地铁车站综合节能系统技术研究及应用

吴 刚

（广州地铁设计研究院有限公司，广东广州 510010）

国内地铁初建的各个机电系统大多采用分立设置、独立管理的模式，各个系统不能有效地结合起来，只是按照之前的固定模式或者工况运行，结果常常导致系统资源共享困难，不利于维护管理，同时多数系统设备“大马拉小车”的问题严重制约了地铁行业节能工作的推广。因此，有必要将涉及城市轨道交通的多项技术专业紧密结合起来，降低综合能耗，实现“用有限的能源消耗取得最大的经济利益”的目标。选择广州地铁 2 号线三元里站作为节能研究的示范点，选取能耗较大的通风空调、提升设备、照明等为节能专业，在节能控制系统与能源管理系统的基础上，搭建统一的节能应用、控制、管理综合节能系统平台，做到变被动应付为主动分析，提高能源利用率，提高能源管理水平；同时提升企业动态管理水平，保障安全生产，为企业带来长久的经济效益。

1 现状分析

三元里站是广州地铁 2 号线的一座普通地下车站。2 号线全线设置了环境与设备监控系统，环境与设备监控系统负责车站及区间机电设备监控管理，包括隧道通风、车站通风空调、给排水、照明、自动扶梯及电梯、屏蔽门、防淹门。环境与设备监控系统分中央级、车站级、现场级 3 级。中央级设置在公园前控制中心，负责全线集中监控管理；三元里站设置车站级，负责站内监控管理；现场设置控制器进行环境参数、设备状态采集及控制。目前，2 号线无综合节能系统。

2 综合节能方案

综合节能系统就是从体系的全过程出发，遵循建立统一管理、综合节能的指导思想，注重建立和实施过程的控制，使地铁运营的活动、过程及其要素不断优化，通过例行节能监测、能源审计、能效对标、内部审核、能耗计量与测试、能量平衡统计、管理评审、自我评价、节能技改、节能考核等措施，不断提高综合节能系统持续改进的有效性，实现并达到预期的能源消耗或使用目标。

对地铁车站综合节能的研究将通过 3 个子系统进行研究，分别是节能控制系统、能源管理系统和综合节能管理系统，每个系统既可独立运行又相互协作。

（1）节能控制系统负责对环境参数、设备参数的数据采集；根据通风空调、照明和自动扶梯的节能控制策略进行节能控制；节能控制系统将采集的数据上传综合节能管理系统，并执行综合节能管理系统下达的节能优化调整指令。

（2）能源管理系统负责对能耗参数（电量）、电能质量相关的参数进行数据采集和显示，并按综合节能管理系统的要求进行筛选、分类、汇总后上传综合节能管理系统。

（3）综合节能管理系统根据上传的数据对节能效果和能耗水平进行分析和评估，并结合服务水平对节能控制目标提出节能控制的优化调整建议，可向节能控制系统下发节能优化调整指令，对现有节能方案进行优化调整。

综合节能系统方案构成如图 1 所示。

3 节能方案研究

3.1 能耗统计分析

系统自动生成设备能耗数据报告，按时、天、周、月、年提供不同设备的具体能耗数据，实现按线路、车站对能耗数据进行比较、排名，帮助用户了解能耗数据的使用情况，对耗能比较大的设备进行分析，发现能耗过程中的差异、异常，从而为节能决策提供帮助。

3.2 参数优化调整

根据对车站各类用电设备的能耗分析，综合考虑行车密度、进出站客流、环境参数（温度、湿度等）、服务质量各种因素，可以对模式参数进行优化调整，产生节能优化预案。综合节能管理系统向节能控制系统下发节能优化预案。可进行参数优化调整的模式见表 1。

3.3 时间表参数优化调整及时间表管理

按运营要求，将一些模式以天为单位，按照时间顺序组合在一起，实现系统高度自动化运行。制定隧道通风系统、车站大系统及水系统、供冷系统、照明等系统时间表（分季节、月、星期、节假日及用户自定义）。一天的时间表可划分为不少于 30 个时段，精确到分钟。不同时段对应不同模式，可下发当天和第 2 天的时间表到车站。系统应用软件应具备时间表编辑功能，能在显示工作站相关画面上选择相关模式和各模式执行的启停时间，并能将编辑好的时间表下发到车站系统。

表1 可优化调整参数的模式

图1 综合节能系统方案

4 系统应用

选择广州地铁 2 号线的三元里站作为节能研究的示范点，在三元里站增设 1 套综合节能系统，配置相关系统硬件，与研究范围内的内部系统进行接口，实现系统间的数据通信功能，并与自动售检票系统（AFC）、信号系统进行接口，获取节能分析所需的参数。

三元里站综合节能系统硬件构成如图 2 所示。

综合节能管理系统硬件主要包括：1 台服务器、1 套工作站、1 台打印机、1 台不间断电源，1 台交换机。

综合节能系统软件分为 2 层（图 3）。

第 1 层：业务层。用于针对节能控制及能耗分析的各类应用，主要业务模块包括：对城市轨道交通各生产系统的信息收集；对节能控制系统上传信息的管理；对能源管理系统上传信息的管理；节能控制效果、能耗状况与管理需求和运营服务水平匹配性分析；多系统之间配合的节能方案制定；各系统节能调整优化方案的制定、审批及下发。

第 2 层：管理层。用于对综合节能系统的基本管理，主要管理模块包括：WEB 页面的展示、权限管理功能、与外单位的接口、统计查询功能、数据报表功能、短信发布功能。

图2 三元里站综合节能系统构成图

图3 三元里站综合节能系统软件构成

综合节能系统结合相关系统节能技术应用研究方案，在节能控制系统、能源管理系统的基础上构建综合节能系统，经过研发、设计、生产、测试等环节，完成了实体样机。实体样机在试验点广州地铁 2 号线三元里车站进行现场安装、现场试验和相关数据测试，对测试数据进行了分析，并重点验证了综合节能系统全面的统计、分析、管理功能。目前系统运行良好，已成功运用并交给运营部门使用，经过第三方检测单位验证后，顺利完成了项目设计阶段要求总体节能 15% 的目标。

5 结论

节能涉及城市轨道交通多项专业技术，将节能分析、节能设计、节能管理紧密结合起来，达到降低综合能耗指标的目的，实现“通过有限的能源消耗取得最大的经济利益”的目标。本研究成果作为一个全面、系统的节能方案，将具有先进的指导意义和广阔的应用前景，不但可以应用在广州市既有线路升级改造以及规划的线路设计中，也可在国内其他城市轨道交通线路进行推广应用，形成规模效应，提升我国城市轨道交通行业机电系统发展水平的同时，也将取得显著的经济效益和社会效益。