基于綜合監(jiān)控系統(tǒng)的軌道交通能源測(cè)量系統(tǒng)簡(jiǎn)介

張東海

（浙江杭海城際鐵路有限公司， 浙江 海寧 314400）

據(jù)不完全數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)在2018 年有26 座城市、共計(jì)55 條（段） 新增軌道交通線路，合計(jì)里程為1339.45 公里、車站778 座，總投資額約7725.64 億元。其中，華東區(qū)域的投資額占全國(guó)新開工線路總投資份額的一半以上（53.75%），是軌道交通行業(yè)投資的重點(diǎn)集中區(qū)域。而軌道交通是耗能大戶，一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)車每公里的能耗接近3 度，電費(fèi)支出占運(yùn)營(yíng)直接成本的20%。如此大的運(yùn)營(yíng)負(fù)擔(dān)以及飛速的發(fā)展規(guī)模，能源量測(cè)系統(tǒng)的發(fā)展需求異常強(qiáng)烈。

1 系統(tǒng)架構(gòu)

主站管理層：主站管理層通過計(jì)算機(jī)及管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)管理功能，集中管理需要采集和管理的全部設(shè)備。實(shí)時(shí)采集設(shè)備的數(shù)據(jù)，使系統(tǒng)維護(hù)成本大大降低，集成度和易用性大幅度提高。

網(wǎng)絡(luò)通信層：該層是終端設(shè)備與主站之間連接的橋梁。主要負(fù)責(zé)主站通信協(xié)議等命令的發(fā)送與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備數(shù)據(jù)的回傳，同時(shí)也擔(dān)負(fù)上下層網(wǎng)絡(luò)速率和數(shù)據(jù)交換格式的轉(zhuǎn)換等功能，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)域高速網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)互聯(lián)。通信管理層設(shè)備主要包括網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，光電轉(zhuǎn)換器以及各種通信媒介等。

現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層：該層由智能量測(cè)終端及能源采集設(shè)備組成，包括集中器、轉(zhuǎn)換器、電能表、燃?xì)獗?、水表、熱量表等?/p>

系統(tǒng)覆蓋整條線路高壓供電網(wǎng)、機(jī)車牽引、低壓配電網(wǎng)、環(huán)控系統(tǒng)等; 集成綜合監(jiān)控系統(tǒng)（ISCS）、設(shè)備與環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)（BAS）、票務(wù)系統(tǒng)（AFC）、智能照明等系統(tǒng)。

2 系統(tǒng)功能

能源計(jì)量監(jiān)測(cè)點(diǎn)的選取原則應(yīng)綜合考慮能源消耗的種類、主要用途、不同消耗主體等因素，按照分類、分項(xiàng)及分戶的形式進(jìn)行選擇。一般而言，軌道交通能源資源消耗種類主要包括電力、天然氣、熱力和水等。電力是軌道交通運(yùn)營(yíng)過程中的主要消耗能源，消耗能量通常占比80%左右。

為降低運(yùn)營(yíng)成本，軌道交通運(yùn)營(yíng)公司從各個(gè)方面和環(huán)節(jié)采取節(jié)能措施，建立電能安全和能耗數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)和全面系統(tǒng)化的能源管理手段，持續(xù)有效的降低運(yùn)營(yíng)成本。而低壓動(dòng)力用電是軌道交通用電管理的一個(gè)薄弱環(huán)節(jié)，如北京地鐵400 V 低壓開關(guān)柜只在一些主要負(fù)荷上安裝了電能表。這種裝表方式只能做到粗放式管理，大量低壓用電負(fù)荷的用電量無法統(tǒng)計(jì)，因此也就無法管理。

根據(jù)目前已經(jīng)應(yīng)用的工程來看，軌道交通用能管理從用電系統(tǒng)進(jìn)行劃分，主要為：機(jī)車牽引用電和動(dòng)力用電。其中機(jī)車牽引用為軌道交通電動(dòng)機(jī)車制動(dòng)能量可達(dá)到牽引能量的3%以上，制動(dòng)能量就被白白消耗。該耗能占制動(dòng)能量40%左右動(dòng)力用電主要包括照明、風(fēng)機(jī)、水泵、中央空調(diào)、通信設(shè)備、信號(hào)設(shè)備的用電，用電量占到了全部用電量的40%左右。

電能采集數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)范圍主要包括以下內(nèi)容：

1） 線路外電源進(jìn)線電耗：線路運(yùn)營(yíng)相關(guān)消耗的電能總和，包括列車運(yùn)行、車站運(yùn)營(yíng)、車輛段與綜合基地運(yùn)行消耗的電能以及線損；2） 線路牽引電耗：運(yùn)營(yíng)列車在線路上運(yùn)行所消耗的全部電能；3） 線路動(dòng)力電耗：線路所有車站所消耗的全部電能；4） 車輛段與綜合基地電耗：車輛段與綜合基地范圍內(nèi)用于檢查、維修、照明等相關(guān)設(shè)備及列車在車輛段和停車場(chǎng)運(yùn)行所消耗的電能；5） 車站照明系統(tǒng)電耗：站照明系統(tǒng)(包括公共區(qū)域照明、工作區(qū)域照明、區(qū)間照明、非商業(yè)的廣告照明等) 運(yùn)行所消耗的電能；6） 車站通風(fēng)與空調(diào)系統(tǒng)電耗：車站通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)(包括公共區(qū)域通風(fēng)與空調(diào)系統(tǒng)、管理用房通風(fēng)與空調(diào)系統(tǒng)、空調(diào)水系統(tǒng)和隧道通風(fēng)系統(tǒng)等) 運(yùn)行所消耗的電能；7） 車站電梯與自動(dòng)扶梯系統(tǒng)電耗：車站自動(dòng)扶梯系統(tǒng)（包括電梯、自動(dòng)扶梯、自動(dòng)人行道、輪椅升降臺(tái)等） 運(yùn)行所消耗的電能；8） 車站弱電設(shè)備電耗：包含車站屏蔽門、通信、自動(dòng)售檢票系統(tǒng)運(yùn)行所消耗的電能；9） 車站三級(jí)負(fù)荷電耗：車站三級(jí)負(fù)荷系統(tǒng)運(yùn)行所消耗的電能；10） 商業(yè)用電系統(tǒng)電耗：車站商業(yè)用電系統(tǒng)運(yùn)行所消耗的電能。

水耗數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)范圍主要包括以下內(nèi)容：

1） 線路水消耗：線路所有車站、車輛段與綜合基地所消耗的全部用水量；2） 車站水消耗：車站內(nèi)所消耗的全部用水量，包括車站生產(chǎn)、生活用水和消防用水；3） 車輛段與綜合基地水消耗：車輛段與綜合基地消耗的全部用水量，包括生產(chǎn)、生活用水和消防用水。

燃?xì)馀c熱力消耗數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)范圍主要包含以下內(nèi)容：

車輛段與綜合基地天然氣消耗：車輛段與綜合基地的天然氣使用量，包括廠區(qū)采暖、浴室、食堂等。

圖1 接口示意圖

3 系統(tǒng)接口

目前，軌道交通行業(yè)中的綜合監(jiān)控系統(tǒng)（即ISCS） 中已深度集成了BAS/ACS/FAS/PSD 等系統(tǒng)，因此，基于ISCS的接口和數(shù)據(jù)優(yōu)勢(shì)進(jìn)行能源量測(cè)系統(tǒng)的開發(fā)。其中，還應(yīng)重點(diǎn)考慮動(dòng)力照明用電的分項(xiàng)與分戶計(jì)量監(jiān)測(cè)的問題，出于研究主要耗電設(shè)備特性與環(huán)境參數(shù)關(guān)系的角度，將耗電量較大的設(shè)備以及與運(yùn)營(yíng)安全相關(guān)的設(shè)備定為現(xiàn)場(chǎng)能源計(jì)量監(jiān)測(cè)點(diǎn)，比如通風(fēng)空調(diào)、電梯以及照明用電等。此外，還需關(guān)注400 V 回路細(xì)分項(xiàng)的異常用電情況，逐步達(dá)到通過能源監(jiān)測(cè)工作，優(yōu)化主要耗能設(shè)備運(yùn)行參數(shù)，輔助安全運(yùn)營(yíng)服務(wù)的目的。

4 選型標(biāo)準(zhǔn)

計(jì)量表計(jì)應(yīng)對(duì)電能、水、燃?xì)?、熱力等能耗?shí)現(xiàn)分類、分項(xiàng)、分戶計(jì)量。計(jì)量表計(jì)應(yīng)滿足《用能單位能源計(jì)量器具配備和管理通則》GB17167 的相關(guān)要求，并具有數(shù)據(jù)采集與傳輸、遠(yuǎn)程管理和維護(hù)功能，表計(jì)應(yīng)充分考慮智能化及功能擴(kuò)展和升級(jí)需求。

表1 計(jì)量表記選型標(biāo)準(zhǔn)

5 結(jié)語

在綜合監(jiān)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，通過系統(tǒng)化的管理工具，實(shí)時(shí)了解能耗流向，找出能源優(yōu)化方式，通過整合BAS 系統(tǒng)、AFC 系統(tǒng)及其他線路相關(guān)運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)，對(duì)軌道交通能耗進(jìn)行深入的關(guān)聯(lián)性挖掘分析。評(píng)估各站點(diǎn)能源使用效率，及時(shí)幫助用戶發(fā)現(xiàn)能耗漏洞，輔助管理人員制定節(jié)能整改措施，評(píng)估投資收益，并定期提供節(jié)能分析報(bào)告和后期運(yùn)維服務(wù)，提高了軌道交通的能源利用率，完善了軌道交通管理模式，實(shí)現(xiàn)了線路和站點(diǎn)能耗數(shù)據(jù)的可視化及精細(xì)化管理，為軌道交通的節(jié)能減排工作提供數(shù)據(jù)支撐。同時(shí)，開放與政府?dāng)?shù)據(jù)中心的接口，為建設(shè)軌道交通能源數(shù)字化管理系統(tǒng)提供有力支持。