基于物联网技术的铁路车站能源源点动态监测系统设计

段建国，王亚飞，徐 琼，米 晓，齐 跃，潘宾飞

（中国铁路武汉局集团有限公司 计划统计部，湖北 武汉 430071）

1 概述

铁路是国民经济和社会发展的重要基础产业，应充分发挥其节约资源和保护环境的优势，为全社会节能减排发挥应有的作用[1]。能源源点动态监测是铁路企业推动能源合理利用的一项重要技术监督手段[2]，基于物联网技术的检测系统能够实现企业能耗智能、准确采集，减轻抄表工作量，实时显示能耗数据，并以此生成用能报表，及时发现用能异常、线路故障节点，为后续制定节能减排策略提供依据[3]。在此，以某铁路车站为例，探讨基于物联网技术的车站能源源点动态监测系统的设计应用。

该铁路车站集高速、普速、城际旅客列车运营于一体，站房面积16.5万m2，最高可容纳8 000人同时候车。车站既有二级分表为2013年配置的机械式电表，故障率较高且无实时自动采集数据功能，对设备能源消耗数量、时间等无法记录；车站主要用能设备的耗能数据未进行统一的数据存储、分析和管理；车站现有公安、电务、机务等驻站部门能耗计量设备硬件及软件还不能监测本部门主要用能设备用能情况；车站电梯、中央空调、照明等高耗能设备数量较多，用电量较大，亟需加强车站能耗统计、数据分析、实时监测及节能管理。

2 基于物联网技术的车站能源源点动态监测系统设计

能源源点动态监测系统是利用物联网技术，结合现代通信、数据库等，对企业生产过程中水、电、天然气等能源(资源)消耗数据进行采集，对设备能耗进行动态测量、分析、诊断的监测系统。目前设计的车站能源源点动态监测系统仅对电力能源进行动态监测分析，使用符合行业标准的物理接口和公有通信协议，利用智能电表实现对能耗数据的采集、传输、统计、分析，利用系统用能报表功能，为车站节能管理工作提供决策依据，减少能源消耗成本，提高生产效率[4]。

2.1 系统目标

（1）管理设备合理分区。将车站电力能源消耗设备按照管理部门、维护班组划分区域；在每个设备分区内根据需求配置智能电表。

（2）电表分级管理。目前该车站既有电表分为2级：一级电表属于供电部门管理，用于结算；二级电表属于车站管理，用于车站内部管理。根据车站现场实际情况，将二级电表计量的区域范围进行细分，以达到精细化监测的要求，分级依据如下：按用能设备类别配置电表、按设备所处位置配置电表、按楼层配置电表、对重点用能设备单独配置电表。系统应用后电表分级为4级架构，如图1所示。

图1 电表分级架构

（3）用能分项计量。对现有用能设备供电线路重新梳理，通过归类、拆分的方式实现用能分项计量、科学计量。

2.2 系统要求

（1）可靠性。应结合车站实际条件进行统一规划，包括站房电路、用能设备、智能电表、未来客流变化趋势及技术发展方向等。同时，系统建设方案须经过设备、网络、安装、运维的可靠性论证，以保证系统投入使用后达到设计功能。

（2）安全性。系统应具有完善的安全防范措施，对所有操作人员按级别赋予不同的操作权限，并有完善的密码管理功能，以保证系统及数据的安全；系统应具有较强的容错能力，杜绝因用户误操作引起系统故障；系统应能发现并抵制外来病毒或非法用户的攻击。

（3）合理性。该站为一个正在运营的车站，应充分利用现有的资源、设备，因地制宜进行经济、合理的改造，尽可能降低项目实施对车站正常运营的干扰。

（4）实时性。系统应能实时监测所有源点的运行状态，发现故障及时告警。

2.3 总体架构

监测系统总体架构分为4层，如图2所示。

图2 系统总体架构

（1）基础层。基础层包括智能电表、集中器、控制柜等相关应用设备，这些设备对系统的运行和应用有直接或间接的影响。

（2）支撑层。支撑层用以支撑系统业务功能的执行。核心支撑服务包括：物联网平台服务、SVG拓扑图渲染服务、时钟服务、定时服务、安全服务、消息服务、告警服务等。

（3）应用层。应用层实现系统业务功能，主要包括：基础管理、分区管理、远程抄表和统计分析。

（4）接入层。接入层实现系统的访问接入，基于系统安全要求，系统只允许接入铁路内网。

2.4 主要功能

（1）基础管理，主要包括人员管理、设备管理、商户管理、换表管理、用能计划管理、驻站单位管理等。

（2）分区管理，主要包括分区定义、分区关联、分区展示等。

（3）远程管理，主要包括抄表日设置、远程抄读、数据补录等。

（4）统计分析。系统提供多参数的筛选，自动编制汇成用能报表。系统将分项计量的能耗数据通过曲线图和柱状图相结合的形式加以展现，既可实现对整个车站的能耗总览，又可以对车站每个分区能耗使用情况进行查询和分析。①用量统计对比。以时间维度对系统所采集的电量进行组合统计分析，主要分析内容包括统计电量查询、电量同比环比统计分析、电量峰谷统计分析、电量突变统计分析、用户用电趋势统计分析、用电高峰时段统计分析及综合排名等。②分类用电对比。按用能区域、用能类型、电压等级、变压器种类、自定义的群组、用户容量等类别，对一定时段内负荷进行统计，分析负荷的最大值及发生时间、最小值及发生时间、负荷曲线趋势，并进行同期比较，以便及时了解系统负荷的变化情况并进行趋势分析。③当前线损。结合一级和二级电表数据对比，统计分析具体线路线损。④三相平衡度分析。定期对三相负荷进行检测，基于国家和相关部门制定的平衡度衡量指标，将检测结果进行记录和分析，并根据检测结果推断的三相需要进行调整，尽可能避免三相不平衡现象，以降低用电事故的发生。⑤同比/环比。将当前数据与前期数据进行同比、环比分析。

3 预期效果

该车站能源源点动态监测系统建成后，预期产生以下方面的效益。

（1）管理效益。通过智能电表实时传送能耗数据，既能够避免人工抄表的统计错误，有利于管理层快速、直观、准确获知能源源点设备能耗使用情况。此外，通过可视化、层次化的展示能够迅速、准确定位能耗异常及线路故障节点，提高运维效率。

（2）经济效益。减少电表的人工运营维护和巡查工作强度；通过系统及时发现设备能耗异常，尽快发现并整改，避免安全事故；通过能耗使用分区域、分部门对比分析，提升各部门的节能管理水平。

（3）社会效益。通过加强车站能耗监测，在提升车站节能管理水平的同时，进一步降低车站能源消耗，充分发挥该系统在节能管理中的示范作用并加以推广。

4 结束语

随着国家对节能减排重视程度的日益增强，依托物联网、大数据等新技术，遵循“全面感知、运用互联、实时监测、辅助决策”理念，以实现数据汇总、分析及辅助管理为目标的能源源点动态监测系统，将在铁路企业节能管理工作中承担重要作用。基于此，未来不断深化能源源点动态监测系统关联分析及业务模型等关键技术研究和运用，将推动更多铁路企业实现节能分析数据化、节能管理动态化、节能决策科学化。