1、京港澳高速公路（河北石安段）改擴建工程建設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建立高速公路用戶低碳運行指示系統可以實現遠程在線統計各種能源消耗數據，將能源消耗直接核算成為標準煤，用真實、有效的數據反映綠色低碳路的成果。公路用戶低碳運行指示系統對運營管理中心、監控中心、收費站、服務區、養護工區等部門以及行駛車輛的能源消耗進行在線監測和統計，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，統計企業能源消費總量、結構與變動趨勢，分析能源成本與總成本的比例關系。公路用戶低碳運行指示系統的建設可以幫助企業內部建立節能減排的相關標準、制度，

2、為節能減排績效考核與獎懲機制提供可靠地依據。本項目的公路用戶低碳運行指示系統主要包括公路行駛車輛油耗綜合監測模塊和電力能耗監測模塊，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概預算序號外場設備名稱數量單設備價格（萬元）總價（萬元）1遙控攝像機240512002微波車檢器14045603氣象站6301804電力能耗采集設備1890.8151.25車輛荷載信息動態監測系統4973886電力能耗監控系統軟件130307公路行駛車輛油耗綜合監測軟件13030外場設備總價5812539.2一、電力能耗監測技術（1）系統簡介電力能耗監測系統主要是對高速公路全線各類

3、電力設備的運行情況進行分層分布遠程實時監視和控制，處理供配電系統的各種異常事故及報警事件，保障系統的正常運行，同時提升供配電系統調度管理及維修的自動化程度，提高供電質量，保證系統安全可靠地運行。電力能耗監控是所有電源和電氣設備統一管理監控的重要核心部分。系統借助現代化的計算機和網絡技術實現電力系統運行參數的實時監控管理，具有強大的數據顯示、存儲、統計和查詢功能，能夠實現遙控（遠程控制）、遙測（遠程測量）、遙調（遠程調節輸出電壓）、遙信（遠程自動告警）等工業控制自動化功能，使管理人員不用到現場即可全面了解整個供配電系統的運行狀況。電力能耗監測系統在機電工程中是十分重要的一部分，對于大型負載要在設

4、備端進行監控，對于小型負載則要在回路端進行監控，檢測設備的電流、電壓、功率因數、諧波等信息，并將信息實時反饋給監控中心，監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據進行處理，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，從而提高設備運行可靠性，減少不必要的損失。電力能耗監測系統能夠為能耗評估系統提供基礎數據，是評估體系的基石，除了可以確保供配電系統正常運行外，還可以大大提高工作效率，節省能源消耗。（2）系統構成電力能耗監測系統依賴分布式智慧節能供電系統進行相關用電數據的采集，沒有分布式智慧節能供電系統或需要單獨監控（大型負載設備

5、等）的回路，則通過加裝獨立的監測設備進行數據采集，按照統一的數據接口接入系統。圖3.12 電力能耗監測系統電能能耗監測系統采用分層分布式結構，系統包括：數據采集層、數據通訊層、數據展示層三部分。數據采集層智慧節能供電系統的上位機和下位機均具有實時顯示工作狀態、運行參數、故障信息等功能，可分別通過以太網、uart、can或無線網絡與電能能耗監測系統進行通訊，同時可完全不依賴于電能能耗監測系統而獨立完成對供配電系統的保護與監控。數據通訊層數據通訊層完成數據采集層和數據展示層之間的網絡連接，具有協議轉換、總線轉換等數據交換功能，實現采集層和展示層之間通訊數據的上行和下達。數據展示層數據展示層對所有電

6、氣設備的電能能耗數據進行顯示、統計、分析，可實現運行狀態實時監測、電氣參數實時測量、事故異常報警、事件記錄和打印、電能管理和負荷控制、電力品質分析、統計報表生成和打印、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）系統功能電能能耗監控是要將一個被動的供配電網絡轉變為一個主動的供配電網絡，能夠實現數據采集、報警、數據顯示和數據處理、系統設備的監控等。通過電能能耗監測系統合理地進行電力負荷分配，使整體網絡實現節能和高效并存，使供配電網絡擁有“自診斷”能力，第一時間反饋故障所在，才能更好的保障設備和供配電網絡的安全。系統的主要功能有：數據采集與處理數據采集與處理是供配電系統安全監

7、視和控制的基礎，監控系統可實時和定時采集電氣設備的模擬量(電流、電壓、功率、電度、頻率、溫度等)和開關量(斷路器及隔離開關位置信號、自動裝置信號、設備運行狀態信號等)。監控系統將采集到的數據經過實時處理后送往監控主機，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的相應管理功能提供必要的信息。操作控制監控系統將操作控制分為二層：第一層為遠方集中控制方式，設置在總控制室，操作人員可通過總站監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，由設置在各開關柜上的遠方/就地控制選擇開關進行控制方式切換，通過開關就地控制按鈕進行操作控制，該控

8、制方式主要作為開關修檢、現場調試時用，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iec相應條例用規范的線路圖形符號顯示供配電系統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航圖功能。a）動態刷新顯示：電氣測量參數運行參數和狀態量參數，各線路按電壓等級不同以不同顏色區分(原電力部的部頒規定)，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的開關號及實時測量數據、電流、電壓、功率(有功、無功)、電度(有功、無功)頻率

9、、功率因數、電壓不平衡度等；c）開關量顯示：包括供配電線路的各種開關量的含義對應開關號及開關量的當前運行狀態；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）連續記錄顯示：電流、電壓、功率及功率因數實時曲線、負荷曲線電壓棒圖等。區域能源統計系統可按管理區域、樓層、科室等考核對象，對各管理域用電情況進行統計比較，可形成考核指標，并在系統界面顯示。用電類型統計列表系統可根據工程實際用電類型不同，按類型統計并顯示各種用電類型用電量功能。按小時、日、月、年統計，峰谷平統計自動進行小時、日、月、年的電能統計，可進行峰、谷、平時段設定，實現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發生故障后，系統自動記錄故障發生前/后的電壓、電流數據，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、地點及發生時間)，事故后可從管理主機中調用事故追憶報告數據，以便分析事故原因。報警處理和歷史事件查詢報警的內容包括模擬量越限報警和開關量狀態變位報警，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、開關量預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，監控系統自動推出相關畫面顯示，畫面中的跳閘斷路器應變色、閃爍，并發出特殊的報警音響，

11、報警音響經操作員確認后能手動復位，報警音響能根據不同類型的報警信號發出不同的聲音a）開關變位：自動推出事件報警窗和故障相關畫面，畫面中變位開關閃爍、變色提示，并在報警框內有漢字提示的告警語句及當前變位狀態，并指明變位開關名稱、運行編號和性質(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）對于開關變位、保護動作、保護告警等事件在報警提示框顯示相應的內容；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的事件，包括越限值)、遙控操作事件(監控主機對保護測控裝置進行的定值整定、參數修改、開關遙控操作等)、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、設備臺帳、繼電保護定值表、設備檢修記錄表、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)。數據庫的建立與查詢監控系統實時采集來自各采集點的各種信息，經過處理后形成標準的數據庫，并實時更新數據庫；數據庫容量可保證系統三年免維

13、護。a）可查詢任一電量的日、月、年統計數據及該數據的最大值、最小值及平均值；b）可對歷史數據進行日、月、年檢索，能夠對歷史數據庫的數據進行操作，并按用戶的要求定期將歷史數據存盤；c）可顯示、打印歷史數據庫中任一電量的記錄數據，包括日、月、年報表。以上的數據查詢結果均能夠打印，打印時不影響程序的執行及系統響應能力。系統自診斷和自恢復監控系統具有良好的自診斷與自恢復功能，能在線診斷系統軟件和硬件，發生故障時，能自動在屏幕上顯示故障單元、故障部位及故障性質，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控系統的運行，當發現異常及故障時能及時根據故障性質自動判別是否需要閉鎖有關功能或設備

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

15、綜合系統，所以可以除此之外，還能夠將監控的計量數據生成數據庫，進而編制配電調度的管理方案。分析檢查對所測數據進行分析，以分析結果為依據，重點檢查出現異常的地區和客戶端，以判斷是否有異常用電行為的發生，實現異常用電區的重點篩選和實時監控、現場檢查。節能服務利用電能能耗監測系統，可以進行完整準確的用電分析、預測和管理。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，為能源評估系統提供基礎數據。此外，節約用電、科學用電是建設綠色低碳公路的需要，電能能耗監測系統可以指導高速公路管理單位科學用電，從而提高自身的用電管理水平、用電效能，實現節能減排事業的穩定發展。（5）監控內容電能能耗監控

16、的內容，主要包括以下系列指標：表3.5 能耗監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電網頻率測量誤差0.01hz9調用畫面響應時間1s3s10單元控制裝置接受命令到開始執行時間1s11網絡速率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遙調正確率100%16遙測正確率99.9%17海拔高度4000m18工作環境溫度范圍-20+6519存儲環境溫度范圍-40+8520相對濕度95%（25）在實時數據庫容量支持到

17、10000點基本保持以下系統指標21系統使用壽命10年22系統平均無故障時間系統mtbf30000小時23cpu負載正常情況下負荷率15%（任意5分鐘內平均）24事故情況下負荷率35%（任意1分鐘內平均）（6）計量方法計量裝置a）智慧節能供電系統的上位機和下位機；b）工業用電度計量表，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、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）按用電區域劃分；c）大功率設備單獨計量；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；單位空調面積用電量總用電量/總空調面積。（7）效益分析為了有效控制電能能耗的浪費，首先應該對其進行監測，這就是電能能耗監測系統的主要功能之一。它可以提高管理效率和系統供電的可靠性，提供減少電能花費、降低成本設備投資和設備運行潛在消耗所需的信息。電能能耗監測系統對于節能的貢獻體現在：通過對電力參數歷史數據的分析，建立系統和設備的電能消耗模式，在實時監視過程中及時發現電能消耗異常現象，采取有效措施進行設備改造或功率補償，以避免電能損耗，

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

20、設施耐壓等級要求低，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，當用電設備位于4km10km范圍內時，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敷設的問題。其三，當用電設備距變電所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為一定范圍內的機電設備進行供電。此種方案的優點在于供電能力強、距離遠，但其對供電設施的耐

21、壓等級要求極高，同樣也需要電纜重復敷設，設計和施工難度也比較高。三種傳統供電方案均需要考慮三相平衡問題。石安改擴建項目，傳統供電方案均采用380v直接供電與660v升降壓供電方式相結合，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，設計和施工難度都較為困難。分布式智慧節能供電方案對于這些問題實現了優化，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，降低了設計和施工難度。此外，分布式智慧節能供電系統兼有ups電源、eps電源、穩壓電源、功率因數補償和隔離變壓器的功能，可以不再另外配置這些設備。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、調壓等操作，可根據實際用電情況進行電壓調節。（2）實施內容石安改擴建項目采用全程監控方案，外場設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。外場設備傳統供配電方案采用660v升降壓進行設計，對于近距離的外場設備采用380v直供，對于遠距離的設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變為220v電壓向負載直接供電，因此無需三相平衡，也避免了電纜重復敷設，降低了設計和施工難度。具體供電方案如圖3.21所示（以某互通收費站為例）。圖3.21 分布式智慧節能供電方