基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的鐵路車站能源源點(diǎn)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

段建國(guó)，王亞飛，徐 瓊，米 曉，齊 躍，潘賓飛

（中國(guó)鐵路武漢局集團(tuán)有限公司 計(jì)劃統(tǒng)計(jì)部，湖北 武漢 430071）

1 概述

鐵路是國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的重要基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，應(yīng)充分發(fā)揮其節(jié)約資源和保護(hù)環(huán)境的優(yōu)勢(shì)，為全社會(huì)節(jié)能減排發(fā)揮應(yīng)有的作用[1]。能源源點(diǎn)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)是鐵路企業(yè)推動(dòng)能源合理利用的一項(xiàng)重要技術(shù)監(jiān)督手段[2]，基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的檢測(cè)系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)企業(yè)能耗智能、準(zhǔn)確采集，減輕抄表工作量，實(shí)時(shí)顯示能耗數(shù)據(jù)，并以此生成用能報(bào)表，及時(shí)發(fā)現(xiàn)用能異常、線路故障節(jié)點(diǎn)，為后續(xù)制定節(jié)能減排策略提供依據(jù)[3]。在此，以某鐵路車站為例，探討基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的車站能源源點(diǎn)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)用。

該鐵路車站集高速、普速、城際旅客列車運(yùn)營(yíng)于一體，站房面積16.5萬(wàn)m2，最高可容納8 000人同時(shí)候車。車站既有二級(jí)分表為2013年配置的機(jī)械式電表，故障率較高且無(wú)實(shí)時(shí)自動(dòng)采集數(shù)據(jù)功能，對(duì)設(shè)備能源消耗數(shù)量、時(shí)間等無(wú)法記錄；車站主要用能設(shè)備的耗能數(shù)據(jù)未進(jìn)行統(tǒng)一的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、分析和管理；車站現(xiàn)有公安、電務(wù)、機(jī)務(wù)等駐站部門能耗計(jì)量設(shè)備硬件及軟件還不能監(jiān)測(cè)本部門主要用能設(shè)備用能情況；車站電梯、中央空調(diào)、照明等高耗能設(shè)備數(shù)量較多，用電量較大，亟需加強(qiáng)車站能耗統(tǒng)計(jì)、數(shù)據(jù)分析、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)及節(jié)能管理。

2 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的車站能源源點(diǎn)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

能源源點(diǎn)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，結(jié)合現(xiàn)代通信、數(shù)據(jù)庫(kù)等，對(duì)企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中水、電、天然氣等能源(資源)消耗數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，對(duì)設(shè)備能耗進(jìn)行動(dòng)態(tài)測(cè)量、分析、診斷的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。目前設(shè)計(jì)的車站能源源點(diǎn)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)僅對(duì)電力能源進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)分析，使用符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的物理接口和公有通信協(xié)議，利用智能電表實(shí)現(xiàn)對(duì)能耗數(shù)據(jù)的采集、傳輸、統(tǒng)計(jì)、分析，利用系統(tǒng)用能報(bào)表功能，為車站節(jié)能管理工作提供決策依據(jù)，減少能源消耗成本，提高生產(chǎn)效率[4]。

2.1 系統(tǒng)目標(biāo)

（1）管理設(shè)備合理分區(qū)。將車站電力能源消耗設(shè)備按照管理部門、維護(hù)班組劃分區(qū)域；在每個(gè)設(shè)備分區(qū)內(nèi)根據(jù)需求配置智能電表。

（2）電表分級(jí)管理。目前該車站既有電表分為2級(jí)：一級(jí)電表屬于供電部門管理，用于結(jié)算；二級(jí)電表屬于車站管理，用于車站內(nèi)部管理。根據(jù)車站現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，將二級(jí)電表計(jì)量的區(qū)域范圍進(jìn)行細(xì)分，以達(dá)到精細(xì)化監(jiān)測(cè)的要求，分級(jí)依據(jù)如下：按用能設(shè)備類別配置電表、按設(shè)備所處位置配置電表、按樓層配置電表、對(duì)重點(diǎn)用能設(shè)備單獨(dú)配置電表。系統(tǒng)應(yīng)用后電表分級(jí)為4級(jí)架構(gòu)，如圖1所示。

圖1 電表分級(jí)架構(gòu)

（3）用能分項(xiàng)計(jì)量。對(duì)現(xiàn)有用能設(shè)備供電線路重新梳理，通過(guò)歸類、拆分的方式實(shí)現(xiàn)用能分項(xiàng)計(jì)量、科學(xué)計(jì)量。

2.2 系統(tǒng)要求

（1）可靠性。應(yīng)結(jié)合車站實(shí)際條件進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)劃，包括站房電路、用能設(shè)備、智能電表、未來(lái)客流變化趨勢(shì)及技術(shù)發(fā)展方向等。同時(shí)，系統(tǒng)建設(shè)方案須經(jīng)過(guò)設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)、安裝、運(yùn)維的可靠性論證，以保證系統(tǒng)投入使用后達(dá)到設(shè)計(jì)功能。

（2）安全性。系統(tǒng)應(yīng)具有完善的安全防范措施，對(duì)所有操作人員按級(jí)別賦予不同的操作權(quán)限，并有完善的密碼管理功能，以保證系統(tǒng)及數(shù)據(jù)的安全；系統(tǒng)應(yīng)具有較強(qiáng)的容錯(cuò)能力，杜絕因用戶誤操作引起系統(tǒng)故障；系統(tǒng)應(yīng)能發(fā)現(xiàn)并抵制外來(lái)病毒或非法用戶的攻擊。

（3）合理性。該站為一個(gè)正在運(yùn)營(yíng)的車站，應(yīng)充分利用現(xiàn)有的資源、設(shè)備，因地制宜進(jìn)行經(jīng)濟(jì)、合理的改造，盡可能降低項(xiàng)目實(shí)施對(duì)車站正常運(yùn)營(yíng)的干擾。

（4）實(shí)時(shí)性。系統(tǒng)應(yīng)能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)所有源點(diǎn)的運(yùn)行狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)故障及時(shí)告警。

2.3 總體架構(gòu)

監(jiān)測(cè)系統(tǒng)總體架構(gòu)分為4層，如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)總體架構(gòu)

（1）基礎(chǔ)層?；A(chǔ)層包括智能電表、集中器、控制柜等相關(guān)應(yīng)用設(shè)備，這些設(shè)備對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行和應(yīng)用有直接或間接的影響。

（2）支撐層。支撐層用以支撐系統(tǒng)業(yè)務(wù)功能的執(zhí)行。核心支撐服務(wù)包括：物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)服務(wù)、SVG拓?fù)鋱D渲染服務(wù)、時(shí)鐘服務(wù)、定時(shí)服務(wù)、安全服務(wù)、消息服務(wù)、告警服務(wù)等。

（3）應(yīng)用層。應(yīng)用層實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)業(yè)務(wù)功能，主要包括：基礎(chǔ)管理、分區(qū)管理、遠(yuǎn)程抄表和統(tǒng)計(jì)分析。

（4）接入層。接入層實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的訪問(wèn)接入，基于系統(tǒng)安全要求，系統(tǒng)只允許接入鐵路內(nèi)網(wǎng)。

2.4 主要功能

（1）基礎(chǔ)管理，主要包括人員管理、設(shè)備管理、商戶管理、換表管理、用能計(jì)劃管理、駐站單位管理等。

（2）分區(qū)管理，主要包括分區(qū)定義、分區(qū)關(guān)聯(lián)、分區(qū)展示等。

（3）遠(yuǎn)程管理，主要包括抄表日設(shè)置、遠(yuǎn)程抄讀、數(shù)據(jù)補(bǔ)錄等。

（4）統(tǒng)計(jì)分析。系統(tǒng)提供多參數(shù)的篩選，自動(dòng)編制匯成用能報(bào)表。系統(tǒng)將分項(xiàng)計(jì)量的能耗數(shù)據(jù)通過(guò)曲線圖和柱狀圖相結(jié)合的形式加以展現(xiàn)，既可實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)車站的能耗總覽，又可以對(duì)車站每個(gè)分區(qū)能耗使用情況進(jìn)行查詢和分析。①用量統(tǒng)計(jì)對(duì)比。以時(shí)間維度對(duì)系統(tǒng)所采集的電量進(jìn)行組合統(tǒng)計(jì)分析，主要分析內(nèi)容包括統(tǒng)計(jì)電量查詢、電量同比環(huán)比統(tǒng)計(jì)分析、電量峰谷統(tǒng)計(jì)分析、電量突變統(tǒng)計(jì)分析、用戶用電趨勢(shì)統(tǒng)計(jì)分析、用電高峰時(shí)段統(tǒng)計(jì)分析及綜合排名等。②分類用電對(duì)比。按用能區(qū)域、用能類型、電壓等級(jí)、變壓器種類、自定義的群組、用戶容量等類別，對(duì)一定時(shí)段內(nèi)負(fù)荷進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，分析負(fù)荷的最大值及發(fā)生時(shí)間、最小值及發(fā)生時(shí)間、負(fù)荷曲線趨勢(shì)，并進(jìn)行同期比較，以便及時(shí)了解系統(tǒng)負(fù)荷的變化情況并進(jìn)行趨勢(shì)分析。③當(dāng)前線損。結(jié)合一級(jí)和二級(jí)電表數(shù)據(jù)對(duì)比，統(tǒng)計(jì)分析具體線路線損。④三相平衡度分析。定期對(duì)三相負(fù)荷進(jìn)行檢測(cè)，基于國(guó)家和相關(guān)部門制定的平衡度衡量指標(biāo)，將檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行記錄和分析，并根據(jù)檢測(cè)結(jié)果推斷的三相需要進(jìn)行調(diào)整，盡可能避免三相不平衡現(xiàn)象，以降低用電事故的發(fā)生。⑤同比/環(huán)比。將當(dāng)前數(shù)據(jù)與前期數(shù)據(jù)進(jìn)行同比、環(huán)比分析。

3 預(yù)期效果

該車站能源源點(diǎn)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)建成后，預(yù)期產(chǎn)生以下方面的效益。

（1）管理效益。通過(guò)智能電表實(shí)時(shí)傳送能耗數(shù)據(jù)，既能夠避免人工抄表的統(tǒng)計(jì)錯(cuò)誤，有利于管理層快速、直觀、準(zhǔn)確獲知能源源點(diǎn)設(shè)備能耗使用情況。此外，通過(guò)可視化、層次化的展示能夠迅速、準(zhǔn)確定位能耗異常及線路故障節(jié)點(diǎn)，提高運(yùn)維效率。

（2）經(jīng)濟(jì)效益。減少電表的人工運(yùn)營(yíng)維護(hù)和巡查工作強(qiáng)度；通過(guò)系統(tǒng)及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備能耗異常，盡快發(fā)現(xiàn)并整改，避免安全事故；通過(guò)能耗使用分區(qū)域、分部門對(duì)比分析，提升各部門的節(jié)能管理水平。

（3）社會(huì)效益。通過(guò)加強(qiáng)車站能耗監(jiān)測(cè)，在提升車站節(jié)能管理水平的同時(shí)，進(jìn)一步降低車站能源消耗，充分發(fā)揮該系統(tǒng)在節(jié)能管理中的示范作用并加以推廣。

4 結(jié)束語(yǔ)

隨著國(guó)家對(duì)節(jié)能減排重視程度的日益增強(qiáng)，依托物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等新技術(shù)，遵循“全面感知、運(yùn)用互聯(lián)、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、輔助決策”理念，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)匯總、分析及輔助管理為目標(biāo)的能源源點(diǎn)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，將在鐵路企業(yè)節(jié)能管理工作中承擔(dān)重要作用?；诖耍磥?lái)不斷深化能源源點(diǎn)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)關(guān)聯(lián)分析及業(yè)務(wù)模型等關(guān)鍵技術(shù)研究和運(yùn)用，將推動(dòng)更多鐵路企業(yè)實(shí)現(xiàn)節(jié)能分析數(shù)據(jù)化、節(jié)能管理動(dòng)態(tài)化、節(jié)能決策科學(xué)化。