韓歡慶

安科瑞電氣股份有限公司  上海嘉定  201801

 

摘要：本文針對地鐵工程車(chē)站進(jìn)行了低壓變電智能化電能管理系統設計。首先，對地鐵工程中的車(chē)站低壓智能系統做了詳細介紹，其次，從硬件與軟件兩方面進(jìn)行了電能管理系統整體結構設計，再次，基于頻率管理、電能質(zhì)量控制和報警、諧波管理、節能與設備優(yōu)化管理等角度深入分析了管理系統功能。通過(guò)研究表明，此系統實(shí)用性與可靠性良好，能夠基于網(wǎng)絡(luò )集中化管理實(shí)現設備用電信息優(yōu)化管理與控制，從而科學(xué)有效管理能源消耗，提高能源利用率，節約車(chē)站運營(yíng)成本，因此值得大力推廣與應用。

關(guān)鍵詞：地鐵車(chē)站；低壓；變電；智能化；電能管理

 

     地鐵工程中車(chē)站低壓配電變電系統的作用是為地鐵除了牽引負荷之外運營(yíng)所需機電設備提供低壓電源電力。就功能可以劃分為兩大類(lèi)，即降壓變電所與環(huán)控電控，其中，降壓變電所的任務(wù)是針對車(chē)站通信與監控提供電源，環(huán)控電控的任務(wù)是為風(fēng)機與冷卻塔等供電。如果不能確保供電的穩定性與可靠性，那么勢必會(huì )影響地鐵的有序運行。

 

2.1 降壓變電低壓系統

      降壓變電低壓智能系統的控制對象為母聯(lián)斷路器、進(jìn)線(xiàn)短路器、三級負荷低壓總開(kāi)關(guān)?，F階段，我國地鐵車(chē)站降壓變電低壓智能系統的形式是，基于控制對象遙測與遙控，增加全部饋出回路遙測。智能低壓系統是由以太網(wǎng)、智能化開(kāi)關(guān)、PLC、數字儀表等所構成的，其中系統控制對象的遙控是以斷路器為輔助加以實(shí)現的，而遙測與遙信則是以數字化儀表為載體加以實(shí)現的。降壓變電低壓智能系統結構具體如圖1所示。

 

圖1 降壓變電低壓智能系統結構

2.2 環(huán)控電控低壓系統

      環(huán)控電控低壓智能系統，不僅可以綜合保障并監測具備軟啟動(dòng)與變頻器的電機回路，還能夠綜合保護與監測全部饋出回路。環(huán)控電控低壓智能系統結構具體如圖2所示。

 

圖2 環(huán)控電控低壓智能系統結構

       從圖可以看出，環(huán)控電控低壓智能系統的任務(wù)是全面保護電動(dòng)機。低壓布置配有單獨的通信控制器，以此搜集通風(fēng)空調的相關(guān)數據信息，并調整匯總，加以計算分析，然后實(shí)時(shí)傳輸到機電設備自動(dòng)化控制系統的PLC中，就PLC的通風(fēng)模式為依據加強有效控制。特別是在出現火災情況的時(shí)候，地鐵車(chē)站機電設備自動(dòng)化控制系統接收到火災自動(dòng)化報警系統的命令，落實(shí)各種類(lèi)型環(huán)控設施設備的火災運行模式，并把命令下達到環(huán)控柜低壓智能系統。

 

       系統基于Trans Active軟件平臺得以開(kāi)發(fā)設計。Trans Active軟件平臺利用了C++軟件技術(shù)，通過(guò)模塊化結構，依據系統功能需要，將系統功能模塊化，軟件組件化，進(jìn)而靈活銜接并調取，適應性與可靠性都十分突出。

3.1 硬件結構

       電能管理系統硬件結構具體如3所示。其一，系統服務(wù)器的作用是接收并處理數據信息；其二，管理工作站的作用是為系統管理者提供更加便利、完善的環(huán)境；其三，網(wǎng)絡(luò )設施設備實(shí)際上等同于網(wǎng)絡(luò )交換機；其四，存儲設備實(shí)際上就是磁盤(pán)陣列，任務(wù)是儲存系統歷史數據信息。此外，電能管理系統基于網(wǎng)絡(luò )交換機與局域網(wǎng)，和外部接口系統之間進(jìn)行交互數據信息管理、分析。

 

圖3 電能管理系統硬件結構

3.2 軟件結構

      電能管理系統的軟件結構具體如圖4所示。

 

圖4 電能管理系統的軟件結構

 

      電能管理系統功能具體如圖5所示。

 

圖5 電能管理系統功能

 

4.1 頻率管理模塊

      對于低壓變電智能化電能管理系統而言，頻率屬于其所采集的主要監控電能，能夠對頻率實(shí)時(shí)變化進(jìn)行全程跟蹤監控，并及時(shí)把相關(guān)數據信息儲存到歷史數據庫。通過(guò)系統的越限報警功能，還可以設置上下閾限值，在出現越限狀況的時(shí)候，系統及時(shí)發(fā)出聲光告警信號，并把報警信息儲存到歷史數據庫，以便于快速查詢(xún)并解決故障。在故障狀況下，系統頻率降低的時(shí)候，可通過(guò)系統遙控操控能力，低頻率減負荷，自動(dòng)摒除次要負荷。而在系統頻率上升的時(shí)候，為減少發(fā)電機處理，依舊可以通過(guò)遙控操控能力，高頻率切機，促使系統頻率快速恢復到額定值閾限內，從而進(jìn)一步滿(mǎn)足頻率管理具體需求。

 4.2 電能質(zhì)量監控與報警模塊

      通過(guò)對系統與站點(diǎn)電能質(zhì)量進(jìn)行檢測，發(fā)現潛藏威脅，即諧波、電壓偏移、變電系統事故等等。同時(shí)，還能夠挖掘系統越限與能耗異常狀況，及時(shí)發(fā)出告警信號，以郵件、短信、PDA、工作站等多元化方式快速通知操作員工，以此有效降低設備誤動(dòng)作幾率，節約能源成本，以助于配電系統科學(xué)合理規劃，提高生產(chǎn)效率與水平，并進(jìn)一步提供系統的、完善的能源視圖。

4.3 諧波管理模塊 

      諧波分量并不是系統采集的基礎監控電能電量，但是卻能夠通過(guò)低壓變電系統采集諧波。然而，所檢測諧波次數大約在2-19 次，就諧波源特性，適度調整諧波次數測量區域。就負荷變化比較快的諧波源來(lái)講，一般都會(huì )控制在31次以上，其中一些回路明確指出進(jìn)行63次諧波分量檢測。所以，諧波檢測數據量都比較大。系統對于實(shí)時(shí)性與及時(shí)性要求非常高，把各回路諧波畸變率數據信息進(jìn)行上傳處理分析，不僅會(huì )嚴重消耗系統資源，還會(huì )對系統數據的實(shí)時(shí)性與真實(shí)性造成直接性影響。因此，系統諧波質(zhì)量主要通過(guò)關(guān)鍵回路實(shí)時(shí)性采集與一般性回路分批性定時(shí)采集、召喚采集相融合的方式加強優(yōu)化管理。其中，關(guān)鍵回路與變電配電系統電能質(zhì)量息息相關(guān)，因此，選用實(shí)時(shí)采集與密切關(guān)注諧波數據信息的模式，這主要是由于此類(lèi)型回路數量相對偏少，盡管單項回路數據量非常多，可是在科學(xué)合理化分配之后，對系統實(shí)時(shí)性的影響并不突出。而一般回路對系統電能質(zhì)量的影響不顯著(zhù)，因此，通過(guò)分批性定時(shí)采集方式，避免遇到資源利用高峰期，分批性定時(shí)獲取數據信息。其中定時(shí)的 

具體時(shí)間以回路性質(zhì)與系統規模為基礎進(jìn)一步明確，能夠有效促進(jìn)系統資源利用率提升。而且出現故障的回路，還能夠召喚采集，在出現故障的時(shí)候，進(jìn)行諧波數據信息實(shí)時(shí)采集，以助于詳細了解并分析故障發(fā)生的具體原因。

4.4 節能與設備優(yōu)化模塊 

      通過(guò)收集能源數據信息并詳細分析設備狀態(tài)，獲取節能空間較大區域具體位置，評估節能措施與設備具體成效，即再生制動(dòng)能量利用、諧波治理、照明控制等等?；陔娔芄芾硐到y的參數展示模塊，遠程監控變電配電回路電氣實(shí)際運行狀態(tài)，生成電氣參數、能耗、分時(shí)計量等等運行狀態(tài)數據報表。同時(shí)就電能管理系統軟件所采集數據信息，進(jìn)一步探索歷史負荷、能耗、裕量等，以此提高系統設備利用率。此外，從時(shí)段、季度、部門(mén)等角度統計分析全年具體能耗，以Microsoft Excel文件格式存儲所生成報表，并自動(dòng)化生成曲線(xiàn)圖，以便于用戶(hù)快速生成詳細報告。

 

5.1概述

        用戶(hù)端消耗著(zhù)整個(gè)電網(wǎng)80%的電能，用戶(hù)端智能化用電管理對用戶(hù)可靠、安全、節約用電有十分重要的意義。構建智能用電服務(wù)體系，全面推廣用戶(hù)端智能儀表、智能用電管理終端等設備用電管理解決方案，實(shí)現電網(wǎng)與用戶(hù)的雙向良性互動(dòng)。用戶(hù)端急需解決的研究?jì)热葜饕ǎ合冗M(jìn)的表計，智能樓宇、智能電器、增值服務(wù)、客戶(hù)用電管理系統、需求側管理等課題。

        安科瑞Acrel-3000WEB電能管理解決方案通過(guò)對用戶(hù)端用電情況進(jìn)行細分和統計，以直觀(guān)的數據和圖表向管理人員或決策層展示各分項用電的使用消耗情況，便于找出高耗能點(diǎn)或不合理的耗能習慣，有效節約電能，為用戶(hù)進(jìn)一步節能改造或設備升級提供準確的數據支撐。

 5.2應用場(chǎng)所

        （1）辦公建筑（商務(wù)辦公、大型公共建筑等）；

        （2）商業(yè)建筑（商場(chǎng)、金融機構建筑等）；

        （3）旅游建筑（賓館飯店、娛樂(lè )場(chǎng)所等）；

        （4）科教文衛建筑（文化、教育、科研、醫療衛生、體育建筑等）；

        （5）通信建筑（郵電、通信、廣播、電視、數據中心等）；

        （6）交通運輸建筑（機場(chǎng)、車(chē)站、碼頭建筑等）。

5.3系統結構

 

5.4系統功能

5.4.1

      實(shí)時(shí)監測系統人機界面友好，以配電一次圖的形式直觀(guān)顯示配電線(xiàn)路的運行狀態(tài)，實(shí)時(shí)監測各回路電壓、電流、功  率、功率因數、電能等電參數信息，動(dòng)態(tài)監視各配電回路斷路器、隔離開(kāi)關(guān)、地刀等合、分狀態(tài)，以及有關(guān)故障、告警等信號。

 

5.4.2電能統計報表

       系統以豐富的報表支撐計量體系的完整性。系統具備定時(shí)抄表匯總統計功能，用戶(hù)可以自由查詢(xún)自系統正常運行以來(lái)任意時(shí)間段內各配電節點(diǎn)的用電情況，即該節點(diǎn)進(jìn)線(xiàn)用電量與各分支回路消耗電量的統計分析報表。該功能使得用電可視透明，并在用電誤差偏大時(shí)可分析追溯，維護計量體系的正確性。

 

5.4.3詳細電參量查詢(xún)

       在配電一次圖中，當鼠標移動(dòng)到每個(gè)回路附近時(shí)，鼠標指針變?yōu)槭中?，鼠標單擊可查看該回路詳細電參量，包括三相電流、三相電壓、三相總有功功率、總無(wú)功功率、總功率因數、正向有功電能，并可以查看24小時(shí)相電流趨勢曲線(xiàn)及24小時(shí)電壓趨勢曲線(xiàn)。

 

5.4.4運行報表

系統具有實(shí)時(shí)電力參數和歷史電力參數的存儲和管理功能，所有實(shí)時(shí)采集的數據、順序事件記錄等均可保存到數據庫，在查詢(xún)界面中能夠自定義需要查詢(xún)的參數、時(shí)間或選擇查詢(xún)更新的記錄數據等，并通過(guò)報表方式顯示出來(lái)。用戶(hù)可以根據需要定制運行日報、月報，支持導出Excel格式文件，還可以根據用戶(hù)要求導出PDF格式文件。

 

5.4.5變壓器運行監視

        系統對配電系統總進(jìn)線(xiàn)、主變壓器、重要負荷出線(xiàn)的運行狀態(tài)進(jìn)行在線(xiàn)實(shí)時(shí)監視，用曲線(xiàn)顯示電流、變壓器運行溫度、有功需量、有功功率、視在功率、變壓器負荷率等運行趨勢，分析變壓器負荷率及損耗，方便運行維護人員及時(shí)掌握運行水平和用電需求，確保供電安全可靠。

 

5.4.6實(shí)時(shí)報警

       系統具有實(shí)時(shí)報警功能，系統能夠對配電回路斷路器、隔離開(kāi)關(guān)、接地刀分、合動(dòng)作等遙信變位，保護動(dòng)作、事故跳閘，以及電壓、電流、功率、功率因數越限等事件進(jìn)行實(shí)時(shí)監測，并根據事件等級發(fā)出告警。系統報警時(shí)自動(dòng)彈出實(shí)時(shí)報警窗口，并發(fā)出聲音或語(yǔ)音提醒。

 

5.4.7歷史事件查詢(xún)

        系統能夠對遙信變位，保護動(dòng)作、事故跳閘，以及電壓、電流、功率、功率因數越限等事件記錄進(jìn)行存儲和管理，方便用戶(hù)對系統事件和報警進(jìn)行歷史追溯，查詢(xún)統計、事故分析。

 

5.4.8電能質(zhì)量監測

        系統可以對整個(gè)配電系統范圍內的電能質(zhì)量進(jìn)行持續性的監測，運行維護人員可以通過(guò)諧波分析棒圖、報表掌握進(jìn)線(xiàn)、變壓器、重要回路的電壓、電流諧波畸變率、諧波含量、電壓不平衡度等，及時(shí)采取相應的措施，降低諧波損耗，減少因諧波造成的異常和事故(該功能需要選配帶諧波監測功能的電力儀表，不需要可刪除。

 

5.4.9遙控操作

         系統支持對斷路器、隔離開(kāi)關(guān)、接地刀等進(jìn)行分、合遙控操作。系統具有嚴格的密碼保護和操作權限管理功能，對于每次遙控操作，系統自動(dòng)生成操作記錄，記錄內容包含操作人、操作時(shí)間、操作類(lèi)型等。實(shí)現該功能需要斷路器本身具有電操機構及保護保測控裝置具備遙控功能等硬件設備的支持。

 

5.4.10用戶(hù)權限管理

         系統為保障系統安全穩定運行，設置了用戶(hù)權限管理功能。通過(guò)用戶(hù)權限管理能夠防止未經(jīng)的操作（如配電回路名稱(chēng)修改等）?？梢远x不同級別用戶(hù)的登錄名、密碼及操作權限，為系統運行、維護、管理提供可靠的安全保障。

 

5.4.11通訊狀態(tài)圖

       系統支持實(shí)時(shí)監視接入系統的各設備的通訊狀態(tài)，能夠完整的顯示整個(gè)系統網(wǎng)絡(luò )結構；可在線(xiàn)診斷設備通訊狀態(tài)，發(fā)生網(wǎng)絡(luò )異常時(shí)能自動(dòng)在界面上顯示故障設備或元件及其故障部位。從而方便運行維護人員實(shí)時(shí)掌握現場(chǎng)各設備的通訊狀態(tài)，及時(shí)維護出現異常的設備，保證系統的穩定運行。

 

5.4.12視頻監控

       視頻監控展示了當前實(shí)時(shí)畫(huà)面（視頻直播），選中某一個(gè)變配電站，即可查看該變配電站內視頻信息。

 

5.4.13用戶(hù)報告

       用戶(hù)報告頁(yè)面主要用于對選定的變配電站自動(dòng)匯總一個(gè)月的運行數據，對變壓器負荷、配電回路用電量、功率因數、報警事件等進(jìn)行統計分析。

 

5.4.14 APP支持

       電力運維手機支持“監控系統"、“設備檔案"、“待辦事項"、“巡檢記錄"和“缺陷記錄"五大模塊，支持一次圖、需量、用電量、視頻、曲線(xiàn)、溫濕度、同比、環(huán)比、電能質(zhì)量、各種事件報警查詢(xún)，設備檔案查詢(xún)、待辦事件處理、巡檢記錄查詢(xún)等。

 

5.5系統硬件配置清單

 

      綜上所述，在我國地鐵建設與運營(yíng)管理中，節能降耗開(kāi)始備受重視。由于地鐵供電無(wú)法有效保障，則會(huì )導致難以正常穩定運行，直接影響人們的順利出行。因此，提高地鐵供電的可靠性與穩定性具有十分重要的現實(shí)意義。而智能化低壓變電配電系統可以為地鐵提供可靠、穩定、安全供電，應用前景非常廣闊。所以，本文針對地鐵工程車(chē)站進(jìn)行了低壓變電智能化電能管理系統設計。通過(guò)研究表明，此系統實(shí)用性與可靠性良好，能夠基于網(wǎng)絡(luò )集中化管理實(shí)現設備用電信息優(yōu)化管理與控制，從而科學(xué)有效管理能源消耗，提高能源利用率，節約車(chē)站運營(yíng)成本，因此值得大力推廣與應用。

 

[1]任曉娜，麥衛華，變電站智能地鐵管理系統的應用[J],電子世界，2018,557（23）；181-182

[2]李浩森，地鐵工程中車(chē)站低壓變電智能化電能管理系統設計            

[3]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊 2022.05版

 

 

作者簡(jiǎn)介：韓歡慶，女，現任安科瑞電氣股份有限公司，主要從事于電能管理系統的研發(fā)與應用。