西南铁路客运枢纽成都东客站配电能源管理系统介绍

　　0、前言在高速铁路路网建设快速推进，高铁、动车出行进入寻常百姓生活的大背景下，我国政府将节能减排目标纳入了国民经济和社会发展的中长期规划。承诺到2020年，我国单位国内生产总值二氧化碳排放比2005年下降40%~45%。如何提高能源利用效率，实现节能减排目标，是铁路项目设计建设的基本原则。
成都东客站是目前西南地区规模最大、功能设施最先进、现代化程度最高的客运枢纽站。成都东站主要办理运行遂成铁路动车客运业务以及运行成昆铁路、宝成铁路特快、快速、普快客运业务。成都东客站设计融合金沙文化以及青铜面具元素，直属成都铁路局。成都东站是集铁路客运、长途及旅游客运、城市轨道交通、城市公交、出租及社会停车等功能于一体的大型现代化综合交通枢纽，站房工程主要包括高架候车层、站台层、出站层(交换大厅)及两层地铁，将成为成都的重要城市功能中心。下面介绍在确保高可靠性、高安全性的前提下，为提高本项目能源系统的运营效率和管理水平，并实现节能减排目标，所采取的能源管理技术措施和实际效果。
　　

图1 成都东客站整体外貌
工程概况
成都东客站位于成都成华开发区，三环路成渝立交处;该项目是成都2010年重点建设工程，是西南地区标志性建筑之一。成都东站包括东广场、西广场以及站房3个部分。成都东站占地面积大约45333㎡;站场设有14个站台、26条股道;站房面积大约108000㎡，设有5层，自上向下：候车层(3F)、站台层(2F)、出站层(1F)、地2层(-1F)、地7层(-2F)。
成都东客站能源管理系统监控范围：适用于东客站上下5层(包含夹层)所有动力柜上的智能仪表(安科瑞PZ80L-E4/K、ARTU-K32)。
2、能源管理需求分析
由于成都东客站是一个大型现代化综合交通枢纽，对系统可靠性和安全性要求高，负荷密集、供电容量大，因此对能源管理系统也提出了相应的要求：
a 极高的安全性与可靠性。综合交通枢纽运营必将带来大量的人群聚集，为确保安全、对照明、通风等系统的持续可靠运行提出了极高的要求。
b 长时间持续稳定运行。综合交通的功能要求站房设施必须能够确保长时间持续稳定运行，这就要求能源管理系统能够稳定运行。
c 能源成本管控的要求。人性化设施水平和满足舒适的使用体验要求，必然带来很大的空调、照明通风能耗，需要对能耗进行分类监测和统计，并针对实际客流变化进行合理调控，以降低整体运营成本。
d 降低整体设施运营管理强度的要求。对于成都东客站综合交通枢纽这样规模大、设施分布空间广、客流密度高的综合交通设施，其日常运营的管理强度极大，仅仅靠传统的站场管理模式根本无法满足正常功能和可靠性的保障的要求，必须借助现代自动化技术手段以提高管理效率。
e 适应发展提高管理水平的要求。中国高铁代表着世界领先的铁路设施水准，要求对应设施管理水平要有相应的提升，以便充分发挥设施的功能。
要满足上述要求必须采用动态能源管理技术，对设施整体能源系统进行全面实时的监测管理，以提供设施运营管理工具和能源管理手段。
综合成都东客站铁路枢纽站的设施规模、建筑特点，以及上述要求，要实现对其能源系统进行全面管理的功能要求，能源管理系统技术方案应具有下述特点：
a 设施规模巨大对系统容量的特殊要求。成都东客站铁路枢纽站设施规模巨大，空间分布广，能源系统种类较多，耗能设备分布区域广且复杂，所以本项目能源管理系统涉及的能耗与能效参数检测点数量极大，导致系统总容量要求大大超过一般系统规模，对系统实时数据库和历史数据库的规模和设计也提出了特殊要求。
b 空间分布广对通信网络的要求。能耗与能效参数采集点量多且面广，大量数据由配电链路末端传送到系统后台，要求网络有足够的通信宽带，保证各分区分类能耗数据的实时传输和存储，实现数据同步及互操作。因此系统通信网络必须具有很高的可靠性和可扩展性。
c 多能源系统对系统开发性和可扩展性的要求。成都东客站综合交通枢纽的多能源系统要求其能源管理系统具有足够的开放性，具备与其他系统集成的兼容和开放的接口与数据库，便于与其他系统对接，实现数据共享。
d 能耗负载复杂性对检测设备适应性的要求。高铁枢纽内部负载设备复杂多样，要求能耗与能效监测设备足够的鲁棒性和可靠性，能适应恶劣环境要求，要求在电压、电流波形严重畸变的情况下也能够快速准确采集数据。
3 解决方案
3.1 概述
综合上述需求分析，结合成都东客站铁路枢纽站的建筑特点，本项目选用Acrel-5000全时动态能源管理技术进行项目设计。整体架构采用分层分布式结构，由中央监控室主站系统、主干通信网络与测控层数据网络以及底层能耗与能效监测设备等部分组成。
3.2 系统架构
系统拓扑图如图2所示，自上而下包括系统层、数据网络层和测控层。
　　

图2 系统拓扑图
如图所示：现场中的IO设备的通讯线缆采用RVSP 2*1.5屏蔽双绞线连接现场智能装置的RS485通讯接口，每根总线连接仪表的最大数量为32台。在现场6间弱电机房内设有通讯采集箱，动力柜和墙柜内的智能装置连接至附近的通讯采集箱内，然后通过光纤上传至中控室内，在后台监控主机对上传的数据进行集中采集处理。
3.2.1 能源管理系统主站
设备列表如表格1所示：
名称型号、规格单位数量备注
工作站主机EVOC IPC-810B Core2 2.66G /2G/250G +键鼠等台2研祥
显示器19W"液晶显示器台2三星
UPS电源C2K/2KVA 待机60分钟 塔式台1SANTACK
打印机HP 1007 A4幅面台1惠普
系统软件正版微软WINDOWS XP/SP3套2微软
通讯机柜8U墙柜面12本地采购
通讯机柜K1200(1166*600*600)套1本地采购
操作台钢木结构含二椅套1本地采购
电能管理软件系统组态软件Acrel-5000V6套1安科瑞
电力监控软件数据存储软件Acrel-dbSQL套1安科瑞
电能管理软件电能管理软件Acrel-EnerSys套1安科瑞
电力监控软件设备驱动软件Acrel-Driver台1DELL
表1 能源管理系统主站设备清单
在成都东客站中央监控室，设置系统服务器(主/备双机系统)，系统控制计算机采用windowsXP操作系统，应用软件采用Acrel-5000系统专用组态软件，实现正常的监测数据和远程配电设备状态的集中呈现、事故过程记录与分析、开关操作、数据存储、数据的统计分析处理、多系统间的数据共享、事故报警等功能;配置激光打印机一台，可打印软件产生的各种图形、画面、报表、事故报告、负荷曲线等;配置UPS不间断电源设备一台，可应对电网供电中断的紧急情况，避免系统数据的丢失;系统主站通过光纤以太网络同下位设备连接。
3.2.2 主干数据通信网络
设备列表如表格2所示：
名称型号、规格单位数量备注
工业网络交换机TP-1ink 16口台1TP-1ink
工业串口服务器NPORT5232I RS485接口×2 带光隔套12MOXA
光电转换器单模光电转换HTB-1100S(25km)套24兆越
工业开关电源KDYA-DG75-24套12华力
表2 网络通讯层设备清单
主干网络采用环形拓扑结构，由6芯或6芯以上的单模光纤实现主站与子站之间的数据的传输。使用光纤收发器实现光信号与电信号的转换。
3.2.3 测控层数据总线网络
由RVSP 2*1.5(屏蔽双绞线)将底层能耗与能效监测单元与分布式通信子站连接，形成能源测控层总线网络，传输负载设备能耗与能效实时数据。
3.2.4 测控层硬件设备(见图4)
分布于能源系统底层各处负载设备，实现负载设备能耗与能效监测，主要包括：智能电力能耗与能效监测单元，保证环境多适应性和大量数据的实时采集、监视，具备总线通信功能。
设备名称：PZ80L-E4/K
型号
功能特性PZ80L-E4/k
测
量
参
数三相电流■
三相电压■
电网频率■
三相(有功功率、无功功率、功率因数)■
三相(有功电能、无功电能)■
选配功能
(任选其一)C□
KC(2DI/2DO)□
KC(4DI)□
■为标配，□为选配
表3 现场设备层仪表技术参数
3.3 系统功能
3.3.1 系统初始主界面
　　

系统在进入运行阶段，通过进度条的显示，使用户能准确查看系统运行的进度状况，防止在系统没有完全运行起来，因用户操作造成数据传输出现误码。
系统成功运行后进入操作界面，系统提供简单、易用、良好的用户使用界面，值班人员在登录权限后可查看分区域内智能装置的遥信状态(分闸、合闸)以及遥测值(电流、电压、有功功率、无功功率、功率因数、电度)。
3.3.2. 分区域实时电参量
　　

登陆普通权限用户，通过主界面的操作，即可以查看各个区域运行的电参量(电流、电压、有功、无功、功率因数、电度、)，对各个回路的分合闸状态通过回路数据颜色变化来显示出来(红色代表合闸、绿色代表分闸)。同时各个回路都支持曲线查询功能，通过该界面的操作即可查询每一路的电流趋势曲线。
3.3.3 系统遥信状态报警
　　

在配电系统发生运行故障时，会及时发出声光报警提示用户及时响应故障回路，同时自动记录事件发生的时间和回路名称，以便车站值班人员查询，追忆故障原因。
3.3.4 趋势曲线分析
　　

Acrel-5000能源管理系统提供了实时曲线和历史趋势两种曲线分析界面，通过调用相关回路实时曲线界面分析该回路当前的负荷运行状况。如通过调用某配出回路的实时曲线可分析该回路的电气设备所引起的信号波动情况。系统的历史趋势即系统对所有已存储数据均可查看其历史趋势，方便车站值班人员对监测的配电网络进行质量分析。
3.3.5 报表统计
　　

系统采集的有功电度数据，按照回路名称的不同，自动生成报表并有报表打印功能，可对某一回路的某一时间段内的用电量进行查询与打印，同时这些报表也能以Excel的格式导出，历史记录保留3年以上。
3.3.6其他功能
其他日常管理，如运行记录及交接班记录管理，设备运行状态、缺陷、维修记录管理、规章制度等。管理功能满足用户要求，适用、方便、资源共享。各种文档能存储、检索、编辑、显示、打印。
4 效果初步评估
系统的设计运行减小了维护人员工作量及劳动强度，提高工作效率，有利于车站合理安排检修计划，降低成本，对隐患提前预警，防止事故发生，保证生产正常运行。各种资料、图纸、报表实现电子信息化实现各电力参数，状态信息实时化实现远动控制，为改善电力品质及供电可靠性提供第一手资料。可实现信息的扩展与互连。作为Intranet一部分，可实现与BAS系统或全厂MIS系统无缝连接。
5 总结
随着社会的发展及电力的广泛应用，能源管理系统已成为全国各地重点工程项目、标志性建筑/大型公共设施等大面积多变电所用户的必然选择，本文介绍的Acrel-5000能源管理系统在成都东客站的应用，可以实现对低压配电回路用电的实时监控，不仅能显示回路用电状况，还具有网络通讯功能，可是进行数据远程功能。系统实现对采集数据的分析、处理，实时显示各配电回路的运行状态，对分合闸、负载越限具有弹出报警对话框及语音提示，并生成各种电能报表、分析曲线、图形等，便于远程抄表以及分析、研究。该系统运行安全、可靠、稳定，为大型公建设施用电问题提供了真实可靠的依据，取得了较好的社会效益。