陳 水 順

[同濟(jì)大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院(集團(tuán))有限公司, 上海 200092]

0 引 言

伴隨著5G、物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)+、人工智能(AI)等新型先進(jìn)技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用,為了提高用戶供電質(zhì)量和可靠性,提高用戶運(yùn)維安全性及運(yùn)維效率,實(shí)現(xiàn)供配電系統(tǒng)設(shè)備泛在物聯(lián)的遠(yuǎn)程控制及管理,降低系統(tǒng)運(yùn)行損耗,提高系統(tǒng)節(jié)能效率,甚至為重要用戶提供高質(zhì)量的數(shù)字化保電,各變配電系統(tǒng)設(shè)備供應(yīng)商紛紛推出物聯(lián)網(wǎng)數(shù)字化系統(tǒng)管理平臺(tái),又稱(chēng)為智能配電系統(tǒng),如施耐德的EcoStruxure系統(tǒng)平臺(tái)、ABB Ability數(shù)字化系統(tǒng)平臺(tái)、大全DQM+智慧云柜系統(tǒng)、常熟開(kāi)關(guān)CS-Smartlink數(shù)字化綜合配電系統(tǒng)等。

1 智能配電系統(tǒng)

1.1 智能配電系統(tǒng)定義

智能配電系統(tǒng)是設(shè)置有智能配電服務(wù)器集群、能源數(shù)據(jù)分析服務(wù)器、集中監(jiān)測(cè)管理工作站、工程師工作站、移動(dòng)運(yùn)維的系統(tǒng)平臺(tái)。智能配電系統(tǒng)架構(gòu)包含設(shè)備運(yùn)行層、網(wǎng)絡(luò)層、監(jiān)控層、應(yīng)用管理層(包括能源數(shù)據(jù)分析、云端服務(wù)等)四個(gè)應(yīng)用層面。智能配電系統(tǒng)基于物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)字化配電解決方案,結(jié)合控制技術(shù)、云計(jì)算和大數(shù)據(jù)分析與服務(wù)等,將配電系統(tǒng)中的智能設(shè)備互聯(lián)互通,實(shí)現(xiàn)主動(dòng)性高效維護(hù),保障配電運(yùn)行更加安全、可靠,全方位改善配電系統(tǒng)。

1.2 智能配電系統(tǒng)組成

智能配電系統(tǒng)需要智能的變配電系統(tǒng)元器件及智能監(jiān)控系統(tǒng)平臺(tái)支撐,即從市政進(jìn)戶到設(shè)備終端所有的變配電系統(tǒng)設(shè)備應(yīng)采用智能設(shè)備,其中包括智能中壓配電柜、智能干式變壓器、智能低壓配電柜、智能ATS開(kāi)關(guān)、智能中壓開(kāi)關(guān)、智能萬(wàn)能斷路器開(kāi)關(guān)、智能塑殼斷路器、智能小型斷路器、智能配電母線、智能變頻器、智能不間斷電源(UPS)、智能配電母線、智能列頭柜等。如施耐德的智能中壓斷路器Smart HVX及Smart PIX智能中壓空氣絕緣開(kāi)關(guān)柜、Smart Panel智能低壓開(kāi)關(guān)柜及Masterpact MTZ、PowerTag for NSX、PowerTag for FD智能型低壓斷路器;ABB智慧中壓斷路器iVD4及智慧UniGear中壓開(kāi)關(guān)柜、MNS Digital數(shù)字化開(kāi)關(guān)柜;大全DQM+智慧云柜;常熟開(kāi)關(guān)CGZ1智能低壓配電開(kāi)關(guān)柜、CW6、CM6Z等。

1.3 智能配電系統(tǒng)構(gòu)架及系統(tǒng)平臺(tái)

智能配電系統(tǒng)架構(gòu)通常包含設(shè)備運(yùn)行層、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用管理層(包括監(jiān)控層、能源數(shù)據(jù)分析、云端服務(wù)等)等,不同層面支撐不同業(yè)務(wù)管理功能。

某智能變配電系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意如圖1所示。

圖1 某智能變配電系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意

2 某國(guó)際會(huì)議中心項(xiàng)目供配電系統(tǒng)

2.1 項(xiàng)目概況

某國(guó)際會(huì)議中心是西安某國(guó)際會(huì)展中心的核心場(chǎng)館之一,定位為國(guó)家級(jí)國(guó)際會(huì)議中心。會(huì)議中心總建筑面積約為20.7萬(wàn)m2,建筑高度為51.05 m,地上3層,地下2層。分別設(shè)置凈使用面積 4 300 m2左右的會(huì)議廳、宴會(huì)廳、多功能廳三個(gè)主要功能大尺度空間,會(huì)議及宴會(huì)總面積23 000 m2,85～4 300 m2的會(huì)議廳室40個(gè)。

該會(huì)議中心可服務(wù)國(guó)際高峰論壇、雙邊及多邊會(huì)議等功能需求,主要用于3 000人左右的大型會(huì)議和宴會(huì);兼做高端精品展示,可提供展覽面積45 000 m2。

2.2 供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

該國(guó)際會(huì)議中心定位為國(guó)家級(jí)國(guó)際會(huì)議中心。根據(jù)JGJ 16—2008《民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》(設(shè)計(jì)期間新民標(biāo)尚未發(fā)布實(shí)施)附錄A表A要求,會(huì)議中心市電按一級(jí)負(fù)荷電源要求供電。為滿足項(xiàng)目一級(jí)負(fù)荷的供電要求,綜合考慮當(dāng)?shù)毓╇娋帧I(yè)主以及顧問(wèn)的相關(guān)意見(jiàn),會(huì)議中心10 kV高壓供電方案采用4路10 kV市政供電。其中1路(4#10 kV市政電源)專(zhuān)供地下車(chē)庫(kù)充電樁電源,其余3路專(zhuān)供會(huì)議中心大樓照明、空調(diào)、電力等用電。3路市政電源采用2用1備供電方式,3路10 kV市政電源之間設(shè)置聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān),其中1#、2#10 kV市政電源為常用電源,3#10 kV市政電源為備用電源。1#、2#進(jìn)線來(lái)自不同110 kV變電站,3#進(jìn)線來(lái)自與1#、2#進(jìn)線不同的變電站或同一110 kV變電站的不同出線母線。

該會(huì)議中心10 kV變壓器的總裝機(jī)容量為32 400 kVA,其中包括6 400 kVA的充電樁專(zhuān)用變壓器容量。大樓根據(jù)負(fù)荷分布及建筑平面功能布局在地下室分區(qū)、分功能分別設(shè)置1間10 kV高壓配電室和7間10 kV分變電所(1#變電所～7#變電所)。

4路10 kV高低壓供配電系統(tǒng)構(gòu)架拓?fù)涫疽鈭D如圖2所示。

會(huì)議中心變配電所設(shè)備機(jī)房布置總平面示意圖如圖3所示。

會(huì)議中心變配電所變壓器裝機(jī)容量及供電對(duì)象如表1所示。

會(huì)議中心按規(guī)范要求設(shè)置應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī),為確保會(huì)議中心在平時(shí)及重要國(guó)際峰會(huì)期間大樓用電可靠性要求,后備柴油發(fā)電機(jī)電源考慮按固定發(fā)電機(jī)+臨時(shí)發(fā)電機(jī)接口方式設(shè)計(jì)。其中固定發(fā)電機(jī)主要帶載大樓內(nèi)火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警及聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)、火災(zāi)應(yīng)急照明及疏散指示標(biāo)志、防排煙設(shè)施、消防水系統(tǒng)、消防電梯、電動(dòng)防火卷簾門(mén)排污泵、消防設(shè)備用電等消防負(fù)荷用電及弱電機(jī)房用電、電梯用電、應(yīng)急照明用電、主會(huì)場(chǎng)空調(diào)設(shè)備電源、生活水泵用電、廚房冷藏室或冷柜等保障用電、展廳和宴會(huì)廳備用照明、弱電設(shè)備用等重要設(shè)備用電。臨時(shí)發(fā)電機(jī)電源接口考慮同時(shí)預(yù)留高壓發(fā)電機(jī)接口和低壓發(fā)電機(jī)接口,臨時(shí)發(fā)電機(jī)供電范圍為會(huì)議中心全負(fù)荷(充電樁專(zhuān)用變壓器除外)。高壓臨時(shí)發(fā)電機(jī)進(jìn)線負(fù)荷隔離開(kāi)關(guān)與市電進(jìn)線負(fù)荷隔離開(kāi)關(guān)間設(shè)置備自投裝置;低壓臨時(shí)發(fā)電機(jī)與變壓器低壓主開(kāi)關(guān)、低壓母聯(lián)開(kāi)關(guān)間均設(shè)置電氣連鎖及機(jī)械閉鎖;低壓固定柴油發(fā)電機(jī)與市電之間采用單刀雙投ATS開(kāi)關(guān),確保避免與市電并列運(yùn)行。

考慮到該項(xiàng)目為舉辦國(guó)家級(jí)會(huì)議場(chǎng)所,為確保會(huì)議期間相關(guān)場(chǎng)所的照明、音/視頻、同聲傳譯系統(tǒng)、聲光控系統(tǒng)、主會(huì)場(chǎng)舞臺(tái)照明及媒體區(qū)大屏幕、VIP電梯及VIP扶梯等系統(tǒng)的供電可靠性要求,同時(shí)地上會(huì)場(chǎng)空間均為大空間場(chǎng)所且建筑空間上不具備分層集中設(shè)置UPS機(jī)房條件,擬在地下室集中設(shè)置UPS。UPS按負(fù)載功能類(lèi)型分別集中設(shè)置。相關(guān)UPS電源的配置如下。

(1) 1F VIP電梯廳、1F入口大廳、1F VIP過(guò)廊、1F VIP休息室、1F宴會(huì)廳、2F VIP電梯廳、2F前廳、2F VIP過(guò)廊、3F VIP電梯廳、3F前廳、3F VIP過(guò)廊、3F VIP休息室、3F主會(huì)場(chǎng)等場(chǎng)所照明均分區(qū)設(shè)置UPS電源,UPS電源由兩路市電+發(fā)電機(jī)電源供電。每層分別設(shè)置2組UPS電源UPSA和UPSB,2組UPS電源各帶VIP電梯廳、 VIP過(guò)廊、 VIP 休息室、主會(huì)場(chǎng)等場(chǎng)所50%照明。

(2) 3F主會(huì)場(chǎng)音視頻、同聲傳譯系統(tǒng)、聲光控系統(tǒng)、主會(huì)場(chǎng)舞臺(tái)照明及媒體區(qū)大屏幕等系統(tǒng)均采用雙路市電+柴油發(fā)電機(jī)+UPS電源供電方式。

(3) VIP電梯及正大門(mén)兩組領(lǐng)導(dǎo)專(zhuān)用VIP自動(dòng)扶梯設(shè)置UPS電源。

(4) 所有的UPS電源均集中設(shè)置在大樓-1F,UPS電源電池后備時(shí)間按30 min設(shè)計(jì)。

3 某國(guó)際會(huì)議中心智能配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 智能配電系統(tǒng)引入的必要性

該項(xiàng)目施工后期,考慮到其日后將經(jīng)常性開(kāi)展一些國(guó)家級(jí)或國(guó)際級(jí)的重要性會(huì)議,因此會(huì)議中心的日常保電運(yùn)維及會(huì)議期間的保電尤其重要。經(jīng)業(yè)主、運(yùn)管部門(mén)及相關(guān)單位共同討論,該項(xiàng)目增設(shè)智能配電系統(tǒng),以確保會(huì)議中心的供電可靠性,提高會(huì)議中心保電運(yùn)維效率。

3.2 智能配電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

該項(xiàng)目明確增設(shè)智能配電系統(tǒng)期間,大樓內(nèi)的高低壓配電柜均已招標(biāo)完成,且所有的高低壓柜均全部采用施耐德原廠柜并均已排產(chǎn),因此該項(xiàng)目智能配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)其實(shí)也是對(duì)會(huì)議中心現(xiàn)有的變配電系統(tǒng)進(jìn)行智能配電系統(tǒng)改造設(shè)計(jì)。

會(huì)議中心智能配電系統(tǒng)采用施耐德的EcoStruxure系統(tǒng)平臺(tái),并在原有低壓配電柜系統(tǒng)中做如下硬件部分改造:① 增加萬(wàn)能式斷路器智能單元,通訊組件設(shè)置在低壓配電室,進(jìn)線回路和母聯(lián)回路;② 增加配置ComBox在配電室,用于萬(wàn)能式斷路器數(shù)據(jù)采集和上云端平臺(tái);③ 增加低壓母線光纖測(cè)溫系統(tǒng)主機(jī)和光纖;④ 增加配置通訊管理機(jī),用于原有的珠海派諾電力監(jiān)控系統(tǒng)及建筑綜合能耗監(jiān)控系統(tǒng)接口,采集饋線回路儀表數(shù)據(jù)和上云端平臺(tái)。

會(huì)議中心改造后的EcoStruxure智能配電系統(tǒng)通過(guò)萬(wàn)能式斷路器智能單元、測(cè)溫DTS主機(jī)、通訊管理機(jī)可采集會(huì)議中心配電系統(tǒng)的主要參數(shù)信息:① 斷路器內(nèi)部參數(shù)&電氣參數(shù):觸頭老化分析、斷路器剩余壽命、斷路器狀態(tài)、故障報(bào)警、事件記錄;② 測(cè)量數(shù)據(jù):電流、電壓、諧波THD、功率、電能、三項(xiàng)不平衡、功率因數(shù)、母線溫升數(shù)據(jù)。

會(huì)議中心EcoStruxure智能配電系統(tǒng)與各個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)接口協(xié)議配置設(shè)計(jì):

(1) 母線光纖測(cè)溫系統(tǒng):配置測(cè)溫DTS主機(jī)+PC,在測(cè)溫系統(tǒng)PC端部署軟網(wǎng)關(guān)DERA接口,將數(shù)據(jù)上傳至EMOP。

(2) 進(jìn)線智能斷路器:配置IFE智能通訊單元,ComBox云網(wǎng)關(guān)直接讀取數(shù)據(jù),通過(guò)ComBox云網(wǎng)關(guān)的4G通訊上傳數(shù)據(jù)至EMOP。

(3) 饋線回路電力儀表:由珠海派諾能源管理系統(tǒng)提供TCP IP接口,施耐德配置相應(yīng)通訊管理機(jī)和軟網(wǎng)關(guān)DERA接口,采用標(biāo)準(zhǔn)的Modbus TCP或 IEC 104協(xié)議將數(shù)據(jù)采集并上傳至EMOP。

會(huì)議中心EcoStruxure智能配電系統(tǒng)拓?fù)涫疽鈭D如圖4所示。

圖4 會(huì)議中心EcoStruxure智能配電系統(tǒng)拓?fù)涫疽鈭D

3.3 智能配電系統(tǒng)的保電功能

會(huì)議中心EcoStruxure智能配電系統(tǒng)以電氣資產(chǎn)健康為主題,針對(duì)用戶變配電系統(tǒng)運(yùn)維特點(diǎn)需求打造全生命周期數(shù)字化服務(wù);配電系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)被EcoStruxure智能配電系統(tǒng)中的千里眼云平臺(tái)收集后,由千里眼顧問(wèn)做深入分析,動(dòng)態(tài)評(píng)估電氣設(shè)備健康度,并通過(guò)專(zhuān)家遠(yuǎn)程診斷,實(shí)現(xiàn)以下系統(tǒng)監(jiān)控。

(1) 溫升預(yù)警,母線溫升監(jiān)視:實(shí)時(shí)監(jiān)視母線溫度,溫升報(bào)警后臺(tái)呈現(xiàn),專(zhuān)有母線溫升監(jiān)視頁(yè)面。

(2) 在線報(bào)警推送,助力快速響應(yīng)(故障發(fā)生時(shí),主動(dòng)推送手機(jī)):故障點(diǎn)信息、原因推送,動(dòng)作曲線云端調(diào)用和校驗(yàn),報(bào)警等級(jí)和參數(shù)設(shè)定,故障預(yù)案推送。

(3) 二維碼掃描,助力保電巡檢:通過(guò)手機(jī)掃描開(kāi)關(guān)二維碼,定位設(shè)備;設(shè)備運(yùn)行、環(huán)境實(shí)時(shí)信息;設(shè)備運(yùn)行和整定歷史數(shù)據(jù);設(shè)備維護(hù)歷史分析。

(4) 斷路器老化分析,防止突發(fā)異常:云端老化計(jì)算;實(shí)時(shí)和歷史告警;設(shè)備維護(hù)管理分析聯(lián)動(dòng);關(guān)聯(lián)咨詢服務(wù)。

(5) 自動(dòng)工單,數(shù)字化閉環(huán)工作流:工單周期性執(zhí)行,通過(guò)手機(jī)、電腦定向推送,維護(hù)周期前短信提醒,在線上傳照片填寫(xiě)記錄。

(6) 資產(chǎn)管理,監(jiān)測(cè)設(shè)備全生命周期信息:設(shè)備生產(chǎn)制造信息,負(fù)載特點(diǎn)信息;設(shè)備全生命周期的運(yùn)行信息;設(shè)備全生命周期的操作記錄;結(jié)合服務(wù)提供的資產(chǎn)咨詢報(bào)告。

會(huì)議中心EcoStruxure智能配電系統(tǒng)基于系統(tǒng)對(duì)配電系統(tǒng)中萬(wàn)能式斷路器、塑殼斷路器、小型斷路器、表計(jì)、母線等,將設(shè)備最底層的狀態(tài)量、電氣量和設(shè)備信息全面感知千里眼云平臺(tái)。

(1) 日常期間的常規(guī)預(yù)防性保電。EcoStruxure智能配電系統(tǒng)千里眼顧問(wèn)可提供日常保電維護(hù),關(guān)注資產(chǎn)全生命周期的健康狀況,及時(shí)消除中、高等級(jí)風(fēng)險(xiǎn):數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)采集,后臺(tái)動(dòng)態(tài)評(píng)估診斷;斷路器老化分析;移動(dòng)運(yùn)維報(bào)警/預(yù)警;設(shè)備健康儀表盤(pán),有序維護(hù);數(shù)據(jù)分析模塊,自由組合專(zhuān)業(yè)分析;DOC專(zhuān)家在線協(xié)助,專(zhuān)業(yè)意見(jiàn);資產(chǎn)健康診斷報(bào)告,全面體檢。

(2) 重大賽事/會(huì)議前期的關(guān)鍵預(yù)防性保電。重大賽事/會(huì)議前1～2個(gè)月,進(jìn)行MPS原廠級(jí)專(zhuān)業(yè)配電評(píng)估咨詢,評(píng)估配電系統(tǒng)的安全性,評(píng)估備件水平、識(shí)別關(guān)鍵回路,發(fā)現(xiàn)薄弱環(huán)節(jié),立即整改,防患于未然。MPS配電評(píng)估咨詢:從選型、安裝調(diào)試、運(yùn)維三個(gè)問(wèn)題根源維度發(fā)現(xiàn)問(wèn)題隱患;充分了解風(fēng)險(xiǎn)細(xì)節(jié)與分布情況;認(rèn)清風(fēng)險(xiǎn)根源與后果;制定和規(guī)劃對(duì)策,建立機(jī)制/體系,分級(jí)管控風(fēng)險(xiǎn)實(shí)現(xiàn)配電系統(tǒng)本質(zhì)安全。

(3) 提供重大賽事/會(huì)議期間的現(xiàn)場(chǎng)原廠級(jí)保電。原廠柜設(shè)備供應(yīng)商施建現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急保電團(tuán)隊(duì),制定章程,組織保電工作SE專(zhuān)家團(tuán)隊(duì),利用AI智能診斷技術(shù)遠(yuǎn)程助力現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)維人員保電工作,提供SC現(xiàn)場(chǎng)保電服務(wù)。

4 結(jié) 語(yǔ)

智能配電系統(tǒng)將供配電系統(tǒng)的運(yùn)維由“被動(dòng)”運(yùn)維方式變?yōu)椤爸鲃?dòng)+移動(dòng)”的運(yùn)維方式,大大地提高用戶供電質(zhì)量和可靠性,提高用戶運(yùn)維安全性及運(yùn)維效率,實(shí)現(xiàn)供配電系統(tǒng)設(shè)備泛在物聯(lián)的遠(yuǎn)程控制及管理,降低系統(tǒng)運(yùn)行損耗,提高系統(tǒng)節(jié)能效率。同時(shí)系統(tǒng)供應(yīng)商可為一些重要用戶提供附加升值的保電運(yùn)維方案和技術(shù)支持,為重要用戶的電源系統(tǒng)可靠性運(yùn)行保駕護(hù)航。

現(xiàn)階段實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中需注意:智能變配電系統(tǒng)比傳統(tǒng)變配電系統(tǒng)的初期投資高近25%,設(shè)計(jì)前期尚需結(jié)合用戶初期投資綜合考慮。同時(shí)隨著智慧建筑、智慧園區(qū)、智慧城市及萬(wàn)物互聯(lián)互通的推進(jìn)發(fā)展及智能變配電系統(tǒng)技術(shù)的完善,未來(lái)智能變配電系統(tǒng)技術(shù)將會(huì)被普遍應(yīng)用。