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
王海芹
0、前言
在高速鐵路路網(wǎng)建設(shè)快速推進(jìn)，高鐵、動車出行進(jìn)入尋常百姓生活的大背景下，我國政府將節(jié)能減排目標(biāo)納入了國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展的中長期規(guī)劃。承諾到2020年，我國單位國內(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)計建設(shè)的基本原則。
成都東客站是目前西南地區(qū)規(guī)模最大、功能設(shè)施最先進(jìn)、現(xiàn)代化程度最高的客運(yùn)樞紐站。成都東站主要辦理運(yùn)行遂成鐵路動車客運(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)、長途及旅游客運(yùn)、城市軌道交通、城市公交、出租及社會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發(fā)區(qū)，三環(huán)路成渝立交處；該項(xiàng)目是成都2010年重點(diǎn)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、西廣場以及站房3個部分。成都東站占地面積大約45333㎡；站場設(shè)有14個站臺、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大型現(xiàn)代化綜合交通樞紐，對系統(tǒng)可靠性和安全性要求高，負(fù)荷密集、供電容量大，因此對能源管理系統(tǒng)也提出了相應(yīng)的要求：
a 極高的安全性與可靠性。綜合交通樞紐運(yùn)營必將帶來大量的人群聚集，為確保安全、對照明、通風(fēng)等系統(tǒng)的持續(xù)可靠運(yùn)行提出了極高的要求。
b 長時間持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。綜合交通的功能要求站房設(shè)施必須能夠確保長時間持續(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，必然帶來很大的空調(diào)、照明通風(fēng)能耗，需要對能耗進(jìn)行分類監(jiān)測和統(tǒng)計，并針對實(shí)際客流變化進(jìn)行合理調(diào)控，以降低整體運(yùn)營成本。
d 降低整體設(shè)施運(yùn)營管理強(qiáng)度的要求。對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)營的管理強(qiáng)度極大，僅僅靠傳統(tǒng)的站場管理模式根本無法滿足正常功能和可靠性的保障的要求，必須借助現(xiàn)代自動化技術(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。中國高鐵代表著世界領(lǐng)先的鐵路設(shè)施水準(zhǔn)，要求對應(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。
要滿足上述要求必須采用動態(tài)能源管理技術(shù)，對設(shè)施整體能源系統(tǒng)進(jìn)行全面實(shí)時的監(jiān)測管理，以提供設(shè)施運(yùn)營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)對其能源系統(tǒng)進(jìn)行全面管理的功能要求，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)檢測點(diǎn)數(shù)量極大，導(dǎo)致系統(tǒng)總?cè)萘恳蟠蟠蟪^一般系統(tǒng)規(guī)模，對系統(tǒng)實(shí)時數(shù)據(jù)庫和歷史數(shù)據(jù)庫的規(guī)模和設(shè)計也提出了特殊要求。
b 空間分布廣對通信網(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，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)時傳輸和存儲，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)必須具有很高的可靠性和可擴(kuò)展性。
c 多能源系統(tǒng)對系統(tǒng)開發(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)具有足夠的開放性，具備與其他系統(tǒng)集成的兼容和開放的接口與數(shù)據(jù)庫，便于與其他系統(tǒng)對接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。
d 能耗負(fù)載復(fù)雜性對檢測設(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全時動態(tài)能源管理技術(shù)進(jìn)行項(xiàng)目設(shè)計。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)與測控層數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)以及底層能耗與能效監(jiān)測設(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)層和測控層。
圖2 系統(tǒng)拓?fù)鋱D
如圖所示：現(xiàn)場中的IO設(shè)備的通訊線纜采用RVSP 2*1.5屏蔽雙絞線連接現(xiàn)場智能裝置的RS485通訊接口，每根總線連接儀表的最大數(shù)量為32臺。在現(xiàn)場6間弱電機(jī)房內(nèi)設(shè)有通訊采集箱，動力柜和墻柜內(nèi)的智能裝置連接至附近的通訊采集箱內(nèi)，然后通過光纖上傳至中控室內(nèi)，在后臺監(jiān)控主機(jī)對上傳的數(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：
|
名稱 |
型號、規(guī)格 |
單位 |
數(shù)量 |
備注 |
|
工作站主機(jī) |
EVOC IPC-810B Core2 2.66G /2G/250G +鍵鼠等 |
臺 |
2 |
研祥 |
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顯示器 |
19W"液晶顯示器 |
臺 |
2 |
三星 |
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UPS電源 |
C2K/2KVA 待機(jī)60分鐘 塔式 |
臺 |
1 |
SANTACK |
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打印機(jī) |
HP 1007 A4幅面 |
臺 |
1 |
惠普 |
|
系統(tǒng)軟件 |
正版微軟WINDOWS XP/SP3 |
套 |
2 |
微軟 |
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通訊機(jī)柜 |
8U墻柜 |
面 |
12 |
本地采購 |
|
通訊機(jī)柜 |
K1200（1166*600*600） |
套 |
1 |
本地采購 |
|
操作臺 |
鋼木結(jié)構(gòu)含二椅 |
套 |
1 |
本地采購 |
|
電能管理軟件 |
系統(tǒng)組態(tài)軟件Acrel-5000V6 |
套 |
1 |
安科瑞 |
|
電力監(jiān)控軟件 |
數(shù)據(jù)存儲軟件Acrel-dbSQL |
套 |
1 |
安科瑞 |
|
電能管理軟件 |
電能管理軟件Acrel-EnerSys |
套 |
1 |
安科瑞 |
|
電力監(jiān)控軟件 |
設(shè)備驅(qū)動軟件Acrel-Driver |
臺 |
1 |
DELL |
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)控制計算機(jī)采用windowsXP操作系統(tǒng)，應(yīng)用軟件采用Acrel-5000系統(tǒng)專用組態(tài)軟件，實(shí)現(xiàn)正常的監(jiān)測數(shù)據(jù)和遠(yuǎn)程配電設(shè)備狀態(tài)的集中呈現(xiàn)、事故過程記錄與分析、開關(guān)操作、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析處理、多系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)共享、事故報警等功能；配置激光打印機(jī)一臺，可打印軟件產(chǎn)生的各種圖形、畫面、報表、事故報告、負(fù)荷曲線等；配置UPS不間斷電源設(shè)備一臺，可應(yīng)對電網(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：
|
名稱 |
型號、規(guī)格 |
單位 |
數(shù)量 |
備注 |
|
工業(yè)網(wǎng)絡(luò)交換機(jī) |
TP-LINK 16口 |
臺 |
1 |
TP-LINK |
|
工業(yè)串口服務(wù)器 |
NPORT5232I RS485接口×2 帶光隔 |
套 |
12 |
MOXA |
|
光電轉(zhuǎn)換器 |
單模光電轉(zhuǎn)換HTB-1100S（25km) |
套 |
24 |
兆越 |
|
工業(yè)開關(guān)電源 |
KDYA-DG75-24 |
套 |
12 |
華力 |
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)光信號與電信號的轉(zhuǎn)換。
3.2.3 測控層數(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)測單元與分布式通信子站連接，形成能源測控層總線網(wǎng)絡(luò)，傳輸負(fù)載設(shè)備能耗與能效實(shí)時數(shù)據(jù)。
3.2.4 測控層硬件設(shè)備（見圖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，主要包括：智能電力能耗與能效監(jiān)測單元，保證環(huán)境多適應(yīng)性和大量數(shù)據(jù)的實(shí)時采集、監(jiān)視，具備總線通信功能。
設(shè)備名稱：PZ80L-E4/K
|
型號
功能特性 |
PZ80L-E4/k |
|
測
量
參
數(shù) |
三相電流 |
■ |
|
三相電壓 |
■ |
|
電網(wǎng)頻率 |
■ |
|
三相(有功功率、無功功率、功率因數(shù)) |
■ |
|
三相(有功電能、無功電能) |
■ |
|
選配功能
(任選其一) |
C |
□ |
|
KC(2DI/2DO) |
□ |
|
KC(4DI) |
□ |
■為標(biāo)配，□為選配
表3 現(xiàn)場設(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)沒有完全運(yùn)行起來，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）以及遙測值（電流、電壓、有功功率、無功功率、功率因數(shù)、電度）。
3.3.2. 分區(qū)域?qū)崟r電參量
登陸普通權(quán)限用戶，通過主界面的操作，即可以查看各個區(qū)域運(yùn)行的電參量（電流、電壓、有功、無功、功率因數(shù)、電度、），對各個回路的分合閘狀態(tài)通過回路數(shù)據(jù)顏色變化來顯示出來（紅色代表合閘、綠色代表分閘）。同時各個回路都支持曲線查詢功能，通過該界面的操作即可查詢每一路的電流趨勢曲線。
3.3.3 系統(tǒng)遙信狀態(tài)報警
在配電系統(tǒng)發(fā)生運(yùn)行故障時，會及時發(fā)出聲光報警提示用戶及時響應(yīng)故障回路，同時自動記錄事件發(fā)生的時間和回路名稱，以便車站值班人員查詢，追憶故障原因。
3.3.4 趨勢曲線分析
Acrel-5000能源管理系統(tǒng)提供了實(shí)時曲線和歷史趨勢兩種曲線分析界面，通過調(diào)用相關(guān)回路實(shí)時曲線界面分析該回路當(dāng)前的負(fù)荷運(yùn)行狀況。如通過調(diào)用某配出回路的實(shí)時曲線可分析該回路的電氣設(shè)備所引起的信號波動情況。系統(tǒng)的歷史趨勢即系統(tǒng)對所有已存儲數(shù)據(jù)均可查看其歷史趨勢，方便車站值班人員對監(jiān)測的配電網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行質(zhì)量分析。
3.3.5 報表統(tǒng)計
系統(tǒng)采集的有功電度數(shù)據(jù)，按照回路名稱的不同，自動生成報表并有報表打印功能，可對某一回路的某一時間段內(nèi)的用電量進(jìn)行查詢與打印，同時這些報表也能以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、檢索、編輯、顯示、打印。
4 效果初步評估
系統(tǒng)的設(shè)計運(yùn)行減小了維護(hù)人員工作量及勞動強(qiáng)度，提高工作效率，有利于車站合理安排檢修計劃，降低成本，對隱患提前預(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)時化實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)動控制，為改善電力品質(zhì)及供電可靠性提供第一手資料�？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)無縫連接。
5 總結(jié)
隨著社會的發(fā)展及電力的廣泛應(yīng)用，能源管理系統(tǒng)已成為全國各地重點(diǎn)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)對低壓配電回路用電的實(shí)時監(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)對采集數(shù)據(jù)的分析、處理，實(shí)時顯示各配電回路的運(yùn)行狀態(tài)，對分合閘、負(fù)載越限具有彈出報警對話框及語音提示，并生成各種電能報表、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)施用電問題提供了真實(shí)可靠的依據(jù)，取得了較好的社會效益。
參考文獻(xiàn)：
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[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.
作者簡介：
王海芹，女，本科，安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向?yàn)橹悄茈娋W(wǎng)供配電，Email: whq_861011@163.com 手機(jī)：18221933589 QQ:1748707283
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