更新時(shí)間: 2023-04-10 點(diǎn)擊次數(shù): 290次
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801
摘要:本文針對(duì)地鐵工程車站進(jìn)行了低壓變電智能化電能管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)。首先,對(duì)地鐵工程中的車站低壓智能系統(tǒng)做了詳細(xì)介紹,其次,從硬件與軟件兩方面進(jìn)行了電能管理系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),再次,基于頻率管理、電能質(zhì)量控制和報(bào)警、諧波管理、節(jié)能與設(shè)備優(yōu)化管理等角度深入分析了管理系統(tǒng)功能。通過(guò)研究表明,此系統(tǒng)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(xiàn)設(shè)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(jié)約車站運(yùn)營(yíng)成本,因此值得大力推廣與應(yīng)用。
關(guān)鍵詞:地鐵車站;低壓;變電;智能化;電能管理
1引言
地鐵工程中車站低壓配電變電系統(tǒng)的作用是為地鐵除了牽引負(fù)荷之外運(yùn)營(yíng)所需機(jī)電設(shè)備提供低壓電源電力。就功能可以劃分為兩大類,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(duì)車站通信與監(jiān)控提供電源,環(huán)控電控的任務(wù)是為風(fēng)機(jī)與冷卻塔等供電。如果不能確保供電的穩(wěn)定性與可靠性,那么勢(shì)必會(huì)影響地鐵的有序運(yùn)行。
2 地鐵工程中車站低壓智能系統(tǒng)
2.1 降壓變電低壓系統(tǒng)
降壓變電低壓智能系統(tǒng)的控制對(duì)象為母聯(lián)斷路器、進(jìn)線短路器、三級(jí)負(fù)荷低壓總開(kāi)關(guān)。現(xiàn)階段,我國(guó)地鐵車站降壓變電低壓智能系統(tǒng)的形式是,基于控制對(duì)象遙測(cè)與遙控,增加全部饋出回路遙測(cè)。智能低壓系統(tǒng)是由以太網(wǎng)、智能化開(kāi)關(guān)、PLC、數(shù)字儀表等所構(gòu)成的,其中系統(tǒng)控制對(duì)象的遙控是以斷路器為輔助加以實(shí)現(xiàn)的,而遙測(cè)與遙信則是以數(shù)字化儀表為載體加以實(shí)現(xiàn)的。降壓變電低壓智能系統(tǒng)結(jié)構(gòu)具體如圖1所示。
圖1 降壓變電低壓智能系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
2.2 環(huán)控電控低壓系統(tǒng)
環(huán)控電控低壓智能系統(tǒng),不僅可以綜合保障并監(jiān)測(cè)具備軟啟動(dòng)與變頻器的電機(jī)回路,還能夠綜合保護(hù)與監(jiān)測(cè)全部饋出回路。環(huán)控電控低壓智能系統(tǒng)結(jié)構(gòu)具體如圖2所示。
圖2 環(huán)控電控低壓智能系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
從圖可以看出,環(huán)控電控低壓智能系統(tǒng)的任務(wù)是全面保護(hù)電動(dòng)機(jī)。低壓布置配有單獨(dú)的通信控制器,以此搜集通風(fēng)空調(diào)的相關(guān)數(shù)據(jù)信息,并調(diào)整匯總,加以計(jì)算分析,然后實(shí)時(shí)傳輸?shù)綑C(jī)電設(shè)備自動(dòng)化控制系統(tǒng)的PLC中,就PLC的通風(fēng)模式為依據(jù)加強(qiáng)有效控制。特別是在出現(xiàn)火災(zāi)情況的時(shí)候,地鐵車站機(jī)電設(shè)備自動(dòng)化控制系統(tǒng)接收到火災(zāi)自動(dòng)化報(bào)警系統(tǒng)的命令,落實(shí)各種類型環(huán)控設(shè)施設(shè)備的火災(zāi)運(yùn)行模式,并把命令下達(dá)到環(huán)控柜低壓智能系統(tǒng)。
3 變電智能化電能管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)
系統(tǒng)基于Trans Active軟件平臺(tái)得以開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)。Trans Active軟件平臺(tái)利用了C++軟件技術(shù),通過(guò)模塊化結(jié)構(gòu),依據(jù)系統(tǒng)功能需要,將系統(tǒng)功能模塊化,軟件組件化,進(jìn)而靈活銜接并調(diào)取,適應(yīng)性與可靠性都十分突出。
3.1 硬件結(jié)構(gòu)
電能管理系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)具體如3所示。其一,系統(tǒng)服務(wù)器的作用是接收并處理數(shù)據(jù)信息;其二,管理工作站的作用是為系統(tǒng)管理者提供更加便利、完善的環(huán)境;其三,網(wǎng)絡(luò)設(shè)施設(shè)備實(shí)際上等同于網(wǎng)絡(luò)交換機(jī);其四,存儲(chǔ)設(shè)備實(shí)際上就是磁盤陣列,任務(wù)是儲(chǔ)存系統(tǒng)歷史數(shù)據(jù)信息。此外,電能管理系統(tǒng)基于網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)與局域網(wǎng),和外部接口系統(tǒng)之間進(jìn)行交互數(shù)據(jù)信息管理、分析。
圖3 電能管理系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)
3.2 軟件結(jié)構(gòu)
電能管理系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)具體如圖4所示。
圖4 電能管理系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)
4 系統(tǒng)功能模塊設(shè)計(jì)
電能管理系統(tǒng)功能具體如圖5所示。
圖5 電能管理系統(tǒng)功能
4.1 頻率管理模塊
對(duì)于低壓變電智能化電能管理系統(tǒng)而言,頻率屬于其所采集的主要監(jiān)控電能,能夠?qū)︻l率實(shí)時(shí)變化進(jìn)行全程跟蹤監(jiān)控,并及時(shí)把相關(guān)數(shù)據(jù)信息儲(chǔ)存到歷史數(shù)據(jù)庫(kù)。通過(guò)系統(tǒng)的越限報(bào)警功能,還可以設(shè)置上下閾限值,在出現(xiàn)越限狀況的時(shí)候,系統(tǒng)及時(shí)發(fā)出聲光告警信號(hào),并把報(bào)警信息儲(chǔ)存到歷史數(shù)據(jù)庫(kù),以便于快速查詢并解決故障。在故障狀況下,系統(tǒng)頻率降低的時(shí)候,可通過(guò)系統(tǒng)遙控操控能力,低頻率減負(fù)荷,自動(dòng)摒除次要負(fù)荷。而在系統(tǒng)頻率上升的時(shí)候,為減少發(fā)電機(jī)處理,依舊可以通過(guò)遙控操控能力,高頻率切機(jī),促使系統(tǒng)頻率快速恢復(fù)到額定值閾限內(nèi),從而進(jìn)一步滿足頻率管理具體需求。
4.2 電能質(zhì)量監(jiān)控與報(bào)警模塊
通過(guò)對(duì)系統(tǒng)與站點(diǎn)電能質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè),發(fā)現(xiàn)潛藏威脅,即諧波、電壓偏移、變電系統(tǒng)事故等等。同時(shí),還能夠挖掘系統(tǒng)越限與能耗異常狀況,及時(shí)發(fā)出告警信號(hào),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(shè)備誤動(dòng)作幾率,節(jié)約能源成本,以助于配電系統(tǒng)科學(xué)合理規(guī)劃,提高生產(chǎn)效率與水平,并進(jìn)一步提供系統(tǒng)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(tǒng)采集的基礎(chǔ)監(jiān)控電能電量,但是卻能夠通過(guò)低壓變電系統(tǒng)采集諧波。然而,所檢測(cè)諧波次數(shù)大約在2-19 次,就諧波源特性,適度調(diào)整諧波次數(shù)測(cè)量區(qū)域。就負(fù)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(cè)。所以,諧波檢測(cè)數(shù)據(jù)量都比較大。系統(tǒng)對(duì)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(shù)據(jù)信息進(jìn)行上傳處理分析,不僅會(huì)嚴(yán)重消耗系統(tǒng)資源,還會(huì)對(duì)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性與真實(shí)性造成直接性影響。因此,系統(tǒng)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(qiáng)優(yōu)化管理。其中,關(guān)鍵回路與變電配電系統(tǒng)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(shù)據(jù)信息的模式,這主要是由于此類型回路數(shù)量相對(duì)偏少,盡管單項(xiàng)回路數(shù)據(jù)量非常多,可是在科學(xué)合理化分配之后,對(duì)系統(tǒng)實(shí)時(shí)性的影響并不突出。而一般回路對(duì)系統(tǒng)電能質(zhì)量的影響不顯著,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(shù)據(jù)信息。其中定時(shí)的
具體時(shí)間以回路性質(zhì)與系統(tǒng)規(guī)模為基礎(chǔ)進(jìn)一步明確,能夠有效促進(jìn)系統(tǒng)資源利用率提升。而且出現(xiàn)故障的回路,還能夠召喚采集,在出現(xiàn)故障的時(shí)候,進(jìn)行諧波數(shù)據(jù)信息實(shí)時(shí)采集,以助于詳細(xì)了解并分析故障發(fā)生的具體原因。
4.4 節(jié)能與設(shè)備優(yōu)化模塊
通過(guò)收集能源數(shù)據(jù)信息并詳細(xì)分析設(shè)備狀態(tài),獲取節(jié)能空間較大區(qū)域具體位置,評(píng)估節(jié)能措施與設(shè)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。基于電能管理系統(tǒng)的參數(shù)展示模塊,遠(yuǎn)程監(jiān)控變電配電回路電氣實(shí)際運(yùn)行狀態(tài),生成電氣參數(shù)、能耗、分時(shí)計(jì)量等等運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)報(bào)表。同時(shí)就電能管理系統(tǒng)軟件所采集數(shù)據(jù)信息,進(jìn)一步探索歷史負(fù)荷、能耗、裕量等,以此提高系統(tǒng)設(shè)備利用率。此外,從時(shí)段、季度、部門等角度統(tǒng)計(jì)分析全年具體能耗,以Microsoft Excel文件格式存儲(chǔ)所生成報(bào)表,并自動(dòng)化生成曲線圖,以便于用戶快速生成詳細(xì)報(bào)告。
5 安科瑞Acrel-3000WEB電能管理解決方案
5.1概述
用戶端消耗著整個(gè)電網(wǎng)80%的電能,用戶端智能化用電管理對(duì)用戶可靠、安全、節(jié)約用電有十分重要的意義。構(gòu)建智能用電服務(wù)體系,全面推廣用戶端智能儀表、智能用電管理終端等設(shè)備用電管理解決方案,實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)與用戶的雙向良性互動(dòng)。用戶端急需解決的研究?jī)?nèi)容主要包括:的表計(jì),智能樓宇、智能電器、增值服務(wù)、客戶用電管理系統(tǒng)、需求側(cè)管理等課題。
安科瑞Acrel-3000WEB電能管理解決方案通過(guò)對(duì)用戶端用電情況進(jìn)行細(xì)分和統(tǒng)計(jì),以直觀的數(shù)據(jù)和圖表向管理人員或決策層展示各分項(xiàng)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(xí)慣,有效節(jié)約電能,為用戶進(jìn)一步節(jié)能改造或設(shè)備升級(jí)提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支撐。
5.2應(yīng)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(jī)構(gòu)建筑等);
(3)旅游建筑(賓館飯店、娛樂(lè)場(chǎng)所等);
(4)科教文衛(wèi)建筑(文化、教育、科研、醫(yī)療衛(wèi)生、體育建筑等);
(5)通信建筑(郵電、通信、廣播、電視、數(shù)據(jù)中心等);
(6)交通運(yùn)輸建筑(機(jī)場(chǎng)、車站、碼頭建筑等)。
5.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
5.4系統(tǒng)功能
5.4.1
實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)人機(jī)界面友好,以配電一次圖的形式直觀顯示配電線路的運(yùn)行狀態(tài),實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各回路電壓、電流、功 率、功率因數(shù)、電能等電參數(shù)信息,動(dòng)態(tài)監(jiān)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(hào)。
5.4.2電能統(tǒng)計(jì)報(bào)表
系統(tǒng)以豐富的報(bào)表支撐計(jì)量體系的完整性。系統(tǒng)具備定時(shí)抄表匯總統(tǒng)計(jì)功能,用戶可以自由查詢自系統(tǒng)正常運(yùn)行以來(lái)任意時(shí)間段內(nèi)各配電節(jié)點(diǎn)的用電情況,即該節(jié)點(diǎn)進(jìn)線用電量與各分支回路消耗電量的統(tǒng)計(jì)分析報(bào)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(hù)計(jì)量體系的正確性。
5.4.3詳細(xì)電參量查詢
在配電一次圖中,當(dāng)鼠標(biāo)移動(dòng)到每個(gè)回路附近時(shí),鼠標(biāo)指針變?yōu)槭中危髽?biāo)單擊可查看該回路詳細(xì)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(shù)、正向有功電能,并可以查看24小時(shí)相電流趨勢(shì)曲線及24小時(shí)電壓趨勢(shì)曲線。
5.4.4運(yùn)行報(bào)表
系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)電力參數(shù)和歷史電力參數(shù)的存儲(chǔ)和管理功能,所有實(shí)時(shí)采集的數(shù)據(jù)、順序事件記錄等均可保存到數(shù)據(jù)庫(kù),在查詢界面中能夠自定義需要查詢的參數(shù)、時(shí)間或選擇查詢更新的記錄數(shù)據(jù)等,并通過(guò)報(bào)表方式顯示出來(lái)。用戶可以根據(jù)需要定制運(yùn)行日?qǐng)?bào)、月報(bào),支持導(dǎo)出Excel格式文件,還可以根據(jù)用戶要求導(dǎo)出PDF格式文件。
5.4.5變壓器運(yùn)行監(jiān)視
系統(tǒng)對(duì)配電系統(tǒng)總進(jìn)線、主變壓器、重要負(fù)荷出線的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行在線實(shí)時(shí)監(jiān)視,用曲線顯示電流、變壓器運(yùn)行溫度、有功需量、有功功率、視在功率、變壓器負(fù)荷率等運(yùn)行趨勢(shì),分析變壓器負(fù)荷率及損耗,方便運(yùn)行維護(hù)人員及時(shí)掌握運(yùn)行水平和用電需求,確保供電安全可靠。
5.4.6實(shí)時(shí)報(bào)警
系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)報(bào)警功能,系統(tǒng)能夠?qū)ε潆娀芈窋嗦菲鳌⒏綦x開(kāi)關(guān)、接地刀分、合動(dòng)作等遙信變位,保護(hù)動(dòng)作、事故跳閘,以及電壓、電流、功率、功率因數(shù)越限等事件進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),并根據(jù)事件等級(jí)發(fā)出告警。系統(tǒng)報(bào)警時(shí)自動(dòng)彈出實(shí)時(shí)報(bào)警窗口,并發(fā)出聲音或語(yǔ)音提醒。
5.4.7歷史事件查詢
系統(tǒng)能夠?qū)b信變位,保護(hù)動(dòng)作、事故跳閘,以及電壓、電流、功率、功率因數(shù)越限等事件記錄進(jìn)行存儲(chǔ)和管理,方便用戶對(duì)系統(tǒng)事件和報(bào)警進(jìn)行歷史追溯,查詢統(tǒng)計(jì)、事故分析。
5.4.8電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)
系統(tǒng)可以對(duì)整個(gè)配電系統(tǒng)范圍內(nèi)的電能質(zhì)量進(jìn)行持續(xù)性的監(jiān)測(cè),運(yùn)行維護(hù)人員可以通過(guò)諧波分析棒圖、報(bào)表掌握進(jìn)線、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(yīng)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(jiān)測(cè)功能的電力儀表,不需要可刪除。
5.4.9遙控操作
系統(tǒng)支持對(duì)斷路器、隔離開(kāi)關(guān)、接地刀等進(jìn)行分、合遙控操作。系統(tǒng)具有嚴(yán)格的密碼保護(hù)和操作權(quán)限管理功能,對(duì)于每次遙控操作,系統(tǒng)自動(dòng)生成操作記錄,記錄內(nèi)容包含操作人、操作時(shí)間、操作類型等。實(shí)現(xiàn)該功能需要斷路器本身具有電操機(jī)構(gòu)及保護(hù)保測(cè)控裝置具備遙控功能等硬件設(shè)備的支持。
5.4.10用戶權(quán)限管理
系統(tǒng)為保障系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行,設(shè)置了用戶權(quán)限管理功能。通過(guò)用戶權(quán)限管理能夠防止未經(jīng)授權(quán)的操作(如配電回路名稱修改等)。可以定義不同級(jí)別用戶的登錄名、密碼及操作權(quán)限,為系統(tǒng)運(yùn)行、維護(hù)、管理提供可靠的安全保障。
5.4.11通訊狀態(tài)圖
系統(tǒng)支持實(shí)時(shí)監(jiān)視接入系統(tǒng)的各設(shè)備的通訊狀態(tài),能夠完整的顯示整個(gè)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu);可在線診斷設(shè)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(shè)備或元件及其故障部位。從而方便運(yùn)行維護(hù)人員實(shí)時(shí)掌握現(xiàn)場(chǎng)各設(shè)備的通訊狀態(tài),及時(shí)維護(hù)出現(xiàn)異常的設(shè)備,保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。
5.4.12視頻監(jiān)控
視頻監(jiān)控展示了當(dāng)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(nèi)視頻信息。
5.4.13用戶報(bào)告
用戶報(bào)告頁(yè)面主要用于對(duì)選定的變配電站自動(dòng)匯總一個(gè)月的運(yùn)行數(shù)據(jù),對(duì)變壓器負(fù)荷、配電回路用電量、功率因數(shù)、報(bào)警事件等進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。
5.4.14 APP支持
電力運(yùn)維手機(jī)支持“監(jiān)控系統(tǒng)"、“設(shè)備檔案"、“待辦事項(xiàng)"、“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、溫濕度、同比、環(huán)比、電能質(zhì)量、各種事件報(bào)警查詢,設(shè)備檔案查詢、待辦事件處理、巡檢記錄查詢等。
5.5系統(tǒng)硬件配置清單
6結(jié)語(yǔ)
綜上所述,在我國(guó)地鐵建設(shè)與運(yùn)營(yíng)管理中,節(jié)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(dǎo)致難以正常穩(wěn)定運(yùn)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(wěn)定性具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。而智能化低壓變電配電系統(tǒng)可以為地鐵提供可靠、穩(wěn)定、安全供電,應(yīng)用前景非常廣闊。所以,本文針對(duì)地鐵工程車站進(jìn)行了低壓變電智能化電能管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)。通過(guò)研究表明,此系統(tǒng)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(xiàn)設(shè)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(jié)約車站運(yùn)營(yíng)成本,因此值得大力推廣與應(yīng)用。
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