劉柞宇

中國能源建設(shè)集團(tuán)甘肅省電力設(shè)計(jì)院有限公司 甘肅蘭州 730050

現(xiàn)代社會發(fā)展，迅速，環(huán)境問題也日益突出，所以做好建筑節(jié)能，可以保證合理使用資源，有效保護(hù)環(huán)境。我國目前的變電站占地面積大，有較大的能耗，存在過度浪費(fèi)資源的情況。之所以要建立智能變電站，就是要建造節(jié)能建筑，通過對建筑物內(nèi)的能耗進(jìn)行分析，便于合理控制設(shè)備的工作狀態(tài)，保證資源利用率[1]。想要實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能，就需要檢測建筑接入能源、變電站周圍環(huán)境和變電站能耗，并分析用電信息趨勢，據(jù)此制定科學(xué)合理的設(shè)備節(jié)能方案，這樣設(shè)備在運(yùn)行期間就一直被控制在節(jié)能狀態(tài)。

1 智能變電站建筑節(jié)能系統(tǒng)應(yīng)用意義

目前我國火力發(fā)電的主要燃料為化石燃燒，這種發(fā)電形式十分耗能，且污染嚴(yán)重，會嚴(yán)重污染和破壞環(huán)境[2]。作為全球第一大碳排放國家，我國每年達(dá)到5.5噸的人均碳排放量。大量的碳排放除了會造成溫室效應(yīng)之外，所燃燒的煤礦石內(nèi)的毒物還會破壞人民健康并污染環(huán)境。對于我國目前的情況來說，急需一些有效的手段和方法節(jié)約能源，優(yōu)化資源。

變電站作為一種重要的電力輸配設(shè)備，功能在于對區(qū)域間各部分電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)。因?yàn)槟壳暗拇蟓h(huán)境對環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)和能耗標(biāo)準(zhǔn)的要求都十分嚴(yán)格，所以變電站目前也在向人工智能系統(tǒng)演化。智能變電站建筑與傳統(tǒng)的變電站建筑設(shè)備“容器”的概念不同，在結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)方面作出了創(chuàng)新，保障了變電站工作期間的效率，同時(shí)保證可以有效節(jié)能[3]。

2 智能變電站建筑節(jié)能系統(tǒng)的具體構(gòu)架

2.1 變電站自用電力監(jiān)測模塊

在節(jié)能系統(tǒng)中，利用站內(nèi)綜合自動化系統(tǒng)接口，可以收集和監(jiān)控變電站內(nèi)低壓側(cè)總電壓、總電流、各支路的電壓和電流等數(shù)據(jù)[4]。此外，電力監(jiān)測模塊還可以利用感知系統(tǒng)和傳感器等對變電站內(nèi)部各部件的具體工作狀態(tài)進(jìn)行探測。例如，在變電站工作期間，可以通過收集數(shù)據(jù)，呈現(xiàn)空調(diào)、燈具和散熱系統(tǒng)等的總電壓和總功率情況。同時(shí)，模塊系統(tǒng)自身還可以處理之前的歷史用電信息，方便工作人員根據(jù)季節(jié)、氣候等具體因素對變電站內(nèi)部的電量使用情況進(jìn)行綜合分析，從而有效優(yōu)化和調(diào)整自身能耗。

2.2 蓄電池狀態(tài)監(jiān)測模塊

節(jié)能系統(tǒng)可以利用站內(nèi)綜合自動化系統(tǒng)接口，對其中的蓄電池總電壓、總電流、蓄電池內(nèi)單電池電壓、電流等進(jìn)行提取，完成提取后，通過動力檢測系統(tǒng)下的各子系統(tǒng)內(nèi)事先設(shè)置好的閾值管理和控制各種信號。當(dāng)電池組超過閾值范圍時(shí)，子系統(tǒng)在處理時(shí)可以向蓄電池監(jiān)測點(diǎn)周邊的攝像頭傳遞目標(biāo)區(qū)域圖像的相關(guān)信號，信號燈再發(fā)出警告指令[5]。在這一階段蓄電池狀態(tài)監(jiān)測模塊會記錄并存儲一系列指令和信號，由工作人員結(jié)合實(shí)際情況分析蓄電池的狀態(tài)和故障情況，并根據(jù)具體情況對閾值的設(shè)定進(jìn)行調(diào)整。

2.3 UPS監(jiān)測模塊

UPS指的是不間斷供電系統(tǒng)，站內(nèi)綜合自動化系統(tǒng)接口可以收集和提取主機(jī)狀態(tài)、裝置報(bào)警等多種UPS信息，并將其向動力檢測子系統(tǒng)中進(jìn)行傳遞。動力檢測子系統(tǒng)可以按照設(shè)定閾值判斷、處理并記錄相關(guān)信號，由工作人員根據(jù)數(shù)據(jù)信息設(shè)定和調(diào)整相關(guān)閾值，對故障問題和錯誤信號進(jìn)行處理。

3 智能變電站建筑節(jié)能系統(tǒng)具體設(shè)計(jì)分析

3.1 智能變電站的優(yōu)勢

從智能化變電站的尤其是來看，其主要體現(xiàn)在三個方面：其一，智能變電站有自身的信息平臺，其采用了相同的通訊協(xié)議和信息模式，通過變電站機(jī)器設(shè)備之間的額相互協(xié)作既可以實(shí)現(xiàn)變電站內(nèi)部信息資源的共享，提升信息資源共享的速度和效率，還能夠有效的降低智能電站的設(shè)計(jì)與維修費(fèi)用；其二，智能變電站采用最先進(jìn)的額光纖信號傳輸，不僅提升了信號傳輸?shù)乃俣扰c準(zhǔn)確度，還有效的降低了安裝和維護(hù)費(fèi)用，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備的無油化，既增強(qiáng)了變電站的安全性，還減少了變電站的占地面積，有效的解決土地資源；其三，智能變電站能夠?qū)崿F(xiàn)對一側(cè)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，尤其是各個在線監(jiān)測裝置采用統(tǒng)一的后臺、架空、接口及通信規(guī)約，這樣既可以有效的解決數(shù)學(xué)采集設(shè)備投資重復(fù)問題，還能夠有效的降低建設(shè)成本。

3.2 智能變電站的設(shè)計(jì)原則

從智能變電站節(jié)能系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則來看，其主要表現(xiàn)在五個方面：其一，確保變電站整體的穩(wěn)定性與運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性；其二，通過對設(shè)備進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)化組合來降低百能電站建設(shè)成本；其三，通過變電站通訊協(xié)議構(gòu)建變電站檢測管理系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)控變電站關(guān)鍵設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，以此來降低變電站故障發(fā)生幾率；其四，采用高度基層設(shè)備，實(shí)現(xiàn)變電站功能的簡約化與人性化；其五，對于新設(shè)備和新技術(shù)都需要保留升級的功能，以此來滿足市場需求。

3.3 智能變電站節(jié)能系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析

首先，對一次設(shè)備進(jìn)行智能化升級。在現(xiàn)代化變電站進(jìn)行智能設(shè)計(jì)則是變電站實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的科技基礎(chǔ)，所以在智能變電站節(jié)能系統(tǒng)設(shè)計(jì)的過程中則需要對一次設(shè)備進(jìn)行智能化、節(jié)能化設(shè)計(jì)，在主變壓器中安裝智能終端和配套的合并單元，在出線間隔、主變進(jìn)線間隔內(nèi)配置智能終端，利用變電站檢測后臺系統(tǒng)對變電站運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測和追蹤、匯總，以此來設(shè)計(jì)出具有針對性的調(diào)整和檢修方案。其次，對二次設(shè)備進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)化布局。在智能變電站節(jié)能系統(tǒng)設(shè)計(jì)的過程中，對于二次設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化布局的優(yōu)化，一是要在站控層設(shè)備管理進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)分布，二是要掌握變電站間隔層設(shè)備的配置情況，三是需要在過程層進(jìn)行設(shè)備設(shè)計(jì)。通過站控層、間隔層、過程層的網(wǎng)絡(luò)化設(shè)計(jì)來實(shí)智能變電站節(jié)能系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

4 智能變電站建筑能耗具體分析與管理

利用綜合自動化系統(tǒng)的接入站，建筑節(jié)能監(jiān)測系統(tǒng)可以獲得全部設(shè)備的用電信息，從用電設(shè)備分類的角度計(jì)量各種設(shè)備的能量消耗。計(jì)算項(xiàng)目包括門禁、地插等設(shè)備、制冷設(shè)備和照明設(shè)備等[6]。經(jīng)由傳感器或自動化接口將數(shù)據(jù)統(tǒng)一向動力監(jiān)測子系統(tǒng)進(jìn)行傳輸。動力監(jiān)測系統(tǒng)運(yùn)用相關(guān)能耗分析計(jì)算式計(jì)算能耗。

收集站內(nèi)用電的電流、電壓和能耗多種信息，將這些信息利用綜合自動化接口向動力監(jiān)測子系統(tǒng)進(jìn)行傳輸，根據(jù)提前設(shè)定好的閾值，動力監(jiān)測子系統(tǒng)開始處理相應(yīng)的信號，發(fā)送聯(lián)動指令調(diào)配蓄電池檢測點(diǎn)附近的燈光和攝像頭。在處理期間，系統(tǒng)會自動向數(shù)據(jù)庫中輸入聯(lián)動動作和報(bào)警記錄，并將其展示在三維場景中，用戶可以根據(jù)自己的實(shí)際需求，配置蓄電池報(bào)警聯(lián)動的燈光閾值和攝像頭等。利用三維可視化技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)等可以分析變電站的動力系統(tǒng)數(shù)據(jù)和環(huán)境參數(shù)，并通過這一技術(shù)顯示出變電站和信息機(jī)房相關(guān)設(shè)備的運(yùn)行情況，以有效管理和監(jiān)控供電源和風(fēng)機(jī)等設(shè)備，從而達(dá)到節(jié)能減排的目標(biāo)。

4.1 系統(tǒng)中的空調(diào)監(jiān)控

將空調(diào)監(jiān)控的溫度信息、開光狀態(tài)等信息向系統(tǒng)后臺進(jìn)行傳送后，系統(tǒng)會根據(jù)事先設(shè)定好的閾值處理相應(yīng)信號，對空調(diào)附近的燈光和攝像頭發(fā)出聯(lián)動指令，在此期間，相關(guān)記錄會向系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫中進(jìn)行傳輸，并利用三維場景進(jìn)行顯示，通過這些信息，用戶就可以配置空調(diào)及監(jiān)控的相關(guān)參數(shù)[7]。

4.2 系統(tǒng)智能燈光控制

燈光以區(qū)域?yàn)榭刂茊挝?，根?jù)變電站的燈光控制需求的不同，可以進(jìn)行區(qū)域劃分，每個區(qū)域都可以在開關(guān)上向配電箱引出一根火線，站內(nèi)自帶的配電箱和上述配電箱的位置屬于相鄰狀態(tài)，利用485線連接配電箱和主控室中的事件服務(wù)器，這樣和其相關(guān)的設(shè)備聯(lián)動需要燈光時(shí)，就可以收到燈光控制信息。系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫會同時(shí)收到燈光的關(guān)閉和打開動作，有創(chuàng)控制各個區(qū)域的燈光，在結(jié)合軟件后，燈光控制系統(tǒng)就可以獲取燈光開關(guān)狀態(tài)信息并顯示在三維場景中；利用控制箱遠(yuǎn)程控制各個區(qū)域的燈光。在不同的季節(jié)可以設(shè)定不同的模式，根據(jù)用戶不同的需求，聯(lián)動控制攝像頭。

5 建筑節(jié)能技術(shù)措施

建筑節(jié)能指的是通過合理的建筑設(shè)計(jì)以及改善建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱工性能，保證建筑物室內(nèi)溫度處于舒適狀態(tài)，在室內(nèi)熱環(huán)境指標(biāo)相同的前提下，提升采暖、空調(diào)設(shè)備和照明設(shè)備的效率，減少能耗。國家也在大力提倡在變電站建設(shè)中推廣和普及低能耗建筑，保證在變電站全壽命周期內(nèi)獲得最大的經(jīng)濟(jì)效益。我國各地氣候有較大的差別，所以不同地域的建筑有不同的節(jié)能設(shè)計(jì)方法和標(biāo)準(zhǔn)，目前可以參考的依據(jù)有《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》、《民用建筑熱工設(shè)計(jì)規(guī)范》等。而變電站因?yàn)樵诠I(yè)建筑范疇內(nèi)，所以尚無相應(yīng)的節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，目前可以參考民用建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)和國網(wǎng)“兩型一化”文件設(shè)計(jì)站內(nèi)建筑物。

5.1 建筑設(shè)計(jì)的優(yōu)化

因?yàn)橹悄茏冸娬镜男再|(zhì)屬于無人值班、有人值守，所以在保證基本運(yùn)行要求得到滿足的基礎(chǔ)上，可以對建筑總體布局、單位功能組織等進(jìn)行優(yōu)化，使建筑物的面積和體積減少，這樣占地更少，在建造期間的能耗就更好。

建筑布局和朝向選擇：因?yàn)楸狈教鞖夂?，所以都配備了采暖設(shè)備和太陽能設(shè)備，所以在選擇建筑朝向時(shí)要求保證日照充足，且要避開冬季主導(dǎo)風(fēng)向，以免出現(xiàn)“霜凍效應(yīng)”和“風(fēng)影效應(yīng)”。通過分析施工地區(qū)的太陽輻射、自然通風(fēng)等氣候條件會對建筑能耗造成的影響確定朝向布置，盡可能的利用天然能源，保證建筑物室內(nèi)熱環(huán)境。立面造型設(shè)計(jì)：合理的建筑體形可以使建筑物無需大量與外界交換熱量，在具備相同的其他條件基礎(chǔ)上，體形系數(shù)越大，就會有越大的單位建筑面積對應(yīng)的外表面面積，就會出現(xiàn)越多的傳熱損失，越影響節(jié)能效果。所以要求建筑立面簡潔大方，可以選用雙坡屋面，不設(shè)置其他的凹凸變化，這樣就不會影響到建筑采暖能耗。屋面坡度設(shè)置合理時(shí)，可以快速排水，避免冬季時(shí)屋頂覆蓋積雪太厚，且建筑物不會太呆板。在變電站全壽命周期內(nèi)，通過設(shè)置吊頂，更有助于節(jié)能。新型節(jié)能建材選用：在選擇建筑材料時(shí)，原則為“兩型一化”和“兩型三新”，多選用節(jié)能、環(huán)保的新型節(jié)能建材，選用混凝土空心磚，可以降低生產(chǎn)能耗，有效節(jié)約土地、廢物利用。選用現(xiàn)澆鋼筋混凝土空心屋蓋屋面，保溫性能顯著，選用聚苯乙烯泡沫塑料板做保溫，這種材料的密度小，有較高的導(dǎo)熱系數(shù)。裝修時(shí)也要注意環(huán)保，盡量選擇可循環(huán)使用、無毒、無污染的材料和產(chǎn)品。

5.2 建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工節(jié)能

降低建筑物圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱系數(shù)，可以對材料里的熱量傳遞速度進(jìn)行控制，增強(qiáng)材料的隔熱性能，夏季時(shí)有效避免室外熱量進(jìn)入室內(nèi)，冬季時(shí)有效避免室內(nèi)熱量向室外泄漏，保證建筑物室內(nèi)始終能處于舒適狀態(tài)，采暖等輔助設(shè)備的負(fù)荷更小，從而有效節(jié)能。對于北方地區(qū)，因?yàn)槎臼趾?，所以需要做外墻保溫措施，在進(jìn)行節(jié)能計(jì)算比較后，發(fā)現(xiàn)最為經(jīng)濟(jì)科學(xué)的方法就是外墻外保溫。外墻外保暖是在外墻外側(cè)設(shè)置保溫隔熱體系，顯著降低主體結(jié)構(gòu)受到的溫差作用，避免建筑出現(xiàn)溫度變形，從而有效保護(hù)建筑結(jié)構(gòu)，延長結(jié)構(gòu)壽命。

5.3 建筑平面功能的優(yōu)化

利用優(yōu)化工藝對功能房間進(jìn)行布置合并，可以增加建筑平面的緊湊感，使之更加規(guī)整，最小化建筑面積。全站建筑都選用雙向坡屋面造型，在可以有效排水的同時(shí)，減少了冬季覆蓋雪的厚度，建筑空間更小，采暖費(fèi)用更少，采暖能耗得到顯著降低。

6 結(jié)語

之所以要建立智能變電站節(jié)能系統(tǒng)，主要是為了減少環(huán)境污染，改變變電站資源緊缺的問題。利用三維可視化技術(shù)和傳感器技術(shù)等可以實(shí)現(xiàn)邊站的互動化、信息化，滿足用戶的需求，實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)的長遠(yuǎn)發(fā)展。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，關(guān)于智能變電站的研究不斷深入，建筑節(jié)能系統(tǒng)也在隨之不斷完善和健全，從而有效保護(hù)環(huán)境、合理利用資源，保證滿足未來社會發(fā)展的需求。