高速公路改扩建工程 建设绿色低碳公路主题性项目实施方案

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1、京港澳高速公路（河北石安段）改扩建工程建设绿色低碳公路主题性项目实施方案公路用户低碳运行指示系统建立高速公路用户低碳运行指示系统可以实现远程在线统计各种能源消耗数据，将能源消耗直接核算成为标准煤，用真实、有效的数据反映绿色低碳路的成果。公路用户低碳运行指示系统对运营管理中心、监控中心、收费站、服务区、养护工区等部门以及行驶车辆的能源消耗进行在线监测和统计，参考交通特点、自然条件等因素制定合理的能源控制策略。运营管理单位可以实时掌握能源消耗的具体情况，统计企业能源消费总量、结构与变动趋势，分析能源成本与总成本的比例关系。公路用户低碳运行指示系统的建设可以帮助企业内部建立节能减排的相关标准、制度，

2、为节能减排绩效考核与奖惩机制提供可靠地依据。本项目的公路用户低碳运行指示系统主要包括公路行驶车辆油耗综合监测模块和电力能耗监测模块，总投资初步概算为2539.2万元。具体概算如下表示：表3.4公路用户低碳运行指示系统概预算序号外场设备名称数量单设备价格（万元）总价（万元）1遥控摄像机240512002微波车检器14045603气象站6301804电力能耗采集设备1890.8151.25车辆荷载信息动态监测系统4973886电力能耗监控系统软件130307公路行驶车辆油耗综合监测软件13030外场设备总价5812539.2一、电力能耗监测技术（1）系统简介电力能耗监测系统主要是对高速公路全线各类

3、电力设备的运行情况进行分层分布远程实时监视和控制，处理供配电系统的各种异常事故及报警事件，保障系统的正常运行，同时提升供配电系统调度管理及维修的自动化程度，提高供电质量，保证系统安全可靠地运行。电力能耗监控是所有电源和电气设备统一管理监控的重要核心部分。系统借助现代化的计算机和网络技术实现电力系统运行参数的实时监控管理，具有强大的数据显示、存储、统计和查询功能，能够实现遥控（远程控制）、遥测（远程测量）、遥调（远程调节输出电压）、遥信（远程自动告警）等工业控制自动化功能，使管理人员不用到现场即可全面了解整个供配电系统的运行状况。电力能耗监测系统在机电工程中是十分重要的一部分，对于大型负载要在设

4、备端进行监控，对于小型负载则要在回路端进行监控，检测设备的电流、电压、功率因数、谐波等信息，并将信息实时反馈给监控中心，监控中心可以及时全面地了解和掌握各个负载的运行情况，及时排除故障隐患，并且可以对反馈上来的数据进行处理，尤其要针对重点负载进行计算分析，得出负载的用电情况和负载特性，从而提高设备运行可靠性，减少不必要的损失。电力能耗监测系统能够为能耗评估系统提供基础数据，是评估体系的基石，除了可以确保供配电系统正常运行外，还可以大大提高工作效率，节省能源消耗。（2）系统构成电力能耗监测系统依赖分布式智慧节能供电系统进行相关用电数据的采集，没有分布式智慧节能供电系统或需要单独监控（大型负载设备

5、等）的回路，则通过加装独立的监测设备进行数据采集，按照统一的数据接口接入系统。图3.12 电力能耗监测系统电能能耗监测系统采用分层分布式结构，系统包括：数据采集层、数据通讯层、数据展示层三部分。数据采集层智慧节能供电系统的上位机和下位机均具有实时显示工作状态、运行参数、故障信息等功能，可分别通过以太网、UART、CAN或无线网络与电能能耗监测系统进行通讯，同时可完全不依赖于电能能耗监测系统而独立完成对供配电系统的保护与监控。数据通讯层数据通讯层完成数据采集层和数据展示层之间的网络连接，具有协议转换、总线转换等数据交换功能，实现采集层和展示层之间通讯数据的上行和下达。数据展示层数据展示层对所有电

6、气设备的电能能耗数据进行显示、统计、分析，可实现运行状态实时监测、电气参数实时测量、事故异常报警、事件记录和打印、电能管理和负荷控制、电力品质分析、统计报表生成和打印、各种图表的汇总和分类，并具有打印、存盘和光盘刻录等存储功能。（3）系统功能电能能耗监控是要将一个被动的供配电网络转变为一个主动的供配电网络，能够实现数据采集、报警、数据显示和数据处理、系统设备的监控等。通过电能能耗监测系统合理地进行电力负荷分配，使整体网络实现节能和高效并存，使供配电网络拥有“自诊断”能力，第一时间反馈故障所在，才能更好的保障设备和供配电网络的安全。系统的主要功能有：数据采集与处理数据采集与处理是供配电系统安全监

7、视和控制的基础，监控系统可实时和定时采集电气设备的模拟量(电流、电压、功率、电度、频率、温度等)和开关量(断路器及隔离开关位置信号、自动装置信号、设备运行状态信号等)。监控系统将采集到的数据经过实时处理后送往监控主机，对模拟量进行合理性校验、上下限比较，并为其他自动化系统的相应管理功能提供必要的信息。操作控制监控系统将操作控制分为二层：第一层为远方集中控制方式，设置在总控制室，操作人员可通过总站监控主机对受控对象进行控制操作，该控制方式为主选控制方式(具有防误闭锁功能)；第二层控制为就地控制方式，由设置在各开关柜上的远方/就地控制选择开关进行控制方式切换，通过开关就地控制按钮进行操作控制，该控

8、制方式主要作为开关修检、现场调试时用，也是控制操作的后备方式；二层操作之间相互闭锁，即对受控对象而言，二种控制方式在同一时刻只有一种有效。界面展示采用全中文界面，根据IEC相应条例用规范的线路图形符号显示供配电系统电气主接线图和各配电站的接线图，主接线图和分支接线图之间的切换可方便地通过快捷键或地理位置图切换，具有画面漫游及大画面快速操作导航图功能。a）动态刷新显示：电气测量参数运行参数和状态量参数，各线路按电压等级不同以不同颜色区分(原电力部的部颁规定)，具有带电自动变色功能；b）模拟量显示：包括各模拟量的意义对应的开关号及实时测量数据、电流、电压、功率(有功、无功)、电度(有功、无功)频率

9、、功率因数、电压不平衡度等；c）开关量显示：包括供配电线路的各种开关量的含义对应开关号及开关量的当前运行状态；如断路器位置信号继电保护各种动作信号装置故障信号等；d）连续记录显示：电流、电压、功率及功率因数实时曲线、负荷曲线电压棒图等。区域能源统计系统可按管理区域、楼层、科室等考核对象，对各管理域用电情况进行统计比较，可形成考核指标，并在系统界面显示。用电类型统计列表系统可根据工程实际用电类型不同，按类型统计并显示各种用电类型用电量功能。按小时、日、月、年统计，峰谷平统计自动进行小时、日、月、年的电能统计，可进行峰、谷、平时段设定，实现具有电能分时计费功能的小时、日、月、年报表；同时完成：a）

10、识别主要耗能源；b）内部成本考核；c）查看消耗模式；d）控制用电高峰。故障追忆及分析功能在供配电系统发生故障后，系统自动记录故障发生前/后的电压、电流数据，同时自动弹出故障智能分析报告(包括故障跳闸的原因、性质、地点及发生时间)，事故后可从管理主机中调用事故追忆报告数据，以便分析事故原因。报警处理和历史事件查询报警的内容包括模拟量越限报警和开关量状态变位报警，报警分为一般报警和事故报警。一般报警包括模拟量越限报警、开关量预告信号报警及电源保护本身的故障报警。事故报警指由事故引起的保护动作及断路器跳闸信号，此时，监控系统自动推出相关画面显示，画面中的跳闸断路器应变色、闪烁，并发出特殊的报警音响，

11、报警音响经操作员确认后能手动复位，报警音响能根据不同类型的报警信号发出不同的声音a）开关变位：自动推出事件报警窗和故障相关画面，画面中变位开关闪烁、变色提示，并在报警框内有汉字提示的告警语句及当前变位状态，并指明变位开关名称、运行编号和性质(正常操作或事故跳闸)；b）电流、电压越限：画面闪烁提示，并在报警提示窗里显示当前越限值；c）对于开关变位、保护动作、保护告警等事件在报警提示框显示相应的内容；d）所有告警事件可打印记录和写盘保存。历史事件查询包括越限报警事件(由定值越限报警触发的事件，包括越限值)、遥控操作事件(监控主机对保护测控装置进行的定值整定、参数修改、开关遥控操作等)、一般事件(通

12、信故障等)，历史事件查询可按日期、时间、类别进行查询、显示。运行报表、负荷曲线自动生成系统能够自动生成各类运行报表，按用户的要求和方式编制值班记录、交接班记录、设备台帐、继电保护定值表、设备检修记录表、运行人员值班表等。a）负荷日、月和年报表的自动生成、显示、查询、打印(可选择时间段)；b）电能日、月和年报表的自动生成、显示、查询、打印(可选择日、月、年)；c）日负荷曲线的查询、显示、打印(可选择不同时间段)；d）历史负荷曲线查询、显示、打印(可选择不同时间段)。数据库的建立与查询监控系统实时采集来自各采集点的各种信息，经过处理后形成标准的数据库，并实时更新数据库；数据库容量可保证系统三年免维

13、护。a）可查询任一电量的日、月、年统计数据及该数据的最大值、最小值及平均值；b）可对历史数据进行日、月、年检索，能够对历史数据库的数据进行操作，并按用户的要求定期将历史数据存盘；c）可显示、打印历史数据库中任一电量的记录数据，包括日、月、年报表。以上的数据查询结果均能够打印，打印时不影响程序的执行及系统响应能力。系统自诊断和自恢复监控系统具有良好的自诊断与自恢复功能，能在线诊断系统软件和硬件，发生故障时，能自动在屏幕上显示故障单元、故障部位及故障性质，单个组件的故障，不会引起整套装置的误动，也不影响其他装置和监控系统的运行，当发现异常及故障时能及时根据故障性质自动判别是否需要闭锁有关功能或设备

14、，并显示和打印报警信息。（4）实施内容石安改扩建段设置一套电能能耗监测系统，来监测该路段的服务区（服务管理中心）、收费站（管理处、公司）、外场设备的电能能耗情况，能够直接反映节能情况。以便实时反馈电网运行状态，挖掘节能潜力，并保障设备和供配电网络的安全。（建成后服务区与收费站不属于同一个部门管理，不宜同网管理，建议取消服务区部分）明确采集设备的布局，且需从整体集合（大局）考虑。实施内容分为3部分：能耗计量划定计量的计量范围、分类，采集各种电力设备的电能能耗数据，并实现参数设置、状态监测、远程遥控电源开关及输出电压等功能。由于电力负荷管理系统是集现代化管理、计算机应用和自动控制等多种功能于一体的

15、综合系统，所以可以除此之外，还能够将监控的计量数据生成数据库，进而编制配电调度的管理方案。分析检查对所测数据进行分析，以分析结果为依据，重点检查出现异常的地区和客户端，以判断是否有异常用电行为的发生，实现异常用电区的重点筛选和实时监控、现场检查。节能服务利用电能能耗监测系统，可以进行完整准确的用电分析、预测和管理。对整条高速公路的用电特点进行准确判断，从而做出合理的分析和评价，为能源评估系统提供基础数据。此外，节约用电、科学用电是建设绿色低碳公路的需要，电能能耗监测系统可以指导高速公路管理单位科学用电，从而提高自身的用电管理水平、用电效能，实现节能减排事业的稳定发展。（5）监控内容电能能耗监控

16、的内容，主要包括以下系列指标：表3.5 能耗监测指标序号指标项指标1重要遥测更新周期2S2一般遥测更新周期3S3事故时遥信变位传送时间1S4事故推画面时间2S5遥信变位1S6遥控过程完成3S7模拟量测量综合误差0.5%8电网频率测量误差0.01Hz9调用画面响应时间1S3S10单元控制装置接受命令到开始执行时间1S11网络速率100兆或1000兆12事件记录正确率99.9%13遥信正确率100%14遥控正确率100%15遥调正确率100%16遥测正确率99.9%17海拔高度4000m18工作环境温度范围-20+6519存储环境温度范围-40+8520相对湿度95%（25）在实时数据库容量支持到

17、10000点基本保持以下系统指标21系统使用寿命10年22系统平均无故障时间系统MTBF30000小时23CPU负载正常情况下负荷率15%（任意5分钟内平均）24事故情况下负荷率35%（任意1分钟内平均）（6）计量方法计量装置a）智慧节能供电系统的上位机和下位机；b）工业用电度计量表，可测量电流、电压、功率(有功、无功)、电度(有功、无功)频率、功率因数、电压不平衡度，精度要求0.5级以上。计量单元划分原则a）按功能回路划分；b）按用电区域划分；c）大功率设备单独计量；d）位置单独计量。核定方法需要核定的量值有：分类能耗量、分项用电量、总用电量、单位建筑面积用电量、单位空调面积用电量，按照以下

18、方法核定：分类能耗量各分类能耗计量表的直接计量值；分项用电量各分项用电计量表的直接计量值；总用电量各分类能耗量各分项用电量；单位建筑面积用电量总用电量/总建筑面积；单位空调面积用电量总用电量/总空调面积。（7）效益分析为了有效控制电能能耗的浪费，首先应该对其进行监测，这就是电能能耗监测系统的主要功能之一。它可以提高管理效率和系统供电的可靠性，提供减少电能花费、降低成本设备投资和设备运行潜在消耗所需的信息。电能能耗监测系统对于节能的贡献体现在：通过对电力参数历史数据的分析，建立系统和设备的电能消耗模式，在实时监视过程中及时发现电能消耗异常现象，采取有效措施进行设备改造或功率补偿，以避免电能损耗，

19、如设备和谐波引起的电能消耗；优化供配电系统运行模式，减少不必要的电能花费，如对定时用电设备（公共照明）进行集中控制；对供配电系统内部的各用电单位进行电能分配计量和监控，以避免电能浪费现象，提高管理效率、降低运营成本。二、分布式智慧节能供电系统（1）技术简介（结合具体外场设备供电格局、距离与设计单位沟通优化）高速公路外场监控设备负荷小而分散，供电方式呈带状式分布，供电距离长。其变电站一般设置在管理中心、收费站、服务区、养护工区等场区内，供电间隔一般为1030km。目前传统供电方案可大致分为三种。其一，当用电设备距变电所4km以内时，通常采用低压380V/220V直接供电。此种方案的优点在于对供电

20、设施耐压等级要求低，施工难度较适中，但其缺点也比较明显，当用电设备距变电站较远或负荷较大时，供电电缆的线径就会大幅增加，其成本也会大幅提高，并且存在较大的线损问题。其二，当用电设备位于4km10km范围内时，则采用660V的升降压供电方式，在变电站处将三相380V升压至三相660V，在设备终端处将电压降至三相380V。此种方案比380V直接供电的线损小，但存在二次配电和电缆重复敷设的问题。其三，当用电设备距变电所10km以上时，则采用10KV电压供电到负载相对集中的位置，再将10kV变压为380V/220V为一定范围内的机电设备进行供电。此种方案的优点在于供电能力强、距离远，但其对供电设施的耐

21、压等级要求极高，同样也需要电缆重复敷设，设计和施工难度也比较高。三种传统供电方案均需要考虑三相平衡问题。石安改扩建项目，传统供电方案均采用380V直接供电与660V升降压供电方式相结合，对于近距离负荷小的负载，采用380V直接供电，对于较远距离或负荷比较大的负载，则采用660V升降压供电方案。传统的供电方案存在电缆用量大、线损大、需要三相平衡等问题，设计和施工难度都较为困难。分布式智慧节能供电方案对于这些问题实现了优化，通过变电所的上端电源柜输出单相3.3kV电压，传输至各用电点下端电源箱，再变压至220V向设备供电。对于石安改扩建项目，使用YJV22-3.3kV-2*6等级的电缆即可满足要求

22、，节省了电缆用量和使用种类，同时，由于是单相电压，也不需要考虑三相平衡的问题，降低了设计和施工难度。此外，分布式智慧节能供电系统兼有UPS电源、EPS电源、稳压电源、功率因数补偿和隔离变压器的功能，可以不再另外配置这些设备。上端电源柜和下端电源箱可进行智能通信，检测下端电源箱用电情况。上端管理模块可对下端电源箱单个回路进行开关、调压等操作，可根据实际用电情况进行电压调节。（2）实施内容石安改扩建项目采用全程监控方案，外场设备包含大量可变情报板、摄像机、超速抓拍和显示牌、车牌识别、自动气象站及道路广播。外场设备传统供配电方案采用660V升降压进行设计，对于近距离的外场设备采用380V直供，对于远

23、距离的设备则先通过升压变压器将电压提高至660V，到用电点再降压至380V为设备供电。具体供电方案如图3.20所示（以某互通收费站为例）。图3.20 升降压供配电方案分布式智慧节能供电方案，通过配电室的上端电源柜输出单相3.3kV电压，通过YJV22-3.3kV-2*6电缆将电力输送至各用电点，再通过下端电源箱将电压转变为220V电压向负载直接供电，因此无需三相平衡，也避免了电缆重复敷设，降低了设计和施工难度。具体供电方案如图3.21所示（以某互通收费站为例）。图3.21 分布式智慧节能供电方案由于分布式智慧节能供电系统减少了电缆使用种类和使用量，因此降低了供配电设备和电缆的造价。另外，可变信

24、息屏和摄像头等设备属于电子负载，存在功率因数较低的问题，且很难在设备端进行功率因数补偿。分布式智慧节能供电系统通过对供配电系统的功率因数补偿，可整体提高供配电系统的功率因数，实现节约用电量。（3）投资概算原石安改扩建项目电缆、设备和人工的总投资约2502.05万元，分布式智慧节能供电方案与传统方案相比可节省供配电设施投资约136.1万元。分布式智慧节能供电系统运营维护方便，比目前传统供配电的维护成本基本相同，但由于智慧供电系统提高了系统整体的供电质量，使外场监控设备的寿命和运行效率提高，减少了其维护频率和成本。（4）节能效益石安改扩建段外场监控设备功耗如下表所示。表3.17 外场监控设备功耗表

25、序号外场设备名称数量单设备功耗总功耗1遥控摄像机240200480002入口可变情报板252500625003门架型可变情报板163000480004F型可变情报板382000760005微波车检器1301013006气象站6503007广播23615035400外场设备总功耗691271500每年节省用电量为89.41万度，节省比例约为26.32%，相当于每年节约标准煤295.06吨。三、节能减排量估算表序号技术或措施名称直接节约项目（单位）节约量折合节约TCE/TOE投资额增减（万元）备注（节约标煤/标油计算方法）分布式智慧节能供电系统节电（万度）89.41TCE295.06-136.1（有功功率271.5kw补偿前功率因数有功功率271.5kw补偿后功率因数）24小时365天=年节电894100kwh年节电894100kwh电折合标煤系数0.33kg/kwh千克换算吨0.001=年节约标煤295.06吨12