城市軌道交通能源管理系統設計方案

韓 冶

(中鐵第四勘察設計院集團有限公司,武漢 430063)

城市軌道交通作為公眾交通服務項目幾乎是不存在盈利的，其建設投資高、運營成本高，是個高虧損、高補貼的行業。城市軌道交通能源消耗成本通常占運營直接成本的30%以上。與此同時我國面臨非常嚴峻的能源安全和環境壓力，政府正大力推行節能減排戰略。

為了響應政府大力推行節能減排戰略，推進城市軌道交通節能降耗，提高城市軌道交通用能效率，降壓軌道交通運營成本，建立地鐵能源管理系統已經是當務之急。

城市軌道交通是大運量的交通運輸系統，也是耗能大戶。作為重點用能單位，應按照科學用能的原則，加強節能管理，提高能源利用效率。節能工作應該講求實效和重視節能數據統計分析，挖掘節能潛力。能源管理系統能幫助地鐵運營單位方便地取得各類、各項、各戶的用能狀況分析數據，從中找出各用能環節的真正問題，并制定行之有效的節能措施。

1 城市軌道交通能源管理系統簡述

城市軌道交通能源管理系統簡單的說就是對軌道交通運營消耗的能源(如：電、水、燃氣、燃油、熱力、冷量)進行監測、記錄、分析。實時監測各種能源的詳細使用情況，為節能降耗提供直觀科學的依據，促進管理水平的提高，降低運營成本，使能源充分合理使用，控制浪費，達到節能減排，提高用能效率的目的。

能源管理系統為城市軌道交通的能源在線計量、能源質量監測、能耗數據統計、節能潛力分析、節能控制、節能效果驗證以及能耗數據管理及上傳等方面提供科學的技術手段。可依托能源管理系統建立能耗定額、能耗考核等一整套能源管理體系。

2 城市軌道交通能源管理系統結構

城市軌道交通能源管理系統主要由中心級能源管理系統、車站級能源管理系統、智能表計以及相互聯系的通信網絡組成。城市軌道交通能源管理系統結構如圖1所示。

圖1 城市軌道交通能源管理系統結構

2.1 中心級能源管理系統

中心級能源管理系統采用雙機冗余系統，熱備用方式，并設置WEB服務器，接入辦公自動化系統網絡，用戶可利用辦公自動化系統實現對能源管理系統的瀏覽查看。

中心級能源管理系統主要由主備系統服務器、WEB服務器、操作員工作站、維護工作站、打印機、防火墻、交換機等設備組成。中心級通信網絡采用以太網技術組建，網絡傳輸媒介采用屏蔽雙絞線或光纖，通信傳輸速率不小于100 Mbps。

2.2 車站級能源管理系統

車站級能源管理系統主要由車站級工作站、交換機、數據采集終端等設備組成。車站級通信網絡采用以太網與現場總線相結合的方式，獨立于變電所綜合自動化系統通信網絡單獨設置。

車站級工作站與數據采集終端之間通信網絡采用以太網技術組建，網絡傳輸媒介采用屏蔽雙絞線，通信傳輸速率不小于10 Mbps。車站級工作站一般僅設置在較大規模車站、車輛段和停車場。

數據采集終端與智能表計之間通信網絡采用現場總線技術組建，通信接口采用RS485或Lonworks，通信協議采用Modbus或Lontalk。數據采集終端通常根據現場環境選用機架式或壁掛式，關鍵部分冗余設計。數據采集終端支持多種本地和遠傳通信方式，支持一發多收，支持各種智能表計通信規約，設有內部存儲器，失電后數據不丟失。

3 城市軌道交通能源管理系統表計配置

軌道交通能源管理系統應根據能源的種類配置相應的能耗計量器具，如智能電表、水表、燃氣表、燃油表、冷(熱)量表等。

3.1 智能電表的配置方案

智能電表配置方案應符合下列要求：

(1)主變電所主變壓器高壓進線及中壓母線進線、車站變電所中壓饋線應設置智能表計，采集全線總電耗、牽引用電總電耗，并可通過計算得出變壓器損耗及線路損耗。

(2)車站變電所應設置智能電表的低壓配電回路：低壓總進線回路、工作照明、節電照明、廣告照明、區間照明、給排水泵、電梯和自動扶梯、屏蔽門、公共區域空調通風系統、設備及管理用房空調通風系統、空調水系統、VRV空調、隧道風機、商業用電。

車站變電所宜設置智能電表的低壓配電回路：變電所用電、通信系統、信號系統、ISCS系統、AFC系統、BAS系統、FAS系統等特殊用電。

(3)車站環控電控室應設置智能電表的低壓配電回路：空調機組、排風機、送風機、冷水機組、冷凍水泵、冷卻水泵、冷卻塔風機。

(4)控制中心、車輛段、綜合基地及其他沿線建筑的商業跟隨式降壓變電所、配電室按電能分項設置智能電表。

(5)控制中心應設置辦公樓宇的各租賃單位等分戶智能電表；控制中心可設置樓層、部門、辦公室等分戶智能電表。

車輛段及綜合基地應設置以下分戶智能電表：綜合辦公樓、檢修庫、維修車間、食堂、泵房等。

(6)電力功率不低于10 kW的用電回路宜設置智能電表，其他設施(如景觀照明、開水爐、分體空調等)宜設置智能電表。

3.2 智能水表的配置方案

車站、控制中心、車輛段及綜合基地等總進水、各主要分項進水應設置智能水表；車站等駐場商戶進水應設置智能水表；其他耗水量大的分支用水管路或用水設備前端。

3.3 智能燃氣表的配置方案

智能燃氣表應在控制中心、車輛段及綜合基地等總進氣設置。

3.4 智能燃油表的配置方案

智能燃油表應在車輛段及綜合基地等儲油庫出油管路設置。

3.5 智能冷(熱)量表的配置方案

(1)控制中心、車站、車輛段及綜合基地等的制冷機組的冷媒管路或制熱機組/鍋爐的熱媒管路應設置智能冷(熱)量表。

(2)市政集中供熱管路應設置熱量表。

4 城市軌道交通能源管理系統功能設置

4.1 中心級能源管理系統功能設置

中心級軌道交通能源管理系統應配置以下主要功能。

(1)數據采集與處理功能

系統從車站級能源管理系統采集的各種測量、計量信息至服務器數據庫，用戶可以利用各種實時數據(或歷史數據)和報表組態工具對數據進行選擇、組合、累積、統計等加工處理，生成各種報表。同時具備能源評估功能及節能分析功能。

(2)顯示及打印功能

通過人機界面在監視器上動態顯示各種測量、計量曲線，按照一定周期自動刷新。可對各種測量、計量的極值和出現時間進行統計，并可對監視器畫面進行拷貝或打印。

(3)系統管理功能

系統管理功能主要包括：權限管理功能，數據查詢、備份、還原功能，對時功能，網絡管理及維護功能。

(4)web瀏覽功能

系統通過web服務器接入辦公自動化系統，具有訪問權限的用戶可通過辦公自動化系統采用web瀏覽器查看能源管理系統的相關信息。

4.2 車站級能源管理系統功能設置

車站級能源管理系統的主要功能為自動分類、分項、分戶采集各監管供電回路的電參量、用水量、燃氣用量、燃油用量和冷(熱)量，存儲最近的歷史數據，并通過通信通道傳輸至中心級能源管理系統。

5 城市軌道交通能源管理系統集成方案

評價能源是否有效利用不僅需要了解各種能源在各個方面的消耗量，而且需要了解軌道交通的運營情況、外部環境條件，需設置與其他相關系統的接口才能合理有效地分析節能情況。如牽引的用電與地鐵列車運行相關，需設置與信號系統接口；車站照明用電與車站人流量相關，需設置與AFC系統接口；通風空調的用電與環境相關，需設置與BAS系統接口；控制中心、車輛段的能源消耗量與人員配備和運行管理情況相關，需設置與OA系統接口，等等。

能源管理系統可單獨設置，也可由綜合監控系統在車站級以上系統集成。目前國內城市軌道交通已普遍設置綜合監控系統，綜合監控系統在控制中心通常與其他系統互聯并共享相關信息。

因此，無論是從節約硬件成本出發，還是減少系統接口出發，都應該優先考慮由綜合監控系統集成能源管理系統，以助于提高資源利用效率。

6 結語

城市軌道交通在滿足公共交通功能需求的同時，應按照合理用能和高效用能的原則，推進先進節能技術的應用，加強節能管理和能耗控制。

設置城市軌道能源管理系統的目的是建立一個分類、分項、分戶采集和統計的監測系統，覆蓋軌道交通運營消耗的電、水、燃氣、燃油、冷(熱)量。通過結合運營情況和外部環境，分析節能潛力，制定和完善運營管理措施，以提高能源利用效率， 降低運營成本。

同時也可以利用能源管理系統充分了解軌道交通用電負荷特性、供電質量等，為后續軌道交通的設計(如變壓器配置、節能設備選型等)提供重要參考依據，從系統設計和建設層面提升能源利用水平。

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