地鐵變電所電能質(zhì)量管理系統(tǒng)應(yīng)用

前言：想要寫出一篇引人入勝的文章？我們特意為您整理了地鐵變電所電能質(zhì)量管理系統(tǒng)應(yīng)用范文，希望能給你帶來靈感和參考，敬請(qǐng)閱讀。

【摘要】隨著軌道交通在城市中的快速發(fā)展，軌道交通的供電系統(tǒng)也逐漸增多，并且種類不同的設(shè)備層出不窮。論文詳細(xì)分析了在地鐵的變電所中對(duì)電能質(zhì)量系統(tǒng)管理的必要性，討論了標(biāo)準(zhǔn)的組成方案，以及所有系統(tǒng)的設(shè)施配置和功能，給實(shí)際工程提供相關(guān)參考。

【關(guān)鍵詞】電能質(zhì)量；管理系統(tǒng)；地鐵變電所

1引言

地鐵的供電系統(tǒng)伴隨軌道交通的快速發(fā)展變得日趨復(fù)雜，雖然引進(jìn)了先進(jìn)的技術(shù)，但同時(shí)也導(dǎo)致大量問題的出現(xiàn)。電能質(zhì)量引發(fā)的問題會(huì)對(duì)供電系統(tǒng)產(chǎn)生程度不一的危害，甚至導(dǎo)致火災(zāi)，致使經(jīng)濟(jì)損失嚴(yán)重。地鐵變電所采用的電能質(zhì)量系統(tǒng)，經(jīng)過對(duì)電能質(zhì)量問題的預(yù)測(cè)、判定與核驗(yàn)，有助于及時(shí)地規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)，促進(jìn)地鐵變電所的運(yùn)行更加安全。

2電能質(zhì)量管理系統(tǒng)概述

以往地鐵變電所對(duì)電力的監(jiān)控范圍是：有功及其功率、無功及其功率、進(jìn)線及出線電流、母聯(lián)電流、零序電流、母線電壓；配電變壓器一次電流、整流機(jī)組一次電流、有功及電能表、有功功率；回流電流、饋線電流；負(fù)極回流電流；整流器溫度值、變電所交直流電、側(cè)母線電壓、進(jìn)線電流、變壓器溫度；鋼軌對(duì)地點(diǎn)位等數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)量【1】。傳統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)同電力監(jiān)控系統(tǒng)已符合電能質(zhì)量的需求。近年來，人們逐漸認(rèn)識(shí)到電能質(zhì)量異常對(duì)供電系統(tǒng)產(chǎn)生的負(fù)面影響。為對(duì)電能質(zhì)量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、高效、實(shí)時(shí)地獲取，進(jìn)而通過分析數(shù)據(jù)提出優(yōu)化電能質(zhì)量的舉措，目前國(guó)內(nèi)新修建的地鐵大部分均采用單獨(dú)電能質(zhì)量管理系統(tǒng)，對(duì)故障錄波、低壓網(wǎng)絡(luò)、地鐵電流系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)等電能質(zhì)量信息進(jìn)行收集與分析。統(tǒng)一管理車站內(nèi)非電量設(shè)施，如電量消耗較大的冷水機(jī)、空調(diào)等，發(fā)揮管理系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)，提高電能的使用效率。電能質(zhì)量管理系統(tǒng)是基于易升級(jí)、開放、先進(jìn)為一體的系統(tǒng)平臺(tái)，有著能夠支持多種通信方式、性價(jià)比高、靈活等優(yōu)勢(shì)。其以開放的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)為主，并將即插即用技術(shù)有效地應(yīng)用于集控站系統(tǒng)之中。該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電能質(zhì)量實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，同時(shí)，還能讓地鐵運(yùn)營(yíng)部門準(zhǔn)確、及時(shí)地掌握變電所內(nèi)各個(gè)大型負(fù)荷設(shè)備運(yùn)行過程中的電能質(zhì)量信息，并對(duì)地鐵用電系統(tǒng)輸變電運(yùn)行中存在的薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行有效的糾正及處理，更好地實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)分析管理。

3地鐵變電所獨(dú)立系統(tǒng)分析

電能質(zhì)量管理系統(tǒng)組成有2種計(jì)劃。計(jì)劃一：電能質(zhì)量的管理系統(tǒng)測(cè)量到的數(shù)據(jù)與電力監(jiān)控系統(tǒng)存在重合部分，因此集成統(tǒng)一的人電監(jiān)控系統(tǒng)，是電力監(jiān)控的次級(jí)系統(tǒng)；計(jì)劃二：獨(dú)立的監(jiān)控系統(tǒng)【2】。2個(gè)方案的異同如表1所示。依照表1內(nèi)容的對(duì)比，在數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性和安全信2個(gè)方面，調(diào)度系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)非常嚴(yán)格，因此要求該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊、簡(jiǎn)約，然而功能的繁多必將使得系統(tǒng)較為復(fù)雜，故功能龐大且內(nèi)容全面的設(shè)計(jì)不適用電力監(jiān)控系統(tǒng)，所以，電能質(zhì)量的管理系統(tǒng)采用獨(dú)立系統(tǒng)，此方案也經(jīng)歷了實(shí)際的考驗(yàn)。同時(shí)，不排除電力監(jiān)控系統(tǒng)在采用協(xié)議通信后，可提升整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)性和安全性，從而有望將電力監(jiān)管系統(tǒng)融入到電能質(zhì)量管理系統(tǒng)中。

4地鐵變電所中電能質(zhì)量管理系統(tǒng)的組成

4.1電能質(zhì)量管理系統(tǒng)的線路和系統(tǒng)

此系統(tǒng)往往設(shè)置在大樓內(nèi)，采用以太網(wǎng)絡(luò)，采用的通信是TCP/IP，其采用物理星型的網(wǎng)絡(luò)類型，并且其具備雙網(wǎng)切換使用形式，可實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的自由更換。經(jīng)過冗余服務(wù)器完成全線信息處理。重要的設(shè)備包含網(wǎng)絡(luò)設(shè)施、UPS、工程師站、打印機(jī)、計(jì)量機(jī)和數(shù)據(jù)庫(kù)的服務(wù)器進(jìn)行檢測(cè)。

4.2電能質(zhì)量管理系統(tǒng)車站

無論是車站、車場(chǎng)的變電所還是主變電所均使用1套管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)控范圍內(nèi)數(shù)據(jù)信息的檢測(cè)。其采用集中、分層分布式和分散結(jié)合的形式，內(nèi)部通信采用以太網(wǎng)或者工業(yè)總線。變電所綜合系統(tǒng)及系統(tǒng)物理網(wǎng)絡(luò)相互隔離，分別配置。間隔層內(nèi)的智能電能表使用總線方式連接，同時(shí)單獨(dú)連接到間隔層的服務(wù)器，以太網(wǎng)是實(shí)現(xiàn)服務(wù)器連接電能量采集器的橋梁，并且電能量采集器通常的配置都是單機(jī)類型【3】。在采集器出現(xiàn)問題時(shí)，發(fā)出異常信號(hào)，控制中心電能質(zhì)量系統(tǒng)接收到信號(hào)后，及時(shí)派專人進(jìn)行維修。

4.3網(wǎng)絡(luò)通信層

網(wǎng)絡(luò)通信層是實(shí)現(xiàn)線路系統(tǒng)和車站相連的橋梁，考慮線路系統(tǒng)和車站組網(wǎng)方式，優(yōu)選通信系統(tǒng)，采用100M的以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)通信的共享，同時(shí)可作為車站與控制中心的信息渠道。有效提高網(wǎng)絡(luò)通道的傳輸效率，不僅可以傳輸電能數(shù)據(jù)，同時(shí)還可以實(shí)現(xiàn)其他維護(hù)數(shù)據(jù)的傳輸，其中包含：UPS監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)、所有變電所的故障數(shù)據(jù)、所有變電所的電流數(shù)據(jù)等。

5地鐵變電所電能質(zhì)量管理系統(tǒng)的應(yīng)用

5.1能源消耗管理

地鐵的能源消耗管理包含對(duì)能源的控制、分析和監(jiān)視，進(jìn)而有效減少線路與車站的能源消耗，同時(shí)將能源數(shù)據(jù)變成有價(jià)值的數(shù)據(jù)信息，從而有利于分析能源的利用率。

5.2主要能耗分布及負(fù)荷特性

電能監(jiān)控儀表用于對(duì)電力能源消耗狀況進(jìn)行測(cè)定和記錄，將收集到的信息匯總并存儲(chǔ)于數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)。用戶可確定負(fù)載的系數(shù)及設(shè)備的能耗，包括照明、線路、電梯、扶梯、空調(diào)組、通風(fēng)機(jī)、冷水機(jī)、變壓器、弱電系統(tǒng)等設(shè)備。

5.3成本分配

將能源成本合理地分配到所有的設(shè)備、線路和車站，同時(shí)還可以形成資費(fèi)的報(bào)表。

5.4電能質(zhì)量控制和報(bào)警

經(jīng)過對(duì)系統(tǒng)及站點(diǎn)中的電能質(zhì)量進(jìn)行測(cè)定，發(fā)掘存在的電能質(zhì)量問題，如電壓偏移和諧波等。同時(shí)，其還可以對(duì)異常能源消耗和系統(tǒng)越線情況發(fā)出警報(bào)，采用手機(jī)信息、工作站、Email、PDA等形式告知工作人員，有利于降低能源成本、提升生產(chǎn)效率、減少設(shè)備錯(cuò)誤動(dòng)作、合理規(guī)劃配電系統(tǒng)，同時(shí)還可提供系統(tǒng)的能源視圖。

5.5節(jié)能舉措與優(yōu)化設(shè)施

經(jīng)過對(duì)能源數(shù)據(jù)收集及分析設(shè)備的狀態(tài)，得出節(jié)能空間較大的部分和設(shè)備實(shí)際效果并評(píng)估所有節(jié)能舉措，如空調(diào)與制冷、照明控制、再生能源利用、通風(fēng)、諧波治理等。經(jīng)過管理系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示，可完成遠(yuǎn)程監(jiān)控電氣的運(yùn)行情況，同時(shí)形成基礎(chǔ)的電氣數(shù)據(jù)、THD總諧波變化率、電能消耗等分析表。通過管理系統(tǒng)軟件獲取的信息對(duì)電能消耗狀況、負(fù)荷曲線走勢(shì)及系統(tǒng)裕量等進(jìn)行分析，從而提升設(shè)備的使用效率。分部門、季節(jié)和時(shí)段統(tǒng)計(jì)全年的電能消耗情況，形成報(bào)表，采用Excel形式進(jìn)行存儲(chǔ)并生成相應(yīng)的柱狀圖或者曲線圖，以便分析數(shù)據(jù)。

5.6相關(guān)數(shù)據(jù)分析

考慮地鐵狀況及其他情況信息，如天氣變化、客運(yùn)量、車站占地面積等數(shù)據(jù)，分別采用縱向和橫向的方式進(jìn)行能耗數(shù)據(jù)對(duì)比，深度處理能源數(shù)據(jù)信息，將能源數(shù)據(jù)作為運(yùn)營(yíng)公司的經(jīng)濟(jì)與財(cái)務(wù)指標(biāo)。實(shí)現(xiàn)地鐵能耗數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)顯示，并將其進(jìn)行保存，經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)比對(duì)，可將各個(gè)線路的能耗做月比對(duì)或者季度比對(duì)，便于進(jìn)一步的分析。

5.7效益分析

電能質(zhì)量管理系統(tǒng)應(yīng)用在地鐵變電所可獲得的效益具體如下：1）經(jīng)濟(jì)效益方面。一條地鐵的線路電能質(zhì)量管理系統(tǒng)的成本大概是500萬～700萬元，結(jié)合過往的運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)，去除電能質(zhì)量因素對(duì)設(shè)施損耗不計(jì)，因功率因數(shù)不合格而需繳納的罰款達(dá)到幾十萬元甚至是上百萬元不等。然而，電能質(zhì)量管理系統(tǒng)的使用期限通常是20a以上。因此，從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)方面出發(fā)，電能質(zhì)量管理系統(tǒng)是必須設(shè)置的。2）社會(huì)效益方面。電能質(zhì)量管理系統(tǒng)能根據(jù)計(jì)量架構(gòu)中的分類，實(shí)現(xiàn)對(duì)地鐵能耗的定量分析，并通過系統(tǒng)中能耗報(bào)表統(tǒng)計(jì)、電能能耗及質(zhì)量數(shù)據(jù)分析、歷史電能趨勢(shì)查詢、實(shí)時(shí)電能趨勢(shì)分析、設(shè)備狀態(tài)報(bào)警、實(shí)時(shí)監(jiān)管展示界面等功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)地鐵變電所電能質(zhì)量的有效管理，為地鐵節(jié)能工作打下良好的基礎(chǔ)。

6結(jié)語

地鐵變電所使用電能質(zhì)量管理系統(tǒng)，并將其大量應(yīng)用于新建線路的設(shè)計(jì)中，不僅可符合自身供電系統(tǒng)的質(zhì)量要求，同時(shí)也符合電力部門的嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)。進(jìn)一步完善電能質(zhì)量的管理系統(tǒng)，有利于更好地管理地鐵變電所系統(tǒng)中的電能。就目前軌道交通行業(yè)的發(fā)展情況來看，要不斷提高對(duì)其供電系統(tǒng)管理力度，并加大用電監(jiān)察及供電質(zhì)量重視程度，利用電能質(zhì)量管理系統(tǒng)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決地鐵內(nèi)部用電設(shè)備所存在的質(zhì)量問題，讓用戶用電需求得到更好的滿足。

【參考文獻(xiàn)】

【1】張振華.城市軌道交通電能質(zhì)量管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)[J].電子技術(shù)與軟件工程，2018(2):193-195.

【2】朱莉莉.電能質(zhì)量管理系統(tǒng)及其在城市軌道交通的應(yīng)用[J].鐵路計(jì)算機(jī)應(yīng)用,2017(5):69-72.

【3】施慶.軌道交通電能質(zhì)量管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].供用電,2011(4):76-77.

作者：沈大偉 單位：中鐵二院華東勘察設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司