1、铁路行业能源管理全面解决方案 为铁路行业更安全 节能 增效1 前言铁路行业发展至今，已经成功地由蒸汽机、柴油机车牵引逐渐发展为电气化系统牵引。作为十一五规划的重要行业之一，铁路行业能否更加安全高效发展是国民经济和社会发展的焦点。近几年，我国的铁路交通建设已经进入了“收成”时期，在技术上和服务设施上都有了很大的提升。铁路的能源种类繁多，包括水、电、气、太阳能、柴油发电机应急系统等，而且其大面积、大体量的建筑设计、现代航站级的高标准服务要求决定了其设施耗能相应增加。铁路行业的电、水、气等各个系统重要负荷多，可靠性和连续性要求高，任何一个环节出了问题都可能直接影响铁路运输系统的正常安全运行，还关系到
2、很多铁路职能部门的正常工作。因此对铁路行业进行能源管理是很有必要的。2 公司介绍海亿达是国内基于分散控制的智能配电系统技术先行者，在国内最早进行该技术的规模化应用，是对用户端能耗系统管理智能化提供从底层到顶端全面解决方案的专业公司。同时也是国内最早推广有源滤波技术商用化，提供全面电能质量测试与对策技术工程方案的专业公司。2002 年，海亿达与美国 APS 公司携手将环保配电有源滤波技术引入中国市场，向各行业客户提供有源滤波售前技术支持、电能质量监测分析，电能质量改善方案、有源滤波器安装、调试及培训等技术项目，同时承担着到目前为止中国区已安装的所有有源滤波装置的技术维护和售后服务。海亿达基于深厚
3、的行业技术积累，服务于电力、电信、广播电视、基础设施、政府公共设施、石油天然气开采、交通、机械、化工、矿冶、建材、轻工、电子等行业，已为众多客户提供了有针对性的产品和解决方案，在项目实施中积累了大量宝贵经验，可根据用户用能系统状况及设备管理要求提供多种能源管理解决方案及其优缺点比较。海亿达拥有一支专业从事技术支持、安装调试与运行维护的经验丰富的工程师队伍。在北京、新疆、上海、成都、广州、武汉、天津等地均设有专业的售后服务队伍，方便对当地及周边城市的客户提供及时、良好的服务。在深圳总部我们建立了中国技术支持服务中心。迄今为止，我们已经有广东科学中心、奥林巴斯深圳工厂、上海虹桥站、长沙地铁、杭州广
4、播电视中心等工程项目的实践积累，针对铁路建设总结了较多的应用经验，并着手应用于目前在建的京沪高铁全线 18 个站的能源管理。与时俱进的管理理念，技术精湛的研发队伍，不断创新的专业化产品，辐射广泛的销售服务网络，深厚的客户基础，不断推动着海亿达成长发展，为更多的行业和客户提供完善的能源管理解决方案，保证从技术到商务，从报价初期直至质保期结束。让客户满意，提供满意客户需求的最优方案，是我们长期以来所致力的任务和目标。3 此解决方案适用的范围此解决方案适用于铁路行业的能源管理，可适用于 铁路 轨道交通枢纽同时对于机场、港口也有一定的参考价值。这里的解决方案是为铁路行业提出的，充分考虑到铁路行业的特点
5、和行业特殊要求，综合我司在铁路和轨道交通枢纽的先进应用经验，凭借海亿达专业的技术队伍和完善的售后服务团队，提供最专业、高质量的技术和服务。4 铁路行业介绍2008 年 11 月 27 日，铁道部公布了中长期铁路网调整规划方案 。根据调整后的方案，到 2020 年，全国铁路营业里程由达到 10 万公里以上调整为 12 万公里以上，其中客运专线及城际铁路达到 1.6 万公里以上，复线率和电化率分别达到 50%和 60%以上，主要繁忙干线实现客货分线，基本形成布局合理、结构清晰、功能完善、衔接顺畅的铁路网络，运输能力满足国民经济和社会发展需要，主要技术装备达到或接近国际先进水平。新的调整规划进一步扩
6、大路网规模，完善布局结构，提高运输质量，体现了原规划快速扩充运输能力、迅速提高装备水平的要求。铁路最显著的特点是载运质量大、运行成本低、能源消耗少，既在大宗、大流量的中长以上距离的客货运输方面具有绝对优势，而且在大流量、高密度的城际中短途旅客运输中具有很强的竞争优势，是最适合中国经济地理特征和人们收入水平的区域骨干运输方式。4.1 铁路供配电系统的特点铁路的电力系统包括电力机车、机务设施、牵引供电系统、各种电力装置以及相应的铁路通信、信号等设备。 4.1.1 负荷分类电气化铁路主要由牵引变压器、电力机车、输电线路和其他相关设备组成。电铁牵引负荷是移动、幅值变化大而又烦琐的特殊负荷，其负荷日波动
7、的特征非常明显，引起这种日波动的原因与线路条件、机车类型与操纵、机车速度、牵引重量等因素有关，而这些因素又具有随机性，因此，电铁牵引负荷是一个典型的日波动负荷。车辆段内的具体负荷如下：a. 一级负荷：通信、信号、防灾报警、电力监控、消防等设备用电及牵引降压混合变电所跟随变电所用电、应急照明等；b. 二级负荷：工作照明、给排水、通风及检修、试验设备等；c. 三级负荷：空调、电热及广告照明等。4.1.2 供电系统特点铁路供电系统分为两部分：为提供铁路行车，提供电源的牵引供电系统；承担牵引供电以外所有铁路负荷的供电任务（这里简称铁路供电系统），包括信号系统、生产、车站、供水系统以及生活等铁路用电负荷
8、。铁路供电系统由于应用的特殊性，在系统构成和功能上都有一些有别于电力系统的特点，主要体现在3个方面：（1） 电压等级低，变（配）电所结构单一。从电力系统的角度看，铁路负荷属于终端负荷，直接面对最终用户，所以铁路供电系统中绝大多数为10kV配电所35kV变电所。10 kV系统为铁路的通信、信号以及日常工作和生活供电；35kV系统则为电力机车供电，为其系统供电的变电所称为牵引变电所（图1）。这取决于地方供电系统电源的情况和铁路就地负荷的要求，只有在极个别的地方，存在有110kV的变电所，但数量很少。由于功能要求、应用范围基本相同，所以铁路供电系统中的变（配）电所构成基本相同，功配置也变化不大。图1
9、 牵引变电所（2） 系统接线形式简单。铁路供电系统的接线就像铁路一样，是一个沿铁路敷设的单一辐射网，各变（配）电所沿线基本均匀分布，并且互相连接，构成手拉手供电方式。连接线有两种：一种是自闭线，还有一种是贯通线。实际系统中，可能二种连接线都有，也可能只有二者之一。连接线除了实现相邻所之间的电气连接外，还为铁路供电最重要的负荷（自动闭塞信号）提供电源，其接线形式如图 2 所示。图 2 铁路供电系统图（3）供电可靠性要求高。铁路供电系统虽然电压等级低，接线方式简单，但对供电可靠性的要求却很高，从理论而言，其负荷（自动闭塞信号）的供电中断时间不能超过150ms，否则，将会导致所有供电区间的自动闭塞信
10、号灯变为红灯，影响铁路的正常运输。4.2 能源管理需求分析随着社会能源的日趋紧张和环境的日益恶化，各行各业都开始响应“节能减排”的号召。铁路用能包括电、水、气等能源类别，作为大型的综合用能行业，更是迫切需要先进合理的能源管理解决方案。铁路电力用户具有负荷接入点分散和供电可靠性要求高等特点。尽管重要用户已经采用双回线供电以及对信号电源采用了监控系统，在一定程度上提高了供电可靠性，但总体来讲，其它类配电力负荷还处在“盲管”状态。而且，电气化铁路作为电力系统的一个特殊用户，其负荷具有非线性、不对称和波动性的特点，而且其一般是远离城市，人工发现故障和检修费时费力，若没有实时有效的监控管理手段，出现故障
11、隐患很难及时发现。同时，作为用能大户，铁路的电力消耗也是行业运营成本的重要组成部分，如没有及时细致的管理分析系统，很难做到有针对性地节能降耗。铁路客运人流量大且集中，对于用水、电力和集中供暖供冷系统的持续稳定运行要求极高，消耗量大，需要分区域、分时段、分种类的能耗实时数据和报表，才能采取有效措施降低能耗和运营成本。4.3 行业整体解决方案4.3.1 方案概述网路时代的能源管理专家EMS，架构于国际开放软硬件控制平台，以高开放性、兼容性和可靠性为基础，全面支持国内外主流高低压配电设备硬件、软件与通信标准，实现同国际主流工业控制与智能化厂商的无缝融合，为全国各个区域的大型公共建筑、工业企业和公共基
12、础设施等变配电系统设施、空调设施、集中供热供冷设施、给排水设系统等的耗能情况进行全面监测管理控制，提供全面专业的用户端能源管控解决方案。海亿达专著于电气系统和设置管理智能化与安全管理，针对铁路行业能源管理提出EMS 全时动态能源管理系统解决方案。EMS 全时动态能源管理系统具有远程测量监视控制、故障报警、故障录波和成因分析、用能统计分析、历史报表、能耗成本结构优化等功能，提高供电系统的可靠性和安全性，使变电所实现无人值守，能源资源和业务模式更优化，提高铁路行业的管理水平和服务水平。4.3.2 适用标准EMSTM 全时动态能源管理系统有关产品电气安全和抗干扰性能均通过严格测试，全面遵循有关国家标
13、准和国际电气标准，包括: 符合国际IEC 255 IEC 687 IEC 1000-4 IEC 60255 IEEE519相关标准规定； 所有硬件通过欧盟LVD和 EMC电气安全认证，产品附 CE认证标志； 系统平台软件符合国际软件标准，支持ODBC、OPC 等标准应用； 符合国家机关办公建筑及大型公共建筑能耗监测系统技术导则。4.3.3 EMSTM全时动态能源管理系统组成 EMSTM系统应用软件平台 P系列智能配电测控仪表 IM系列数字电气仪表 SM系列智能电气传感变送仪表 MR系列智能马达管理单元 系统网络设备4.3.4 EMSTM全时动态能源管理系统功能 监测和控制操作功能 数据采集 状
14、态监测与报警 参数报表 历史记录和趋势分析 分区域、分类能耗分析 电能质量分析 故障分析与设备维护管理 能耗成本机构优化4.3.5 EMSTM全时动态能源管理系统目标 建筑整体能耗准概况的实时监测和细致化管理； 电力、燃气、水等分类能耗数据和电量各分项能耗数据的透明化； 为其他高级应用系统提供电气系统全方位数据； 为用户节能管理和节能改造提供依据； 能耗总量统计和趋势分析； 能耗成本结构优化； 电力、燃气、水等能源供应中断、停电、事故跳闸、故障原因分析； 趋势记录帮助优化资源和业务模式规划。4.3.6 EMSTM全时动态能源管理系统架构本系统采用分层分布式结构，配电室内配置监控分中心。通过采用
15、双电源供电和安装备用电源自动投入装置来保证电源的供电可靠性。主进和馈出根据负荷的性质采用信号电源监测单元或网络电力仪表，所测电力数据采集均传至监控中心，所有数据经过处理后存入数据服务器，并可通过以太网络共享。采用此种配置，简化了配电室结构，减少软件维护工作量，也降低了系统整体造价。监控中心主要完成各配电室和用能系统中心的运行状况的测量、监视、分析和控制器件远动操作等工作。通讯处理器主要对信号电源监控装置和网络电力仪表的数据进行转换和传送，同时可以下传各项命令。硬件选配监控中心的硬件基本配置如下：服务器、工业控制机、激光打印机、液晶显示器、UPS、通讯转换器和数据通讯网络硬件。针对铁路供电可靠性
16、要求高、用能复杂等方面的问题，选用高性能的数字电气仪表对铁路供配电系统的高低压进线实现各电力参数、水流量、耗气量等全面监视。电能质量情况详细记录，各类数据记录和事件记录，波形变化监视，趋势预测，断路器状态通信和遥控。通过系统终端和现场的智能仪表，可以达到以下功能：上传各测量点的实时能耗量和开关状态，进行各能耗数据的分类分析；向车站配电室中的断路器下发遥控、召唤等命令，在通讯协议开放的情况下向其它网络系统转发信息；实时检测各用电设备的电气参数，实时检测报警信号，采用图形及声音报警并行的方式，监视各个环节的通信情况和实时通讯中断报警。平台应用软件EMS 全时动态能源管理系统的操作系统平台采用简体中
17、文 WindowsXP (服务器）操作系统软件。本系统监控管理自动化系统核心采用基于国际开放软件平台的全中文 EMS 系统 K1000 智能配电管理控制软件。支持国际标准OPC 和 COM/DCOM、ActiveX 等应用工具和ACCESS、SQL Server、Oracle、Sybase、Informix、DB2 等国际标准数据库连接。EMS系统采用了真正的分布式结构数据库，还支持从硬件、测控总线网、监控站到以太网甚至客户浏览站的多重冗余。同时它能提供对国际主流厂商硬件和系统的强大兼容性。5 客户收益 全面监测系统运行，及时发现隐患故障，保证铁路工作的安全运行； 高级能耗分析，为铁路各项用电提供统计数据和成本分析报告，为优化供配电系统提供依据；结合系统的数据和分析报表，可以为用户控制无效能耗，节能 10%30%是有可能的！
