程書明

（中鐵上海設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，上海 200000）

1 引言

鐵路站房是鐵路運(yùn)輸體系中的重要構(gòu)成部分，涵蓋了旅游站房、貨物倉(cāng)庫(kù)、技術(shù)作業(yè)用房等，用于為旅客與行包進(jìn)出站提供簡(jiǎn)潔流暢的流線，為旅客候車創(chuàng)造舒適、方便的環(huán)境。站房電力工程對(duì)應(yīng)站房建筑（包含地道、雨棚、天橋）的配套電力工程，包含站房建筑的低壓電纜線路、動(dòng)力、照明、防雷接地、機(jī)電設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)、火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)等[1]。站房?jī)?nèi)大量的機(jī)電設(shè)施與電力設(shè)備長(zhǎng)時(shí)間高負(fù)荷運(yùn)行使得站房高能耗的特性日益凸顯，在節(jié)能環(huán)保的社會(huì)發(fā)展理念下，利用傳感器技術(shù)、電力載波通信技術(shù)對(duì)站房電力工程的電力能源使用情況、能耗數(shù)據(jù)、節(jié)能潛力等進(jìn)行動(dòng)態(tài)采集傳輸，實(shí)時(shí)掌握站房各電力設(shè)備設(shè)施的用電需求與用電情況，并利用自動(dòng)控制技術(shù)合理調(diào)度與調(diào)控電力設(shè)備設(shè)施的工作狀態(tài)，可以切實(shí)提高鐵路站房電力管理的信息化與精細(xì)化水平，助力鐵路站房科學(xué)用電、節(jié)能用電。

2 電力載波通信技術(shù)

電力載波通信技術(shù)是一種特殊的、高效的信號(hào)傳輸技術(shù)。其工作原理為，將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)化為載波信號(hào)，在現(xiàn)實(shí)環(huán)境中，利用耦合裝置在現(xiàn)有的電力線纜上加載載波信號(hào)，實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)的電力傳輸；信號(hào)接收方對(duì)電力系統(tǒng)中的載波信號(hào)進(jìn)行讀取與解析，得到傳輸?shù)臄?shù)字信號(hào)。電力載波通信技術(shù)無(wú)須額外針對(duì)數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)用布設(shè)特定的通信線纜，而是依托現(xiàn)實(shí)環(huán)境中現(xiàn)有的強(qiáng)電電力線纜對(duì)數(shù)字信號(hào)或模擬信號(hào)加以傳輸，實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)行通信線纜資源的高效利用，避免對(duì)現(xiàn)實(shí)環(huán)境的開挖與改造。電力載波通信技術(shù)具有如下優(yōu)點(diǎn)。

1）降低通信改造成本。電力載波通信技術(shù)依托現(xiàn)有的電力線路而非重新敷設(shè)通信線路，有效節(jié)省了通信線路敷設(shè)費(fèi)用以及既有建筑改造費(fèi)用。

2）覆蓋范圍廣。電力載波技術(shù)依托現(xiàn)行電力線纜進(jìn)行信號(hào)傳輸，其覆蓋范圍與現(xiàn)行電力線纜覆蓋范圍一致，具有良好的硬件基礎(chǔ)。

3）通信性能優(yōu)。電力載波通信技術(shù)利用頻分復(fù)用技術(shù)與差分相移鍵控調(diào)制技術(shù)等，實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)或模擬信號(hào)的高質(zhì)量傳輸，誤碼率低[2]。

4）電力管理水平高。電力載波技術(shù)在電力管理系統(tǒng)中的充分應(yīng)用可以實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的實(shí)時(shí)自動(dòng)監(jiān)測(cè)以及電網(wǎng)故障預(yù)警與自動(dòng)檢測(cè)，通過(guò)數(shù)字信號(hào)高質(zhì)量傳輸實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)相關(guān)配套設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的遠(yuǎn)程控制，提高電力管理水平以及電網(wǎng)運(yùn)行的健壯性與安全性。將電力載波通信技術(shù)應(yīng)用到鐵路站房電力管理中，充分運(yùn)用站房?jī)?nèi)現(xiàn)有的電力線纜實(shí)現(xiàn)電力相關(guān)數(shù)據(jù)的傳輸與通信，有效支持站房電力管理的靈活組網(wǎng)與高效通信，降低站房電力管理系統(tǒng)投運(yùn)的通信網(wǎng)絡(luò)搭建與運(yùn)維成本。

3 鐵路站房電力管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 設(shè)計(jì)要求

3.1.1 鐵路站房電力管理的難點(diǎn)

鐵路站房相較于常規(guī)性的民用建筑而言，內(nèi)部空間更為空曠，層高也更高，涉及的機(jī)電設(shè)備與電力設(shè)施更為龐雜，給站房電力管理帶來(lái)諸多難點(diǎn)。

1）鐵路站房建筑機(jī)電設(shè)備等種類復(fù)雜、規(guī)格多樣。鐵路站房作為旅客候車與行包進(jìn)出的重要場(chǎng)所，人口分布密集度較高，為提高旅游出行的舒適度與便捷性，通常鐵路站房會(huì)設(shè)置照明系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)、排風(fēng)系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)、采暖系統(tǒng)、電梯扶梯、廣告屏幕、鐵路行駛信息屏幕等機(jī)電設(shè)備設(shè)施，電力管理對(duì)象眾多，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范各異。

2）機(jī)電設(shè)備設(shè)施空間分散。鐵路站房層高高、占地面積大，空調(diào)設(shè)備、照明設(shè)備、給排水設(shè)備、廣告大屏等分散在鐵路站房各個(gè)方位，機(jī)電設(shè)備設(shè)施的空間離散性使得電力管理難度較大，設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、用電情況、節(jié)能潛力等的監(jiān)測(cè)與分析存在諸多不便。

3）機(jī)電設(shè)備設(shè)施運(yùn)行要求高。為了給旅游出行帶來(lái)更加便捷與舒適的站房環(huán)境，鐵路站房?jī)?nèi)的諸多機(jī)電設(shè)備設(shè)施需保持24 h 運(yùn)行狀態(tài)，機(jī)電設(shè)備設(shè)施的電力管理需保持全天候、全時(shí)段，確保各機(jī)電設(shè)備設(shè)施在長(zhǎng)時(shí)間高負(fù)荷狀態(tài)下安全、穩(wěn)定用電運(yùn)行，科學(xué)保證鐵路站房的功能發(fā)揮。

3.1.2 鐵路站房電力管理的目標(biāo)

鐵路站房電力管理旨在通過(guò)對(duì)站房?jī)?nèi)機(jī)電設(shè)備與電力設(shè)施等用電情況的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與動(dòng)態(tài)管理，推動(dòng)站房電力精準(zhǔn)、精細(xì)、高效管理。以用電監(jiān)控為例，通過(guò)對(duì)站房?jī)?nèi)機(jī)電設(shè)備或電力設(shè)施的用電情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與高效傳輸，實(shí)現(xiàn)站房電力數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確采集，以及機(jī)電設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的科學(xué)反演。用電統(tǒng)計(jì)則可根據(jù)用電時(shí)間、用電分項(xiàng)、用電指標(biāo)等進(jìn)行分類統(tǒng)計(jì)，鐵路站房管理人員能夠更為科學(xué)地掌握站房機(jī)電設(shè)備的用電情況與變化特征。此外，鐵路站房電力管理應(yīng)在電力數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集的基礎(chǔ)上，高效關(guān)聯(lián)機(jī)電設(shè)備用電情況與運(yùn)行情況，實(shí)現(xiàn)機(jī)電設(shè)備能耗與節(jié)能潛力分析，合理調(diào)度鐵路站房電力資源消耗，配合機(jī)電設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)等，提高鐵路站房電力資源管理的節(jié)能化水平。

綜上，對(duì)鐵路站房電力管理系統(tǒng)進(jìn)行科學(xué)設(shè)計(jì)與建設(shè)，實(shí)時(shí)掌握站房各電力設(shè)備設(shè)施的用電需求與用電情況，合理調(diào)度與調(diào)控電力設(shè)備設(shè)施的工作狀態(tài)，可以切實(shí)提高鐵路站房電力管理的信息化與精細(xì)化水平，助力鐵路站房科學(xué)用電、節(jié)能用電。

3.2 體系架構(gòu)設(shè)計(jì)

鐵路站房電力管理系統(tǒng)的體系架構(gòu)包括系統(tǒng)應(yīng)用層、網(wǎng)絡(luò)通信層與數(shù)據(jù)采集層3 個(gè)部分，具體如下。

3.2.1 系統(tǒng)應(yīng)用層

系統(tǒng)應(yīng)用層對(duì)網(wǎng)絡(luò)通信層傳輸?shù)妮d波信號(hào)進(jìn)行解耦與解析，獲得站房?jī)?nèi)機(jī)電設(shè)備電力數(shù)據(jù)并進(jìn)行科學(xué)存儲(chǔ)、組織與管理。系統(tǒng)應(yīng)用層高度集成數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、數(shù)據(jù)分析等功能模塊，通過(guò)上述功能模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)站房?jī)?nèi)機(jī)電設(shè)備電力數(shù)據(jù)的查詢、統(tǒng)計(jì)、分析、預(yù)測(cè)與節(jié)能調(diào)控。例如，在系統(tǒng)應(yīng)用層中動(dòng)態(tài)顯示站房?jī)?nèi)離散分布的各機(jī)電設(shè)備用電情況、運(yùn)行狀態(tài)，利用統(tǒng)計(jì)分析模塊精確統(tǒng)計(jì)不同分項(xiàng)、不同指標(biāo)下的電力數(shù)據(jù)，生成鐵路站房?jī)?nèi)電力消耗報(bào)表，根據(jù)機(jī)電設(shè)備歷史用電數(shù)據(jù)與實(shí)時(shí)電力數(shù)據(jù)，科學(xué)研判機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)與故障情況。

3.2.2 網(wǎng)絡(luò)通信層

網(wǎng)絡(luò)通信層是將數(shù)據(jù)采集層采集到的站房?jī)?nèi)機(jī)電設(shè)備電力數(shù)據(jù)向系統(tǒng)應(yīng)用層高效傳輸，以便系統(tǒng)應(yīng)用層對(duì)電力數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。鐵路站房電力管理系統(tǒng)可利用站房?jī)?nèi)已有的電力線纜與電力載波通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集層中集中器讀取數(shù)據(jù)向系統(tǒng)應(yīng)用層的傳輸。

3.2.3 數(shù)據(jù)采集層

數(shù)據(jù)采集層為鐵路站房機(jī)電設(shè)備電力數(shù)據(jù)采集層，其基本硬件構(gòu)成包括智能采集器、集中器等，用于對(duì)站房?jī)?nèi)機(jī)電設(shè)備的用電情況進(jìn)行實(shí)時(shí)采集。其中，智能采集器與具體的機(jī)電設(shè)備相連接，利用集中器對(duì)所有智能采集器的數(shù)據(jù)進(jìn)行快速讀取與耦合處理，實(shí)現(xiàn)電力數(shù)據(jù)高效耦合與傳輸。集中器對(duì)智能采集器中數(shù)據(jù)的讀取即采用電力載波通信技術(shù)，依托鐵路站房?jī)?nèi)現(xiàn)有的電力線纜，將智能采集器中實(shí)時(shí)獲取的站內(nèi)機(jī)電設(shè)備電力數(shù)據(jù)加載到電力線纜上并傳輸至集中器中。

3.3 主站系統(tǒng)設(shè)計(jì)

鐵路站房的電力管理系統(tǒng)主站大多設(shè)置在消防控制室內(nèi)，用于動(dòng)態(tài)監(jiān)控電力能源消耗狀況。主站系統(tǒng)通常包括服務(wù)器、報(bào)警裝置、工作站、不間斷電源等硬件設(shè)備設(shè)施。（1）工作站用于直觀可視化地展示鐵路站房?jī)?nèi)各機(jī)電設(shè)備或電力設(shè)施的用電情況，動(dòng)態(tài)反演設(shè)備設(shè)施的工作狀態(tài)與運(yùn)行情況。（2）服務(wù)器用于對(duì)數(shù)據(jù)采集層與網(wǎng)絡(luò)通信層傳輸并存儲(chǔ)管理的電力數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、分析與應(yīng)用，如機(jī)電設(shè)備歷史用電數(shù)據(jù)分析、機(jī)電設(shè)備用電異常檢測(cè)、站房各工作間用電情況統(tǒng)計(jì)等。（3）報(bào)警裝置用于對(duì)系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控與自動(dòng)檢測(cè)出的機(jī)電設(shè)備用電異常情況進(jìn)行預(yù)測(cè)預(yù)警，如機(jī)電設(shè)備用電數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)異常時(shí)，主站系統(tǒng)的報(bào)警裝置自動(dòng)警示，及時(shí)提醒電力管理系統(tǒng)的監(jiān)控人員相關(guān)異常或故障，以便其采取應(yīng)急預(yù)案，降低機(jī)電設(shè)備故障帶來(lái)的負(fù)面影響[3]。

3.4 傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)

傳輸系統(tǒng)對(duì)應(yīng)著鐵路站房電力管理系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通信層，用于將數(shù)據(jù)采集層中采集的數(shù)據(jù)傳輸至系統(tǒng)應(yīng)用層并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)與分析。集中器讀取與匯總的機(jī)電設(shè)備電力相關(guān)數(shù)據(jù)經(jīng)電力線纜進(jìn)行傳輸，傳輸系統(tǒng)可沿用鐵路站房已有的電力線路，無(wú)須針對(duì)機(jī)電設(shè)備管理與電力數(shù)據(jù)傳輸架設(shè)專門的通信網(wǎng)絡(luò)。

3.5 采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)

采集系統(tǒng)對(duì)應(yīng)著鐵路站房電力管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集層，主要包括智能采集器、集中器等硬件裝置。電力數(shù)據(jù)采集以分項(xiàng)采集為主，即根據(jù)電力工程的類別與特性分項(xiàng)采集機(jī)電設(shè)備的用電數(shù)據(jù)。對(duì)于鐵路客站動(dòng)力照明供電系統(tǒng)而言，配電原則一般按照候車廳、售票廳、出站通道、站臺(tái)、辦公區(qū)及設(shè)備區(qū)等進(jìn)行劃分。因此，對(duì)于需要采集的電力數(shù)據(jù)，應(yīng)根據(jù)各個(gè)區(qū)域按照照明與插座用電、采暖空調(diào)用電、動(dòng)力用電、特殊用電、商業(yè)用電等分別采集。通過(guò)在候車廳配電箱內(nèi)設(shè)置智能采集器，根據(jù)候車廳照明系統(tǒng)的進(jìn)線回路與智能采集器的連接實(shí)現(xiàn)候車廳照明系統(tǒng)用電能耗數(shù)據(jù)的采集，再利用集中器與電力載波通信技術(shù)對(duì)分散在站房各區(qū)域的智能采集器采集用電數(shù)據(jù)，并進(jìn)行匯總與傳輸，將所有電力數(shù)據(jù)傳輸至電力管理系統(tǒng)主站中，進(jìn)行進(jìn)一步分析應(yīng)用。與傳統(tǒng)的電力管理系統(tǒng)不同的是，基于電力載波的電力管理系統(tǒng)利用變壓器至配電箱的既有電力線纜，采用電力載波進(jìn)行通信，無(wú)須搭建額外的通信路徑。同時(shí)根據(jù)站房?jī)?nèi)配電箱集中設(shè)置于配電間的特點(diǎn)，放置于同一配電間的配電箱可集中設(shè)置一處智能采集器，統(tǒng)一獲取位于同一配電間的配電箱能耗數(shù)據(jù)，并上傳至變壓器內(nèi)電力管理終端，最終匯總于鐵路站房電力管理主機(jī)。

3.6 鐵路站房電力管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

電力載波通信技術(shù)傳輸質(zhì)量高、誤碼率低，在鐵路站房電力管理系統(tǒng)中具有較為廣泛的應(yīng)用前景，在具體設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)當(dāng)重點(diǎn)關(guān)注如下問(wèn)題：（1）采集器應(yīng)分散布置，減少因部分采集器故障引起的數(shù)據(jù)采集不全面的情況；（2）系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)應(yīng)從底層軟件設(shè)計(jì)角度考慮，盡量將同一設(shè)備的控制點(diǎn)位和與其相對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)采集點(diǎn)位安排在同一點(diǎn)上，減少網(wǎng)絡(luò)變量在傳輸網(wǎng)上的傳輸量，減少不必要的通信信息丟失，提高傳輸?shù)目煽啃?，同時(shí)也可以簡(jiǎn)化系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)的復(fù)雜性；（3）因載波信號(hào)無(wú)法穿越變壓器，故應(yīng)在每臺(tái)變壓器低壓總出線側(cè)設(shè)置1 個(gè)集中器。

3.7 電力載波通信技術(shù)在站房電力管理系統(tǒng)中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)分析

將電力載波通信技術(shù)應(yīng)用到鐵路站房電力管理系統(tǒng)中，依托電力載波通信技術(shù)的低成本、覆蓋范圍廣、通信性能優(yōu)等優(yōu)點(diǎn)，充分運(yùn)用站房?jī)?nèi)現(xiàn)有的電力線纜實(shí)現(xiàn)電力相關(guān)數(shù)據(jù)的傳輸與通信，可以有效支持站房電力管理的靈活組網(wǎng)與高效通信，節(jié)省通信線路敷設(shè)費(fèi)用以及既有建筑改造費(fèi)用。同時(shí)，電力載波技術(shù)在鐵路站房電力管理系統(tǒng)中的充分應(yīng)用，可以通過(guò)數(shù)字信號(hào)高質(zhì)量傳輸，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)相關(guān)配套設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的遠(yuǎn)程控制，提高鐵路站房的電力管理水平，以及鐵路站房電網(wǎng)運(yùn)行的健壯性與安全性。

4 結(jié)語(yǔ)

電力載波通信技術(shù)具有覆蓋范圍廣、應(yīng)用成本低、通信性能優(yōu)等特點(diǎn)。針對(duì)設(shè)備種類繁多、空間分布離散、運(yùn)行可靠性與安全性要求較高的鐵路站房各機(jī)電設(shè)備與電氣設(shè)備，將電力載波通信技術(shù)應(yīng)用到鐵路站房電力管理中，充分運(yùn)用站房?jī)?nèi)現(xiàn)有的電力線纜實(shí)現(xiàn)電力相關(guān)數(shù)據(jù)的傳輸與通信，有效支持站房電力管理的靈活組網(wǎng)與高效通信。在鐵路站房電力管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)充分考慮數(shù)據(jù)采集的全面性以及數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?，通過(guò)科學(xué)分層，合理設(shè)計(jì)主站系統(tǒng)、傳輸系統(tǒng)與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，切實(shí)保證信號(hào)傳輸性能，降低站房電力管理系統(tǒng)投運(yùn)的通信網(wǎng)絡(luò)搭建與運(yùn)維成本。