天津滨海新区轨道交通电能管理系统研究

张 健，左 燕

（1.天津滨海新区轨道交通投资发展有限公司，天津 300457；2.中铁六院集团公司电气化设计院分公司，天津 300250）

0 引言

截至2018 年年底，国内已经有35 个城市共开通运营5761.4 km 的城市轨道交通线路。城市轨道交通车辆运行及各设备系统均采用电能，随着更多的城市轨道交通项目建设，如何节约电能是一个非常重要的研究课题。目前广州、杭州、南京等一些城市的轨道交通项目通过设置多功能电表计量各用电设备的用电情况，通过电能管理软件分析能耗情况提出相应节能方案，并获得了明显节能效益，但在实施和运营中也发现了一些问题。国家发改委《发改基础【2015】2098 号》文批复天津滨海新区建设B1、Z2、Z4 线3 个轨道交通项目，3 个项目均设置了电能管理系统。本文针对目前已经实施的电能管理系统中存在的缺陷和问题，研究解决方案，提出了适合天津滨海新区轨道交通建设的电能管理系统方案和实施方案。希望为天津滨海新区后续建设项目以及其他城市电能管理系统建设提供参考。

1 已经实施的电能管理系统存在的问题

1.1 表计的配置数量不足、精度不够

电能计量器具配备率偏低，对能源系统的计量覆盖范围不到位，不能完整、准确反映电能系统的分类、分项、分户能耗信息，不满足电能的供给与使用包括损耗的平衡分析条件。表计精度不够，无法满足电能分析对比的要求。

1.2 缺乏统一规划，各个项目数据格式不统一

一个城市各个项目的电能管理系统建设缺乏总体规划，建设时每个项目的数据格式标准不一致，并且信息采集的间隔、数据类型、数据交换格式与表达方式呈现多样化特征，导致互联互通信息存在交互问题，对后续建立该城市线网级的电能管理系统形成了巨大的障碍[1]。

1.3 系统组网方案与招标实施方案不科学

电能管理系统与供电系统开关柜设备、电力监控系统、通信系统、综合监控系统存在接口。根据电能管理系统与上面几个系统的关系以及如何接入骨干网，可以设置不同的组网方案和打包方案。如果组网方案或者打包方案不合理，会导致接口过多，并且无法充分发挥专业电能管理系统厂家的作用。

1.4 重监测、轻应用

目前实施的电能管理系统更多在于采集数据，采集以后的数据应用到设备控制形成的节能措施较少。

2 滨海新区轨道交通电能管理系统方案

2.1 系统构成

电能管理系统由线路级电能管理系统、站级电能采集系统及其数据传输的网络通道组成（图1）。

线路级电能管理系统设在控制中心，对全线的车站、场段、主变电所等区域所消耗电能进行分类计量和在线监测。同时建立针对能耗数据统计对比及用能设备系统实时用能状态的集中监管平台，实现对地铁线路能耗监测、用能监管和节能管理3 个层面的管理应用[2]。

站级电能采集系统由监控工作站（含主机、显示器等）、通信控制器、工业以太网交换机以及相关附件等构成。站级电能采集系统是监测、分析站点供电系统电能质量的工具，通过采集智能监测仪表的数据，实现对站点供电系统的电能质量参数测量、监测分析和计量管理等功能。

2.2 组网方案比选

电能管理系统有以下3 种组网方案：第一种是电能管理独立自成系统；第二种是集成到电力监控系统；第三种是集成到综合监控系统。这3 种方案的对比详见表1。

天津滨海新区轨道交通项目均设计了综合监控系统，电力监控系统也深度集成到了综合监控系统。综合考虑系统接口、后续调试，采用电能管理系统线路级和站级（除测量电表）集成到综合监控系统，测量电表与开关柜合并打包，最大限度减少接口。为解决综合监控系统集成商做电能管理系统不专业问题，招标时通过设置电能管理系统业绩门槛的方式，要求综合监控系统集成商对电能管理系统二次招标，招标专业的电能管理系统厂家辅助综合监控系统集成商。

2.3 测量表计的设置原则

（1）确保采集全覆盖。具体表计设置如下：

①车站变电所：进线总开关、三级负荷总开关、母联开关；照明总开关、电扶梯馈线回路、环控设备馈线回路、广告照明馈线回路、公安通信回路、公众通信回路、商业预留回路、信号回路、站台门回路；

图1 电能管理系统系统构成

表1 组网方案对比表

②车站环控电控柜：空调机组、各类风机、冷水机组、冷冻泵、冷却泵和冷却塔风机等；

③车站弱电综合UPS：弱电综合UPS 出线侧各弱电系统回路；

④车辆段：各单体建筑总配电柜空调、照明、工艺检修等分类负荷；

⑤主变电所：总配电箱进线回路[3]。

该设置原则覆盖了各用电设备系统，并且分类分项分户测量，便于统计对比分析。

（2）根据不同回路测试要求的不同，差异化设置测量表计，降低建设成本。在35 kV 电压等级测量回路和对外商业单独计量收费的回路采用0.2S 精度的表计，其他回路采用0.5S 精度的表计。在满足统计分析精度的前提下，尽量降低建设成本。

（3）尽量采用多回路测量仪表，降低建设成本。目前大部分城市项目的测量方案为一个回路装设一个测量仪表，因为测量覆盖面广，一般一个项目需要装设2000 多块表计。众多表计本身就是一个比较大的建设成本，并且因为表计需要装设在开关柜、环控柜、总配柜里面，导致占用柜子很大的空间，也间接增加了成本。如果采用多回路测量仪表，单块表计可以串接多个测量模块，距离较远时还可以加装中继器扩大单块表计的测量回路范围（图2）。在保证同样的测量覆盖范围的情况下，可以减少表计的数量，大大降低建设成本。

（4）每个项目采用统一的数据分类分项模型。滨海新区3 个城市轨道交通建设项目虽然时序不同，但是在建设第一个项目时就要站在整个线网的高度，统一各个项目的数据模型，为后续不同线路的数据进行对比分析奠定基础，也为后续建设线网级的电能管理系统做好铺垫。

图2 多回路测量仪表原理

2.4 集成通风空调系统节能系统

通风空调系统是各设备系统除车辆外用电最多的系统，一般约占整个用电量的25%～30%，通风空调系统节能是电能管理节能的重点。通风空调系统节能系统以整个空调系统节能为目标（冷水机组+冷冻泵+冷却泵+冷却塔+空调末端），综合考虑各设备之间耦合关系和相互影响，在不同室外状况以及系统负荷下，实时动态寻找空调系统运行的最佳能效控制参数，实现系统全局优化控制。电能管理系统集成了空调节能系统，通过电能管理系统电表所测数据，可以准确查看空调节能系统节省的电量，评价空调节能系统的节能效果[4]。

2.5 集成照明节能控制系统

低压照明系统也是节能的一个重点，照明控制系统在车站区域增加调光控制器，人流量传感器，通过传感器配合电能管理系统进行照明控制。利用专业电能管理系统厂家技术优势，通过研究车站客流模式、运营模式（分季节和高峰时段）等数据进行挖掘，实现低压照明设备的智能、精细控制，达到照明节能的目的。

3 结论

滨海新区城市轨道交通电能管理系统方案，充分借鉴了已经实施该系统的城市的经验，避免了它们的不足：既保证了测量数据全覆盖，又有效地控制了成本；既减少电能管理系统与其他系统的接口，又能充分发挥电能管理系统专业厂家的优势。从第一个项目实施时就统一各个项目的数据格式标准，为后续建立线网级的电能管理系统打下了基础。同时，集成通风空调节能系统和照明节能系统，在数据监测与节能控制联动方面也做了探索和尝试。