高速公路改擴建工程 建設(shè)綠色低碳公路主題性項目實施方案

1、京港澳高速公路（河北石安段）改擴建工程建設(shè)綠色低碳公路主題性項目實施方案公路用戶低碳運行指示系統(tǒng)建立高速公路用戶低碳運行指示系統(tǒng)可以實現(xiàn)遠程在線統(tǒng)計各種能源消耗數(shù)據(jù)，將能源消耗直接核算成為標準煤，用真實、有效的數(shù)據(jù)反映綠色低碳路的成果。公路用戶低碳運行指示系統(tǒng)對運營管理中心、監(jiān)控中心、收費站、服務(wù)區(qū)、養(yǎng)護工區(qū)等部門以及行駛車輛的能源消耗進行在線監(jiān)測和統(tǒng)計，參考交通特點、自然條件等因素制定合理的能源控制策略。運營管理單位可以實時掌握能源消耗的具體情況，統(tǒng)計企業(yè)能源消費總量、結(jié)構(gòu)與變動趨勢，分析能源成本與總成本的比例關(guān)系。公路用戶低碳運行指示系統(tǒng)的建設(shè)可以幫助企業(yè)內(nèi)部建立節(jié)能減排的相關(guān)標準、制度，

2、為節(jié)能減排績效考核與獎懲機制提供可靠地依據(jù)。本項目的公路用戶低碳運行指示系統(tǒng)主要包括公路行駛車輛油耗綜合監(jiān)測模塊和電力能耗監(jiān)測模塊，總投資初步概算為2539.2萬元。具體概算如下表示：表3.4公路用戶低碳運行指示系統(tǒng)概預(yù)算序號外場設(shè)備名稱數(shù)量單設(shè)備價格（萬元）總價（萬元）1遙控攝像機240512002微波車檢器14045603氣象站6301804電力能耗采集設(shè)備1890.8151.25車輛荷載信息動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)4973886電力能耗監(jiān)控系統(tǒng)軟件130307公路行駛車輛油耗綜合監(jiān)測軟件13030外場設(shè)備總價5812539.2一、電力能耗監(jiān)測技術(shù)（1）系統(tǒng)簡介電力能耗監(jiān)測系統(tǒng)主要是對高速公路全線各類

3、電力設(shè)備的運行情況進行分層分布遠程實時監(jiān)視和控制，處理供配電系統(tǒng)的各種異常事故及報警事件，保障系統(tǒng)的正常運行，同時提升供配電系統(tǒng)調(diào)度管理及維修的自動化程度，提高供電質(zhì)量，保證系統(tǒng)安全可靠地運行。電力能耗監(jiān)控是所有電源和電氣設(shè)備統(tǒng)一管理監(jiān)控的重要核心部分。系統(tǒng)借助現(xiàn)代化的計算機和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實現(xiàn)電力系統(tǒng)運行參數(shù)的實時監(jiān)控管理，具有強大的數(shù)據(jù)顯示、存儲、統(tǒng)計和查詢功能，能夠?qū)崿F(xiàn)遙控（遠程控制）、遙測（遠程測量）、遙調(diào)（遠程調(diào)節(jié)輸出電壓）、遙信（遠程自動告警）等工業(yè)控制自動化功能，使管理人員不用到現(xiàn)場即可全面了解整個供配電系統(tǒng)的運行狀況。電力能耗監(jiān)測系統(tǒng)在機電工程中是十分重要的一部分，對于大型負載要在設(shè)

4、備端進行監(jiān)控，對于小型負載則要在回路端進行監(jiān)控，檢測設(shè)備的電流、電壓、功率因數(shù)、諧波等信息，并將信息實時反饋給監(jiān)控中心，監(jiān)控中心可以及時全面地了解和掌握各個負載的運行情況，及時排除故障隱患，并且可以對反饋上來的數(shù)據(jù)進行處理，尤其要針對重點負載進行計算分析，得出負載的用電情況和負載特性，從而提高設(shè)備運行可靠性，減少不必要的損失。電力能耗監(jiān)測系統(tǒng)能夠為能耗評估系統(tǒng)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，是評估體系的基石，除了可以確保供配電系統(tǒng)正常運行外，還可以大大提高工作效率，節(jié)省能源消耗。（2）系統(tǒng)構(gòu)成電力能耗監(jiān)測系統(tǒng)依賴分布式智慧節(jié)能供電系統(tǒng)進行相關(guān)用電數(shù)據(jù)的采集，沒有分布式智慧節(jié)能供電系統(tǒng)或需要單獨監(jiān)控（大型負載設(shè)備

5、等）的回路，則通過加裝獨立的監(jiān)測設(shè)備進行數(shù)據(jù)采集，按照統(tǒng)一的數(shù)據(jù)接口接入系統(tǒng)。圖3.12 電力能耗監(jiān)測系統(tǒng)電能能耗監(jiān)測系統(tǒng)采用分層分布式結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)包括：數(shù)據(jù)采集層、數(shù)據(jù)通訊層、數(shù)據(jù)展示層三部分。數(shù)據(jù)采集層智慧節(jié)能供電系統(tǒng)的上位機和下位機均具有實時顯示工作狀態(tài)、運行參數(shù)、故障信息等功能，可分別通過以太網(wǎng)、uart、can或無線網(wǎng)絡(luò)與電能能耗監(jiān)測系統(tǒng)進行通訊，同時可完全不依賴于電能能耗監(jiān)測系統(tǒng)而獨立完成對供配電系統(tǒng)的保護與監(jiān)控。數(shù)據(jù)通訊層數(shù)據(jù)通訊層完成數(shù)據(jù)采集層和數(shù)據(jù)展示層之間的網(wǎng)絡(luò)連接，具有協(xié)議轉(zhuǎn)換、總線轉(zhuǎn)換等數(shù)據(jù)交換功能，實現(xiàn)采集層和展示層之間通訊數(shù)據(jù)的上行和下達。數(shù)據(jù)展示層數(shù)據(jù)展示層對所有電

6、氣設(shè)備的電能能耗數(shù)據(jù)進行顯示、統(tǒng)計、分析，可實現(xiàn)運行狀態(tài)實時監(jiān)測、電氣參數(shù)實時測量、事故異常報警、事件記錄和打印、電能管理和負荷控制、電力品質(zhì)分析、統(tǒng)計報表生成和打印、各種圖表的匯總和分類，并具有打印、存盤和光盤刻錄等存儲功能。（3）系統(tǒng)功能電能能耗監(jiān)控是要將一個被動的供配電網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€主動的供配電網(wǎng)絡(luò)，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)采集、報警、數(shù)據(jù)顯示和數(shù)據(jù)處理、系統(tǒng)設(shè)備的監(jiān)控等。通過電能能耗監(jiān)測系統(tǒng)合理地進行電力負荷分配，使整體網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)節(jié)能和高效并存，使供配電網(wǎng)絡(luò)擁有“自診斷”能力，第一時間反饋故障所在，才能更好的保障設(shè)備和供配電網(wǎng)絡(luò)的安全。系統(tǒng)的主要功能有：數(shù)據(jù)采集與處理數(shù)據(jù)采集與處理是供配電系統(tǒng)安全監(jiān)

7、視和控制的基礎(chǔ)，監(jiān)控系統(tǒng)可實時和定時采集電氣設(shè)備的模擬量(電流、電壓、功率、電度、頻率、溫度等)和開關(guān)量(斷路器及隔離開關(guān)位置信號、自動裝置信號、設(shè)備運行狀態(tài)信號等)。監(jiān)控系統(tǒng)將采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)過實時處理后送往監(jiān)控主機，對模擬量進行合理性校驗、上下限比較，并為其他自動化系統(tǒng)的相應(yīng)管理功能提供必要的信息。操作控制監(jiān)控系統(tǒng)將操作控制分為二層：第一層為遠方集中控制方式，設(shè)置在總控制室，操作人員可通過總站監(jiān)控主機對受控對象進行控制操作，該控制方式為主選控制方式(具有防誤閉鎖功能)；第二層控制為就地控制方式，由設(shè)置在各開關(guān)柜上的遠方/就地控制選擇開關(guān)進行控制方式切換，通過開關(guān)就地控制按鈕進行操作控制，該控

8、制方式主要作為開關(guān)修檢、現(xiàn)場調(diào)試時用，也是控制操作的后備方式；二層操作之間相互閉鎖，即對受控對象而言，二種控制方式在同一時刻只有一種有效。界面展示采用全中文界面，根據(jù)iec相應(yīng)條例用規(guī)范的線路圖形符號顯示供配電系統(tǒng)電氣主接線圖和各配電站的接線圖，主接線圖和分支接線圖之間的切換可方便地通過快捷鍵或地理位置圖切換，具有畫面漫游及大畫面快速操作導(dǎo)航圖功能。a）動態(tài)刷新顯示：電氣測量參數(shù)運行參數(shù)和狀態(tài)量參數(shù)，各線路按電壓等級不同以不同顏色區(qū)分(原電力部的部頒規(guī)定)，具有帶電自動變色功能；b）模擬量顯示：包括各模擬量的意義對應(yīng)的開關(guān)號及實時測量數(shù)據(jù)、電流、電壓、功率(有功、無功)、電度(有功、無功)頻率

9、、功率因數(shù)、電壓不平衡度等；c）開關(guān)量顯示：包括供配電線路的各種開關(guān)量的含義對應(yīng)開關(guān)號及開關(guān)量的當前運行狀態(tài)；如斷路器位置信號繼電保護各種動作信號裝置故障信號等；d）連續(xù)記錄顯示：電流、電壓、功率及功率因數(shù)實時曲線、負荷曲線電壓棒圖等。區(qū)域能源統(tǒng)計系統(tǒng)可按管理區(qū)域、樓層、科室等考核對象，對各管理域用電情況進行統(tǒng)計比較，可形成考核指標，并在系統(tǒng)界面顯示。用電類型統(tǒng)計列表系統(tǒng)可根據(jù)工程實際用電類型不同，按類型統(tǒng)計并顯示各種用電類型用電量功能。按小時、日、月、年統(tǒng)計，峰谷平統(tǒng)計自動進行小時、日、月、年的電能統(tǒng)計，可進行峰、谷、平時段設(shè)定，實現(xiàn)具有電能分時計費功能的小時、日、月、年報表；同時完成：a）

10、識別主要耗能源；b）內(nèi)部成本考核；c）查看消耗模式；d）控制用電高峰。故障追憶及分析功能在供配電系統(tǒng)發(fā)生故障后，系統(tǒng)自動記錄故障發(fā)生前/后的電壓、電流數(shù)據(jù)，同時自動彈出故障智能分析報告(包括故障跳閘的原因、性質(zhì)、地點及發(fā)生時間)，事故后可從管理主機中調(diào)用事故追憶報告數(shù)據(jù)，以便分析事故原因。報警處理和歷史事件查詢報警的內(nèi)容包括模擬量越限報警和開關(guān)量狀態(tài)變位報警，報警分為一般報警和事故報警。一般報警包括模擬量越限報警、開關(guān)量預(yù)告信號報警及電源保護本身的故障報警。事故報警指由事故引起的保護動作及斷路器跳閘信號，此時，監(jiān)控系統(tǒng)自動推出相關(guān)畫面顯示，畫面中的跳閘斷路器應(yīng)變色、閃爍，并發(fā)出特殊的報警音響，

11、報警音響經(jīng)操作員確認后能手動復(fù)位，報警音響能根據(jù)不同類型的報警信號發(fā)出不同的聲音a）開關(guān)變位：自動推出事件報警窗和故障相關(guān)畫面，畫面中變位開關(guān)閃爍、變色提示，并在報警框內(nèi)有漢字提示的告警語句及當前變位狀態(tài)，并指明變位開關(guān)名稱、運行編號和性質(zhì)(正常操作或事故跳閘)；b）電流、電壓越限：畫面閃爍提示，并在報警提示窗里顯示當前越限值；c）對于開關(guān)變位、保護動作、保護告警等事件在報警提示框顯示相應(yīng)的內(nèi)容；d）所有告警事件可打印記錄和寫盤保存。歷史事件查詢包括越限報警事件(由定值越限報警觸發(fā)的事件，包括越限值)、遙控操作事件(監(jiān)控主機對保護測控裝置進行的定值整定、參數(shù)修改、開關(guān)遙控操作等)、一般事件(通

12、信故障等)，歷史事件查詢可按日期、時間、類別進行查詢、顯示。運行報表、負荷曲線自動生成系統(tǒng)能夠自動生成各類運行報表，按用戶的要求和方式編制值班記錄、交接班記錄、設(shè)備臺帳、繼電保護定值表、設(shè)備檢修記錄表、運行人員值班表等。a）負荷日、月和年報表的自動生成、顯示、查詢、打印(可選擇時間段)；b）電能日、月和年報表的自動生成、顯示、查詢、打印(可選擇日、月、年)；c）日負荷曲線的查詢、顯示、打印(可選擇不同時間段)；d）歷史負荷曲線查詢、顯示、打印(可選擇不同時間段)。數(shù)據(jù)庫的建立與查詢監(jiān)控系統(tǒng)實時采集來自各采集點的各種信息，經(jīng)過處理后形成標準的數(shù)據(jù)庫，并實時更新數(shù)據(jù)庫；數(shù)據(jù)庫容量可保證系統(tǒng)三年免維

13、護。a）可查詢?nèi)我浑娏康娜?、月、年統(tǒng)計數(shù)據(jù)及該數(shù)據(jù)的最大值、最小值及平均值；b）可對歷史數(shù)據(jù)進行日、月、年檢索，能夠?qū)v史數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)進行操作，并按用戶的要求定期將歷史數(shù)據(jù)存盤；c）可顯示、打印歷史數(shù)據(jù)庫中任一電量的記錄數(shù)據(jù)，包括日、月、年報表。以上的數(shù)據(jù)查詢結(jié)果均能夠打印，打印時不影響程序的執(zhí)行及系統(tǒng)響應(yīng)能力。系統(tǒng)自診斷和自恢復(fù)監(jiān)控系統(tǒng)具有良好的自診斷與自恢復(fù)功能，能在線診斷系統(tǒng)軟件和硬件，發(fā)生故障時，能自動在屏幕上顯示故障單元、故障部位及故障性質(zhì)，單個組件的故障，不會引起整套裝置的誤動，也不影響其他裝置和監(jiān)控系統(tǒng)的運行，當發(fā)現(xiàn)異常及故障時能及時根據(jù)故障性質(zhì)自動判別是否需要閉鎖有關(guān)功能或設(shè)備

14、，并顯示和打印報警信息。（4）實施內(nèi)容石安改擴建段設(shè)置一套電能能耗監(jiān)測系統(tǒng)，來監(jiān)測該路段的服務(wù)區(qū)（服務(wù)管理中心）、收費站（管理處、公司）、外場設(shè)備的電能能耗情況，能夠直接反映節(jié)能情況。以便實時反饋電網(wǎng)運行狀態(tài)，挖掘節(jié)能潛力，并保障設(shè)備和供配電網(wǎng)絡(luò)的安全。（建成后服務(wù)區(qū)與收費站不屬于同一個部門管理，不宜同網(wǎng)管理，建議取消服務(wù)區(qū)部分）明確采集設(shè)備的布局，且需從整體集合（大局）考慮。實施內(nèi)容分為3部分：能耗計量劃定計量的計量范圍、分類，采集各種電力設(shè)備的電能能耗數(shù)據(jù)，并實現(xiàn)參數(shù)設(shè)置、狀態(tài)監(jiān)測、遠程遙控電源開關(guān)及輸出電壓等功能。由于電力負荷管理系統(tǒng)是集現(xiàn)代化管理、計算機應(yīng)用和自動控制等多種功能于一體的

15、綜合系統(tǒng)，所以可以除此之外，還能夠?qū)⒈O(jiān)控的計量數(shù)據(jù)生成數(shù)據(jù)庫，進而編制配電調(diào)度的管理方案。分析檢查對所測數(shù)據(jù)進行分析，以分析結(jié)果為依據(jù)，重點檢查出現(xiàn)異常的地區(qū)和客戶端，以判斷是否有異常用電行為的發(fā)生，實現(xiàn)異常用電區(qū)的重點篩選和實時監(jiān)控、現(xiàn)場檢查。節(jié)能服務(wù)利用電能能耗監(jiān)測系統(tǒng)，可以進行完整準確的用電分析、預(yù)測和管理。對整條高速公路的用電特點進行準確判斷，從而做出合理的分析和評價，為能源評估系統(tǒng)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。此外，節(jié)約用電、科學(xué)用電是建設(shè)綠色低碳公路的需要，電能能耗監(jiān)測系統(tǒng)可以指導(dǎo)高速公路管理單位科學(xué)用電，從而提高自身的用電管理水平、用電效能，實現(xiàn)節(jié)能減排事業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展。（5）監(jiān)控內(nèi)容電能能耗監(jiān)控

16、的內(nèi)容，主要包括以下系列指標：表3.5 能耗監(jiān)測指標序號指標項指標1重要遙測更新周期2s2一般遙測更新周期3s3事故時遙信變位傳送時間1s4事故推畫面時間2s5遙信變位1s6遙控過程完成3s7模擬量測量綜合誤差0.5%8電網(wǎng)頻率測量誤差0.01hz9調(diào)用畫面響應(yīng)時間1s3s10單元控制裝置接受命令到開始執(zhí)行時間1s11網(wǎng)絡(luò)速率100兆或1000兆12事件記錄正確率99.9%13遙信正確率100%14遙控正確率100%15遙調(diào)正確率100%16遙測正確率99.9%17海拔高度4000m18工作環(huán)境溫度范圍-20+6519存儲環(huán)境溫度范圍-40+8520相對濕度95%（25）在實時數(shù)據(jù)庫容量支持到

17、10000點基本保持以下系統(tǒng)指標21系統(tǒng)使用壽命10年22系統(tǒng)平均無故障時間系統(tǒng)mtbf30000小時23cpu負載正常情況下負荷率15%（任意5分鐘內(nèi)平均）24事故情況下負荷率35%（任意1分鐘內(nèi)平均）（6）計量方法計量裝置a）智慧節(jié)能供電系統(tǒng)的上位機和下位機；b）工業(yè)用電度計量表，可測量電流、電壓、功率(有功、無功)、電度(有功、無功)頻率、功率因數(shù)、電壓不平衡度，精度要求0.5級以上。計量單元劃分原則a）按功能回路劃分；b）按用電區(qū)域劃分；c）大功率設(shè)備單獨計量；d）位置單獨計量。核定方法需要核定的量值有：分類能耗量、分項用電量、總用電量、單位建筑面積用電量、單位空調(diào)面積用電量，按照以下

18、方法核定：分類能耗量各分類能耗計量表的直接計量值；分項用電量各分項用電計量表的直接計量值；總用電量各分類能耗量各分項用電量；單位建筑面積用電量總用電量/總建筑面積；單位空調(diào)面積用電量總用電量/總空調(diào)面積。（7）效益分析為了有效控制電能能耗的浪費，首先應(yīng)該對其進行監(jiān)測，這就是電能能耗監(jiān)測系統(tǒng)的主要功能之一。它可以提高管理效率和系統(tǒng)供電的可靠性，提供減少電能花費、降低成本設(shè)備投資和設(shè)備運行潛在消耗所需的信息。電能能耗監(jiān)測系統(tǒng)對于節(jié)能的貢獻體現(xiàn)在：通過對電力參數(shù)歷史數(shù)據(jù)的分析，建立系統(tǒng)和設(shè)備的電能消耗模式，在實時監(jiān)視過程中及時發(fā)現(xiàn)電能消耗異常現(xiàn)象，采取有效措施進行設(shè)備改造或功率補償，以避免電能損耗，

19、如設(shè)備和諧波引起的電能消耗；優(yōu)化供配電系統(tǒng)運行模式，減少不必要的電能花費，如對定時用電設(shè)備（公共照明）進行集中控制；對供配電系統(tǒng)內(nèi)部的各用電單位進行電能分配計量和監(jiān)控，以避免電能浪費現(xiàn)象，提高管理效率、降低運營成本。二、分布式智慧節(jié)能供電系統(tǒng)（1）技術(shù)簡介（結(jié)合具體外場設(shè)備供電格局、距離與設(shè)計單位溝通優(yōu)化）高速公路外場監(jiān)控設(shè)備負荷小而分散，供電方式呈帶狀式分布，供電距離長。其變電站一般設(shè)置在管理中心、收費站、服務(wù)區(qū)、養(yǎng)護工區(qū)等場區(qū)內(nèi)，供電間隔一般為1030km。目前傳統(tǒng)供電方案可大致分為三種。其一，當用電設(shè)備距變電所4km以內(nèi)時，通常采用低壓380v/220v直接供電。此種方案的優(yōu)點在于對供電

20、設(shè)施耐壓等級要求低，施工難度較適中，但其缺點也比較明顯，當用電設(shè)備距變電站較遠或負荷較大時，供電電纜的線徑就會大幅增加，其成本也會大幅提高，并且存在較大的線損問題。其二，當用電設(shè)備位于4km10km范圍內(nèi)時，則采用660v的升降壓供電方式，在變電站處將三相380v升壓至三相660v，在設(shè)備終端處將電壓降至三相380v。此種方案比380v直接供電的線損小，但存在二次配電和電纜重復(fù)敷設(shè)的問題。其三，當用電設(shè)備距變電所10km以上時，則采用10kv電壓供電到負載相對集中的位置，再將10kv變壓為380v/220v為一定范圍內(nèi)的機電設(shè)備進行供電。此種方案的優(yōu)點在于供電能力強、距離遠，但其對供電設(shè)施的耐

21、壓等級要求極高，同樣也需要電纜重復(fù)敷設(shè)，設(shè)計和施工難度也比較高。三種傳統(tǒng)供電方案均需要考慮三相平衡問題。石安改擴建項目，傳統(tǒng)供電方案均采用380v直接供電與660v升降壓供電方式相結(jié)合，對于近距離負荷小的負載，采用380v直接供電，對于較遠距離或負荷比較大的負載，則采用660v升降壓供電方案。傳統(tǒng)的供電方案存在電纜用量大、線損大、需要三相平衡等問題，設(shè)計和施工難度都較為困難。分布式智慧節(jié)能供電方案對于這些問題實現(xiàn)了優(yōu)化，通過變電所的上端電源柜輸出單相3.3kv電壓，傳輸至各用電點下端電源箱，再變壓至220v向設(shè)備供電。對于石安改擴建項目，使用yjv22-3.3kv-2*6等級的電纜即可滿足要求

22、，節(jié)省了電纜用量和使用種類，同時，由于是單相電壓，也不需要考慮三相平衡的問題，降低了設(shè)計和施工難度。此外，分布式智慧節(jié)能供電系統(tǒng)兼有ups電源、eps電源、穩(wěn)壓電源、功率因數(shù)補償和隔離變壓器的功能，可以不再另外配置這些設(shè)備。上端電源柜和下端電源箱可進行智能通信，檢測下端電源箱用電情況。上端管理模塊可對下端電源箱單個回路進行開關(guān)、調(diào)壓等操作，可根據(jù)實際用電情況進行電壓調(diào)節(jié)。（2）實施內(nèi)容石安改擴建項目采用全程監(jiān)控方案，外場設(shè)備包含大量可變情報板、攝像機、超速抓拍和顯示牌、車牌識別、自動氣象站及道路廣播。外場設(shè)備傳統(tǒng)供配電方案采用660v升降壓進行設(shè)計，對于近距離的外場設(shè)備采用380v直供，對于遠距離的設(shè)備則先通過升壓變壓器將電壓提高至660v，到用電點再降壓至380v為設(shè)備供電。具體供電方案如圖3.20所示（以某互通收費站為例）。圖3.20 升降壓供配電方案分布式智慧節(jié)能供電方案，通過配電室的上端電源柜輸出單相3.3kv電壓，通過yjv22-3.3kv-2*6電纜將電力輸送至各用電點，再通過下端電源箱將電壓轉(zhuǎn)變?yōu)?20v電壓向負載直接供電，因此無需三相平衡，也避免了電纜重復(fù)敷設(shè)，降低了設(shè)計和施工難度。具體供電方案如圖3.21所示（以某互通收費站為例）。圖3.21 分布式智慧節(jié)能供電方案由