西南鐵路客運(yùn)樞紐成都東客站配電能源管理系統(tǒng)介紹

前言

在高速鐵路路網(wǎng)建設(shè)快速推進(jìn)，高鐵、動(dòng)車出行進(jìn)入尋常百姓生活的大背景下，我國(guó) 將節(jié)能減排目標(biāo)納入了國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的中長(zhǎng)期規(guī)劃。承諾到2020年，我國(guó)單位國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值二氧化碳排放比2005年下降40%~45%。如何提高能源利用效率，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排目標(biāo)，是鐵路項(xiàng)目設(shè)計(jì)建設(shè)的基本原則。

成都東客站是目前西南地區(qū)規(guī)模zui大、功能設(shè)施zui、現(xiàn)代化程度zui高的客運(yùn)樞紐站。成都東站主要辦理運(yùn)行遂成鐵路動(dòng)車客運(yùn)業(yè)務(wù)以及運(yùn)行成昆鐵路、寶成鐵路特快、快速、普快客運(yùn)業(yè)務(wù)。成都東客站設(shè)計(jì)融合金沙文化以及青銅面具元素，直屬成都鐵路局。成都東站是集鐵路客運(yùn)、長(zhǎng)途及旅游客運(yùn)、城市軌道交通、城市公交、出租及社會(huì)停車等功能于一體的大型現(xiàn)代化綜合交通樞紐，站房工程主要包括高架候車層、站臺(tái)層、出站層（交換大廳）及兩層地鐵，將成為成都的重要城市功能中心。下面介紹在確保高可靠性、高安全性的前提下，為提高本項(xiàng)目能源系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)效率和管理水平，并實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排目標(biāo)，所采取的能源管理技術(shù)措施和實(shí)際效果。

圖1 成都東客站整體外貌

1、工程概況

成都東客站位于成都成華開(kāi)發(fā)區(qū)，三環(huán)路成渝立交處；該項(xiàng)目是成都2010年建設(shè)工程，是西南地區(qū)標(biāo)志性建筑之一。成都東站包括東廣場(chǎng)、西廣場(chǎng)以及站房3個(gè)部分。成都東站占地面積大約45333㎡；站場(chǎng)設(shè)有14個(gè)站臺(tái)、26條股道；站房面積大約108000㎡，設(shè)有5層，自上向下：候車層（3F）、站臺(tái)層（2F）、出站層（1F）、地2層（-1F）、地7層（-2F）。

成都東客站能源管理系統(tǒng)監(jiān)控范圍：適用于東客站上下5層（包含夾層）所有動(dòng)力柜上的智能儀表（上海安科瑞PZ80L-E4/K、ARTU-K32）。

2、能源管理需求分析

由于成都東客站是一個(gè)大型現(xiàn)代化綜合交通樞紐，對(duì)系統(tǒng)可靠性和安全性要求高，負(fù)荷密集、供電容量大，因此對(duì)能源管理系統(tǒng)也提出了相應(yīng)的要求：

a *的安全性與可靠性。綜合交通樞紐運(yùn)營(yíng)必將帶來(lái)大量的人群聚集，為確保安全、對(duì)照明、通風(fēng)等系統(tǒng)的持續(xù)可靠運(yùn)行提出了*的要求。

b 長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。綜合交通的功能要求站房設(shè)施能夠確保長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行，這就要求能源管理系統(tǒng)能夠穩(wěn)定運(yùn)行。

c 能源成本管控的要求。人性化設(shè)施水平和滿足舒適的使用體驗(yàn)要求，必然帶來(lái)很大的空調(diào)、照明通風(fēng)能耗，需要對(duì)能耗進(jìn)行分類監(jiān)測(cè)和統(tǒng)計(jì)，并針對(duì)實(shí)際客流變化進(jìn)行合理調(diào)控，以降低整體運(yùn)營(yíng)成本。

d 降低整體設(shè)施運(yùn)營(yíng)管理強(qiáng)度的要求。對(duì)于成都東客站綜合交通樞紐這樣規(guī)模大、設(shè)施分布空間廣、客流密度高的綜合交通設(shè)施，其日常運(yùn)營(yíng)的管理強(qiáng)度大，僅僅靠傳統(tǒng)的站場(chǎng)管理模式根本無(wú)法滿足正常功能和可靠性的保障的要求，借助現(xiàn)代自動(dòng)化技術(shù)手段以提高管理效率。

e 適應(yīng)發(fā)展提高管理水平的要求。中國(guó)高鐵代表著世界的鐵路設(shè)施水準(zhǔn)，要求對(duì)應(yīng)設(shè)施管理水平要有相應(yīng)的提升，以便充分發(fā)揮設(shè)施的功能。

要滿足上述要求采用動(dòng)態(tài)能源管理技術(shù)，對(duì)設(shè)施整體能源系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)管理，以提供設(shè)施運(yùn)營(yíng)管理工具和能源管理手段。

綜合成都東客站鐵路樞紐站的設(shè)施規(guī)模、建筑特點(diǎn)，以及上述要求，要實(shí)現(xiàn)對(duì)其能源系統(tǒng)進(jìn)行管理的功能要求，能源管理系統(tǒng)技術(shù)方案應(yīng)具有下述特點(diǎn)：

a 設(shè)施規(guī)模巨大對(duì)系統(tǒng)容量的特殊要求。成都東客站鐵路樞紐站設(shè)施規(guī)模巨大，空間分布廣，能源系統(tǒng)種類較多，耗能設(shè)備分布區(qū)域廣且復(fù)雜，所以本項(xiàng)目能源管理系統(tǒng)涉及的能耗與能效參數(shù)檢測(cè)點(diǎn)數(shù)量大，導(dǎo)致系統(tǒng)總?cè)萘恳蟠蟠蟪^(guò)一般系統(tǒng)規(guī)模，對(duì)系統(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)和歷史數(shù)據(jù)庫(kù)的規(guī)模和設(shè)計(jì)也提出了特殊要求。

b 空間分布廣對(duì)通信網(wǎng)絡(luò)的要求。能耗與能效參數(shù)采集點(diǎn)量多且面廣，大量數(shù)據(jù)由配電鏈路末端傳送到系統(tǒng)后臺(tái)，要求網(wǎng)絡(luò)有足夠的通信寬帶，保證各分區(qū)分類能耗數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸和存儲(chǔ)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)同步及互操作。因此系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)具有很高的可靠性和可擴(kuò)展性。

c 多能源系統(tǒng)對(duì)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)性和可擴(kuò)展性的要求。成都東客站綜合交通樞紐的多能源系統(tǒng)要求其能源管理系統(tǒng)具有足夠的開(kāi)放性，具備與其他系統(tǒng)集成的兼容和開(kāi)放的接口與數(shù)據(jù)庫(kù)，便于與其他系統(tǒng)對(duì)接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。

d 能耗負(fù)載復(fù)雜性對(duì)檢測(cè)設(shè)備適應(yīng)性的要求。高鐵樞紐內(nèi)部負(fù)載設(shè)備復(fù)雜多樣，要求能耗與能效監(jiān)測(cè)設(shè)備足夠的魯棒性和可靠性，能適應(yīng)惡劣環(huán)境要求，要求在電壓、電流波形嚴(yán)重畸變的情況下也能夠快速準(zhǔn)確采集數(shù)據(jù)。

3 解決方案

3.1 概述

綜合上述需求分析，結(jié)合成都東客站鐵路樞紐站的建筑特點(diǎn)，本項(xiàng)目選用Acrel-5000全時(shí)動(dòng)態(tài)能源管理技術(shù)進(jìn)行項(xiàng)目設(shè)計(jì)。整體架構(gòu)采用分層分布式結(jié)構(gòu)，由中央監(jiān)控室主站系統(tǒng)、主干通信網(wǎng)絡(luò)與測(cè)控層數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)以及底層能耗與能效監(jiān)測(cè)設(shè)備等部分組成。

3.2 系統(tǒng)架構(gòu)

系統(tǒng)拓?fù)鋱D如圖2所示，自上而下包括系統(tǒng)層、數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)層和測(cè)控層。

圖2 系統(tǒng)拓?fù)鋱D

如圖所示：現(xiàn)場(chǎng)中的IO設(shè)備的通訊線纜采用RVSP 2*1.5屏蔽雙絞線連接現(xiàn)場(chǎng)智能裝置的RS485通訊接口，每根總線連接儀表的zui大數(shù)量為32臺(tái)。在現(xiàn)場(chǎng)6間弱電機(jī)房?jī)?nèi)設(shè)有通訊采集箱，動(dòng)力柜和墻柜內(nèi)的智能裝置連接至附近的通訊采集箱內(nèi)，然后通過(guò)光纖上傳至中控室內(nèi)，在后臺(tái)監(jiān)控主機(jī)對(duì)上傳的數(shù)據(jù)進(jìn)行集中采集處理。

3.2.1 能源管理系統(tǒng)主站

    設(shè)備列表如表格1所示：

表1 能源管理系統(tǒng)主站設(shè)備清單

在成都東客站中央監(jiān)控室，設(shè)置系統(tǒng)服務(wù)器（主/備雙機(jī)系統(tǒng)），系統(tǒng)控制計(jì)算機(jī)采用windowsXP操作系統(tǒng)，應(yīng)用軟件采用Acrel-5000系統(tǒng)組態(tài)軟件，實(shí)現(xiàn)正常的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和遠(yuǎn)程配電設(shè)備狀態(tài)的集中呈現(xiàn)、事故過(guò)程記錄與分析、開(kāi)關(guān)操作、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析處理、多系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)共享、事故報(bào)警等功能；配置激光打印機(jī)一臺(tái)，可打印軟件產(chǎn)生的各種圖形、畫面、報(bào)表、事故報(bào)告、負(fù)荷曲線等；配置UPS不間斷電源設(shè)備一臺(tái)，可應(yīng)對(duì)電網(wǎng)供電中斷的緊急情況，避免系統(tǒng)數(shù)據(jù)的丟失；系統(tǒng)主站通過(guò)光纖以太網(wǎng)絡(luò)同下位設(shè)備連接。

3.2.2 主干數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)

設(shè)備列表如表格2所示：

表2 網(wǎng)絡(luò)通訊層設(shè)備清單

主干網(wǎng)絡(luò)采用環(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，由6芯或6芯以上的單模光纖實(shí)現(xiàn)主站與子站之間的數(shù)據(jù)的傳輸。使用光纖收發(fā)器實(shí)現(xiàn)光信號(hào)與電信號(hào)的轉(zhuǎn)換。

3.2.3 測(cè)控層數(shù)據(jù)總線網(wǎng)絡(luò)

由RVSP 2*1.5（屏蔽雙絞線）將底層能耗與能效監(jiān)測(cè)單元與分布式通信子站連接，形成能源測(cè)控層總線網(wǎng)絡(luò)，傳輸負(fù)載設(shè)備能耗與能效實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。

3.2.4 測(cè)控層硬件設(shè)備（見(jiàn)圖4）

分布于能源系統(tǒng)底層各處負(fù)載設(shè)備，實(shí)現(xiàn)負(fù)載設(shè)備能耗與能效監(jiān)測(cè)，主要包括：智能電力能耗與能效監(jiān)測(cè)單元，保證環(huán)境多適應(yīng)性和大量數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集、監(jiān)視，具備總線通信功能。

設(shè)備名稱：PZ80L-E4/K

■為標(biāo)配，□為選配

表3 現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層儀表技術(shù)參數(shù)

3.3 系統(tǒng)功能

3.3.1 系統(tǒng)初始主界面

系統(tǒng)在進(jìn)入運(yùn)行階段，通過(guò)進(jìn)度條的顯示，使用戶能準(zhǔn)確查看系統(tǒng)運(yùn)行的進(jìn)度狀況，防止在系統(tǒng)沒(méi)有*運(yùn)行起來(lái)，因用戶操作造成數(shù)據(jù)傳輸出現(xiàn)誤碼。

系統(tǒng)成功運(yùn)行后進(jìn)入操作界面，系統(tǒng)提供簡(jiǎn)單、易用、良好的用戶使用界面，值班人員在登錄權(quán)限后可查看分區(qū)域內(nèi)智能裝置的遙信狀態(tài)（分閘、合閘）以及遙測(cè)值（電流、電壓、有功功率、無(wú)功功率、功率因數(shù)、電度）。

3.3.2. 分區(qū)域?qū)崟r(shí)電參量

登陸普通權(quán)限用戶，通過(guò)主界面的操作，即可以查看各個(gè)區(qū)域運(yùn)行的電參量（電流、電壓、有功、無(wú)功、功率因數(shù)、電度、），對(duì)各個(gè)回路的分合閘狀態(tài)通過(guò)回路數(shù)據(jù)顏色變化來(lái)顯示出來(lái)（紅色代表合閘、綠色代表分閘）。同時(shí)各個(gè)回路都支持曲線查詢功能，通過(guò)該界面的操作即可查詢每一路的電流趨勢(shì)曲線。

3.3.3 系統(tǒng)遙信狀態(tài)報(bào)警

在配電系統(tǒng)發(fā)生運(yùn)行故障時(shí)，會(huì)及時(shí)發(fā)出聲光報(bào)警提示用戶及時(shí)響應(yīng)故障回路，同時(shí)自動(dòng)記錄事件發(fā)生的時(shí)間和回路名稱，以便車站值班人員查詢，追憶故障原因。

3.3.4 趨勢(shì)曲線分析

Acrel-5000能源管理系統(tǒng)提供了實(shí)時(shí)曲線和歷史趨勢(shì)兩種曲線分析界面，通過(guò)調(diào)用相關(guān)回路實(shí)時(shí)曲線界面分析該回路當(dāng)前的負(fù)荷運(yùn)行狀況。如通過(guò)調(diào)用某配出回路的實(shí)時(shí)曲線可分析該回路的電氣設(shè)備所引起的信號(hào)波動(dòng)情況。系統(tǒng)的歷史趨勢(shì)即系統(tǒng)對(duì)所有已存儲(chǔ)數(shù)據(jù)均可查看其歷史趨勢(shì)，方便車站值班人員對(duì)監(jiān)測(cè)的配電網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行質(zhì)量分析。

3.3.5 報(bào)表統(tǒng)計(jì)

系統(tǒng)采集的有功電度數(shù)據(jù)，按照回路名稱的不同，自動(dòng)生成報(bào)表并有報(bào)表打印功能，可對(duì)某一回路的某一時(shí)間段內(nèi)的用電量進(jìn)行查詢與打印，同時(shí)這些報(bào)表也能以Excel的格式導(dǎo)出，歷史記錄保留3年以上。

3.3.6其他功能

其它日常管理，如運(yùn)行記錄及交接班記錄管理，設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、缺陷、維修記錄管理、規(guī)章制度等。管理功能滿足用戶要求，適用、方便、資源共享。各種文檔能存儲(chǔ)、檢索、編輯、顯示、打印。

4 效果初步評(píng)估

系統(tǒng)的設(shè)計(jì)運(yùn)行減小了維護(hù)人員工作量及勞動(dòng)強(qiáng)度，提高工作效率，有利于車站合理安排檢修計(jì)劃，降低成本，對(duì)隱患提前預(yù)警，防止事故發(fā)生，保證生產(chǎn)正常運(yùn)行。各種資料、圖紙、報(bào)表實(shí)現(xiàn)電子信息化實(shí)現(xiàn)各電力參數(shù)，狀態(tài)信息實(shí)時(shí)化實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)動(dòng)控制，為電力品質(zhì)及供電可靠性提供*手資料?？蓪?shí)現(xiàn)信息的擴(kuò)展與互連。作為Intranet一部分，可實(shí)現(xiàn)與BAS系統(tǒng)或全廠MIS系統(tǒng)無(wú)縫連接。

5 總結(jié)

隨著社會(huì)的發(fā)展及電力的廣泛應(yīng)用，能源管理系統(tǒng)已成為全國(guó)各地工程項(xiàng)目、標(biāo)志性建筑/大型公共設(shè)施等大面積多變電所用戶的必然選擇，本文介紹的Acrel-5000能源管理系統(tǒng)在成都東客站的應(yīng)用，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)低壓配電回路用電的實(shí)時(shí)監(jiān)控，不僅能顯示回路用電狀況，還具有網(wǎng)絡(luò)通訊功能，可是進(jìn)行數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程功能。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)采集數(shù)據(jù)的分析、處理，實(shí)時(shí)顯示各配電回路的運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)分合閘、負(fù)載越限具有彈出報(bào)警對(duì)話框及語(yǔ)音提示，并生成各種電能報(bào)表、分析曲線、圖形等，便于遠(yuǎn)程抄表以及分析、研究。該系統(tǒng)運(yùn)行安全、可靠、穩(wěn)定，為大型公建設(shè)施用電問(wèn)題提供了真實(shí)可靠的依據(jù)，取得了較好的社會(huì)效益。

參考文獻(xiàn)：

[1]任致程 周中. 電力電測(cè)數(shù)字儀表原理與應(yīng)用指南[M]. 北京. 中國(guó)電力出版社. 2007. 4

[2]徐義 建筑電氣系統(tǒng)綜合節(jié)能[J]. 現(xiàn)代建筑電氣，2010,1（2）：1-4,22.