基于綜合監控系統的軌道交通能源測量系統簡介

張東海

（浙江杭海城際鐵路有限公司， 浙江 海寧 314400）

據不完全數據統計，我國在2018 年有26 座城市、共計55 條（段） 新增軌道交通線路，合計里程為1339.45 公里、車站778 座，總投資額約7725.64 億元。其中，華東區域的投資額占全國新開工線路總投資份額的一半以上（53.75%），是軌道交通行業投資的重點集中區域。而軌道交通是耗能大戶，一個標準車每公里的能耗接近3 度，電費支出占運營直接成本的20%。如此大的運營負擔以及飛速的發展規模，能源量測系統的發展需求異常強烈。

1 系統架構

主站管理層：主站管理層通過計算機及管理系統實現系統管理功能，集中管理需要采集和管理的全部設備。實時采集設備的數據，使系統維護成本大大降低，集成度和易用性大幅度提高。

網絡通信層：該層是終端設備與主站之間連接的橋梁。主要負責主站通信協議等命令的發送與現場設備數據的回傳，同時也擔負上下層網絡速率和數據交換格式的轉換等功能，實現現場數據域高速網絡的實時互聯。通信管理層設備主要包括網絡交換機，光電轉換器以及各種通信媒介等。

現場設備層：該層由智能量測終端及能源采集設備組成，包括集中器、轉換器、電能表、燃氣表、水表、熱量表等。

系統覆蓋整條線路高壓供電網、機車牽引、低壓配電網、環控系統等; 集成綜合監控系統（ISCS）、設備與環境監控系統（BAS）、票務系統（AFC）、智能照明等系統。

2 系統功能

能源計量監測點的選取原則應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、分項及分戶的形式進行選擇。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。電力是軌道交通運營過程中的主要消耗能源，消耗能量通常占比80%左右。

為降低運營成本，軌道交通運營公司從各個方面和環節采取節能措施，建立電能安全和能耗數據的監測和全面系統化的能源管理手段，持續有效的降低運營成本。而低壓動力用電是軌道交通用電管理的一個薄弱環節，如北京地鐵400 V 低壓開關柜只在一些主要負荷上安裝了電能表。這種裝表方式只能做到粗放式管理，大量低壓用電負荷的用電量無法統計，因此也就無法管理。

根據目前已經應用的工程來看，軌道交通用能管理從用電系統進行劃分，主要為：機車牽引用電和動力用電。其中機車牽引用為軌道交通電動機車制動能量可達到牽引能量的3%以上，制動能量就被白白消耗。該耗能占制動能量40%左右動力用電主要包括照明、風機、水泵、中央空調、通信設備、信號設備的用電，用電量占到了全部用電量的40%左右。

電能采集數據監測范圍主要包括以下內容：

1） 線路外電源進線電耗：線路運營相關消耗的電能總和，包括列車運行、車站運營、車輛段與綜合基地運行消耗的電能以及線損；2） 線路牽引電耗：運營列車在線路上運行所消耗的全部電能；3） 線路動力電耗：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用于檢查、維修、照明等相關設備及列車在車輛段和停車場運行所消耗的電能；5） 車站照明系統電耗：站照明系統(包括公共區域照明、工作區域照明、區間照明、非商業的廣告照明等) 運行所消耗的電能；6） 車站通風與空調系統電耗：車站通風空調系統(包括公共區域通風與空調系統、管理用房通風與空調系統、空調水系統和隧道通風系統等) 運行所消耗的電能；7） 車站電梯與自動扶梯系統電耗：車站自動扶梯系統（包括電梯、自動扶梯、自動人行道、輪椅升降臺等） 運行所消耗的電能；8） 車站弱電設備電耗：包含車站屏蔽門、通信、自動售檢票系統運行所消耗的電能；9） 車站三級負荷電耗：車站三級負荷系統運行所消耗的電能；10） 商業用電系統電耗：車站商業用電系統運行所消耗的電能。

水耗數據監測范圍主要包括以下內容：

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：車站內所消耗的全部用水量，包括車站生產、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、生活用水和消防用水。

燃氣與熱力消耗數據監測范圍主要包含以下內容：

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，包括廠區采暖、浴室、食堂等。

圖1 接口示意圖

3 系統接口

目前，軌道交通行業中的綜合監控系統（即ISCS） 中已深度集成了BAS/ACS/FAS/PSD 等系統，因此，基于ISCS的接口和數據優勢進行能源量測系統的開發。其中，還應重點考慮動力照明用電的分項與分戶計量監測的問題，出于研究主要耗電設備特性與環境參數關系的角度，將耗電量較大的設備以及與運營安全相關的設備定為現場能源計量監測點，比如通風空調、電梯以及照明用電等。此外，還需關注400 V 回路細分項的異常用電情況，逐步達到通過能源監測工作，優化主要耗能設備運行參數，輔助安全運營服務的目的。

4 選型標準

計量表計應對電能、水、燃氣、熱力等能耗實現分類、分項、分戶計量。計量表計應滿足《用能單位能源計量器具配備和管理通則》GB17167 的相關要求，并具有數據采集與傳輸、遠程管理和維護功能，表計應充分考慮智能化及功能擴展和升級需求。

表1 計量表記選型標準

5 結語

在綜合監控系統的基礎上，通過系統化的管理工具，實時了解能耗流向，找出能源優化方式，通過整合BAS 系統、AFC 系統及其他線路相關運營數據，對軌道交通能耗進行深入的關聯性挖掘分析。評估各站點能源使用效率，及時幫助用戶發現能耗漏洞，輔助管理人員制定節能整改措施，評估投資收益，并定期提供節能分析報告和后期運維服務，提高了軌道交通的能源利用率，完善了軌道交通管理模式，實現了線路和站點能耗數據的可視化及精細化管理，為軌道交通的節能減排工作提供數據支撐。同時，開放與政府數據中心的接口，為建設軌道交通能源數字化管理系統提供有力支持。