電能質(zhì)量參數(shù)測(cè)量、監(jiān)測(cè)分析和計(jì)量管理等功能。

2.2 組網(wǎng)方案比選

電能管理系統(tǒng)有以下3 種組網(wǎng)方案：第一種是電能管理獨(dú)立自成系統(tǒng)；第二種是集成到電力監(jiān)控系統(tǒng)；第三種是集成到綜合監(jiān)控系統(tǒng)。這3 種方案的對(duì)比詳見(jiàn)表1。

天津?yàn)I海新區(qū)軌道交通項(xiàng)目均設(shè)計(jì)了綜合監(jiān)控系統(tǒng)，電力監(jiān)控系統(tǒng)也深度集成到了綜合監(jiān)控系統(tǒng)。綜合考慮系統(tǒng)接口、后續(xù)調(diào)試，采用電能管理系統(tǒng)線(xiàn)路級(jí)和站級(jí)（除測(cè)量電表）集成到綜合監(jiān)控系統(tǒng)，測(cè)量電表與開(kāi)關(guān)柜合并打包，最大限度減少接口。為解決綜合監(jiān)控系統(tǒng)集成商做電能管理系統(tǒng)不專(zhuān)業(yè)問(wèn)題，招標(biāo)時(shí)通過(guò)設(shè)置電能管理系統(tǒng)業(yè)績(jī)門(mén)檻的方式，要求綜合監(jiān)控系統(tǒng)集成商對(duì)電能管理系統(tǒng)二次招標(biāo)，招標(biāo)專(zhuān)業(yè)的電能管理系統(tǒng)廠(chǎng)家輔助綜合監(jiān)控系統(tǒng)集成商。

2.3 測(cè)量表計(jì)的設(shè)置原則

（1）確保采集全覆蓋。具體表計(jì)設(shè)置如下：

①車(chē)站變電所：進(jìn)線(xiàn)總開(kāi)關(guān)、三級(jí)負(fù)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(shè)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(yù)留回路、信號(hào)回路、站臺(tái)門(mén)回路；

圖1 電能管理系統(tǒng)系統(tǒng)構(gòu)成

表1 組網(wǎng)方案對(duì)比表

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

③車(chē)站弱電綜合UPS：弱電綜合UPS 出線(xiàn)側(cè)各弱電系統(tǒng)回路；

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

⑤主變電所：總配電箱進(jìn)線(xiàn)回路[3]。

該設(shè)置原則覆蓋了各用電設(shè)備系統(tǒng)，并且分類(lèi)分項(xiàng)分戶(hù)測(cè)量，便于統(tǒng)計(jì)對(duì)比分析。

（2）根據(jù)不同回路測(cè)試要求的不同，差異化設(shè)置測(cè)量表計(jì)，降低建設(shè)成本。在35 kV 電壓等級(jí)測(cè)量回路和對(duì)外商業(yè)單獨(dú)計(jì)量收費(fèi)的回路采用0.2S 精度的表計(jì)，其他回路采用0.5S 精度的表計(jì)。在滿(mǎn)足統(tǒng)計(jì)分析精度的前提下，盡量降低建設(shè)成本。

（3）盡量采用多回路測(cè)量?jī)x表，降低建設(shè)成本。目前大部分城市項(xiàng)目的測(cè)量方案為一個(gè)回路裝設(shè)一個(gè)測(cè)量?jī)x表，因?yàn)闇y(cè)量覆蓋面廣，一般一個(gè)項(xiàng)目需要裝設(shè)2000 多塊表計(jì)。眾多表計(jì)本身就是一個(gè)比較大的建設(shè)成本，并且因?yàn)楸碛?jì)需要裝設(shè)在開(kāi)關(guān)柜、環(huán)控柜、總配柜里面，導(dǎo)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(cè)量?jī)x表，單塊表計(jì)可以串接多個(gè)測(cè)量模塊，距離較遠(yuǎn)時(shí)還可以加裝中繼器擴(kuò)大單塊表計(jì)的測(cè)量回路范圍（圖2）。在保證同樣的測(cè)量覆蓋范圍的情況下，可以減少表計(jì)的數(shù)量，大大降低建設(shè)成本。

（4）每個(gè)項(xiàng)目采用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)分類(lèi)分項(xiàng)模型。濱海新區(qū)3 個(gè)城市軌道交通建設(shè)項(xiàng)目雖然時(shí)序不同，但是在建設(shè)第一個(gè)項(xiàng)目時(shí)就要站在整個(gè)線(xiàn)網(wǎng)的高度，統(tǒng)一各個(gè)項(xiàng)目的數(shù)據(jù)模型，為后續(xù)不同線(xiàn)路的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析奠定基礎(chǔ)，也為后續(xù)建設(shè)線(xiàn)網(wǎng)級(jí)的電能管理系統(tǒng)做好鋪墊。

圖2 多回路測(cè)量?jī)x表原理

2.4 集成通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能系統(tǒng)

通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)是各設(shè)備系統(tǒng)除車(chē)輛外用電最多的系統(tǒng)，一般約占整個(gè)用電量的25%～30%，通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能是電能管理節(jié)能的重點(diǎn)。通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能系統(tǒng)以整個(gè)空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能為目標(biāo)（冷水機(jī)組+冷凍泵+冷卻泵+冷卻塔+空調(diào)末端），綜合考慮各設(shè)備之間耦合關(guān)系和相互影響，在不同室外狀況以及系統(tǒng)負(fù)荷下，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)尋找空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行的最佳能效控制參數(shù)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)全局優(yōu)化控制。電能管理系統(tǒng)集成了空調(diào)節(jié)能系統(tǒng)，通過(guò)電能管理系統(tǒng)電表所測(cè)數(shù)據(jù)，可以準(zhǔn)確查看空調(diào)節(jié)能系統(tǒng)節(jié)省的電量，評(píng)價(jià)空調(diào)節(jié)能系統(tǒng)的節(jié)能效果[4]。

2.5 集成照明節(jié)能控制系統(tǒng)

低壓照明系統(tǒng)也是節(jié)能的一個(gè)重點(diǎn)，照明控制系統(tǒng)在車(chē)站區(qū)域增加調(diào)光控制器，人流量傳感器，通過(guò)傳感器配合電能管理系統(tǒng)進(jìn)行照明控制。利用專(zhuān)業(yè)電能管理系統(tǒng)廠(chǎng)家技術(shù)優(yōu)勢(shì)，通過(guò)研究車(chē)站客流模式、運(yùn)營(yíng)模式（分季節(jié)和高峰時(shí)段）等數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘，實(shí)現(xiàn)低壓照明設(shè)備的智能、精細(xì)控制，達(dá)到照明節(jié)能的目的。

3 結(jié)論

濱海新區(qū)城市軌道交通電能管理系統(tǒng)方案，充分借鑒了已經(jīng)實(shí)施該系統(tǒng)的城市的經(jīng)驗(yàn)，避免了它們的不足：既保證了測(cè)量數(shù)據(jù)全覆蓋，又有效地控制了成本；既減少電能管理系統(tǒng)與其他系統(tǒng)的接口，又能充分發(fā)揮電能管理系統(tǒng)專(zhuān)業(yè)廠(chǎng)家的優(yōu)勢(shì)。從第一個(gè)項(xiàng)目實(shí)施時(shí)就統(tǒng)一各個(gè)項(xiàng)目的數(shù)據(jù)格式標(biāo)準(zhǔn)，為后續(xù)建立線(xiàn)網(wǎng)級(jí)的電能管理系統(tǒng)打下了基礎(chǔ)。同時(shí)，集成通風(fēng)空調(diào)節(jié)能系統(tǒng)和照明節(jié)能系統(tǒng)，在數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)與節(jié)能控制聯(lián)動(dòng)方面也做了探索和嘗試。