地铁变电所电能质量管理系统应用

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【摘要】随着轨道交通在城市中的快速发展，轨道交通的供电系统也逐渐增多，并且种类不同的设备层出不穷。论文详细分析了在地铁的变电所中对电能质量系统管理的必要性，讨论了标准的组成方案，以及所有系统的设施配置和功能，给实际工程提供相关参考。

【关键词】电能质量；管理系统；地铁变电所

1引言

地铁的供电系统伴随轨道交通的快速发展变得日趋复杂，虽然引进了先进的技术，但同时也导致大量问题的出现。电能质量引发的问题会对供电系统产生程度不一的危害，甚至导致火灾，致使经济损失严重。地铁变电所采用的电能质量系统，经过对电能质量问题的预测、判定与核验，有助于及时地规避风险，促进地铁变电所的运行更加安全。

2电能质量管理系统概述

以往地铁变电所对电力的监控范围是：有功及其功率、无功及其功率、进线及出线电流、母联电流、零序电流、母线电压；配电变压器一次电流、整流机组一次电流、有功及电能表、有功功率；回流电流、馈线电流；负极回流电流；整流器温度值、变电所交直流电、侧母线电压、进线电流、变压器温度；钢轨对地点位等数据进行测量【1】。传统观点认同电力监控系统已符合电能质量的需求。近年来，人们逐渐认识到电能质量异常对供电系统产生的负面影响。为对电能质量数据准确、高效、实时地获取，进而通过分析数据提出优化电能质量的举措，目前国内新修建的地铁大部分均采用单独电能质量管理系统，对故障录波、低压网络、地铁电流系统、网络等电能质量信息进行收集与分析。统一管理车站内非电量设施，如电量消耗较大的冷水机、空调等，发挥管理系统优势，提高电能的使用效率。电能质量管理系统是基于易升级、开放、先进为一体的系统平台，有着能够支持多种通信方式、性价比高、灵活等优势。其以开放的计算机网络为主，并将即插即用技术有效地应用于集控站系统之中。该系统可以实现对电能质量实时监测，同时，还能让地铁运营部门准确、及时地掌握变电所内各个大型负荷设备运行过程中的电能质量信息，并对地铁用电系统输变电运行中存在的薄弱环节进行有效的纠正及处理，更好地实现自动化电能质量监测分析管理。

3地铁变电所独立系统分析

电能质量管理系统组成有2种计划。计划一：电能质量的管理系统测量到的数据与电力监控系统存在重合部分，因此集成统一的人电监控系统，是电力监控的次级系统；计划二：独立的监控系统【2】。2个方案的异同如表1所示。依照表1内容的对比，在数据的实时性和安全信2个方面，调度系统的标准非常严格，因此要求该系统结构紧凑、简约，然而功能的繁多必将使得系统较为复杂，故功能庞大且内容全面的设计不适用电力监控系统，所以，电能质量的管理系统采用独立系统，此方案也经历了实际的考验。同时，不排除电力监控系统在采用协议通信后，可提升整个网络的实时性和安全性，从而有望将电力监管系统融入到电能质量管理系统中。

4地铁变电所中电能质量管理系统的组成

4.1电能质量管理系统的线路和系统

此系统往往设置在大楼内，采用以太网络，采用的通信是TCP/IP，其采用物理星型的网络类型，并且其具备双网切换使用形式，可实现网络的自由更换。经过冗余服务器完成全线信息处理。重要的设备包含网络设施、UPS、工程师站、打印机、计量机和数据库的服务器进行检测。

4.2电能质量管理系统车站

无论是车站、车场的变电所还是主变电所均使用1套管理系统，实现对监控范围内数据信息的检测。其采用集中、分层分布式和分散结合的形式，内部通信采用以太网或者工业总线。变电所综合系统及系统物理网络相互隔离，分别配置。间隔层内的智能电能表使用总线方式连接，同时单独连接到间隔层的服务器，以太网是实现服务器连接电能量采集器的桥梁，并且电能量采集器通常的配置都是单机类型【3】。在采集器出现问题时，发出异常信号，控制中心电能质量系统接收到信号后，及时派专人进行维修。

4.3网络通信层

网络通信层是实现线路系统和车站相连的桥梁，考虑线路系统和车站组网方式，优选通信系统，采用100M的以太网实现通信的共享，同时可作为车站与控制中心的信息渠道。有效提高网络通道的传输效率，不仅可以传输电能数据，同时还可以实现其他维护数据的传输，其中包含：UPS监控数据、所有变电所的故障数据、所有变电所的电流数据等。

5地铁变电所电能质量管理系统的应用

5.1能源消耗管理

地铁的能源消耗管理包含对能源的控制、分析和监视，进而有效减少线路与车站的能源消耗，同时将能源数据变成有价值的数据信息，从而有利于分析能源的利用率。

5.2主要能耗分布及负荷特性

电能监控仪表用于对电力能源消耗状况进行测定和记录，将收集到的信息汇总并存储于数据库内。用户可确定负载的系数及设备的能耗，包括照明、线路、电梯、扶梯、空调组、通风机、冷水机、变压器、弱电系统等设备。

5.3成本分配

将能源成本合理地分配到所有的设备、线路和车站，同时还可以形成资费的报表。

5.4电能质量控制和报警

经过对系统及站点中的电能质量进行测定，发掘存在的电能质量问题，如电压偏移和谐波等。同时，其还可以对异常能源消耗和系统越线情况发出警报，采用手机信息、工作站、Email、PDA等形式告知工作人员，有利于降低能源成本、提升生产效率、减少设备错误动作、合理规划配电系统，同时还可提供系统的能源视图。

5.5节能举措与优化设施

经过对能源数据收集及分析设备的状态，得出节能空间较大的部分和设备实际效果并评估所有节能举措，如空调与制冷、照明控制、再生能源利用、通风、谐波治理等。经过管理系统的实时数据显示，可完成远程监控电气的运行情况，同时形成基础的电气数据、THD总谐波变化率、电能消耗等分析表。通过管理系统软件获取的信息对电能消耗状况、负荷曲线走势及系统裕量等进行分析，从而提升设备的使用效率。分部门、季节和时段统计全年的电能消耗情况，形成报表，采用Excel形式进行存储并生成相应的柱状图或者曲线图，以便分析数据。

5.6相关数据分析

考虑地铁状况及其他情况信息，如天气变化、客运量、车站占地面积等数据，分别采用纵向和横向的方式进行能耗数据对比，深度处理能源数据信息，将能源数据作为运营公司的经济与财务指标。实现地铁能耗数据的实时显示，并将其进行保存，经过长时间的数据统计比对，可将各个线路的能耗做月比对或者季度比对，便于进一步的分析。

5.7效益分析

电能质量管理系统应用在地铁变电所可获得的效益具体如下：1）经济效益方面。一条地铁的线路电能质量管理系统的成本大概是500万～700万元，结合过往的运营经验，去除电能质量因素对设施损耗不计，因功率因数不合格而需缴纳的罚款达到几十万元甚至是上百万元不等。然而，电能质量管理系统的使用期限通常是20a以上。因此，从技术和经济方面出发，电能质量管理系统是必须设置的。2）社会效益方面。电能质量管理系统能根据计量架构中的分类，实现对地铁能耗的定量分析，并通过系统中能耗报表统计、电能能耗及质量数据分析、历史电能趋势查询、实时电能趋势分析、设备状态报警、实时监管展示界面等功能，实现对地铁变电所电能质量的有效管理，为地铁节能工作打下良好的基础。

6结语

地铁变电所使用电能质量管理系统，并将其大量应用于新建线路的设计中，不仅可符合自身供电系统的质量要求，同时也符合电力部门的严格标准。进一步完善电能质量的管理系统，有利于更好地管理地铁变电所系统中的电能。就目前轨道交通行业的发展情况来看，要不断提高对其供电系统管理力度，并加大用电监察及供电质量重视程度，利用电能质量管理系统，及时发现并解决地铁内部用电设备所存在的质量问题，让用户用电需求得到更好的满足。

【参考文献】

【1】张振华.城市轨道交通电能质量管理系统的设计和实现[J].电子技术与软件工程，2018(2):193-195.

【2】朱莉莉.电能质量管理系统及其在城市轨道交通的应用[J].铁路计算机应用,2017(5):69-72.

【3】施庆.轨道交通电能质量管理系统的设计与应用[J].供用电,2011(4):76-77.

作者：沈大伟 单位：中铁二院华东勘察设计有限责任公司