工業(yè)園區(qū)的智能用電設計探討
——以渠江云谷為例

李文興，魯鵬

（1.四川深廣合作產(chǎn)業(yè)投資開發(fā)有限公司，四川 廣安638000；2.重慶文理學院機電工程學院，重慶402160；3.西南科技大學信息工程學院，四川 綿陽621010）

1 引言

渠江云谷項目占地面積約3km2（其中公園占地面積1km2），作為深廣產(chǎn)業(yè)園的配套工程，該項目共有36 棟建筑，分商業(yè)、酒店、超市、研發(fā)中心、配套商業(yè)、公寓等建筑業(yè)態(tài)。作為重要的園區(qū)配套工程，人們需要對電力系統(tǒng)進行綜合考慮。

1）合理規(guī)劃用電區(qū)域，滿足不同企業(yè)的用電需求；當出現(xiàn)用電故障或電力不足時，應滿足重要部位（企業(yè)）的用電，達到彈性用電目的。

2）當出現(xiàn)電力系統(tǒng)運行不正常時（如短路、漏電等）以及機電設備故障等，應及時準確判斷高低壓電力系統(tǒng)的故障點。

3）園區(qū)內(nèi)用電面積達3km2，公共區(qū)域用電約總用電量的30%，考慮采取何種方式降低能耗。

2 電力系統(tǒng)設計

2.1 電力系統(tǒng)分析

本項目采用了單位指標法進行用電統(tǒng)計[1，2]，項目共設置了高壓開閉所4 座（含高壓進線柜及地熱源泵用電6100kV·A），變電所16 座，總用電量為22850kV·A（具體計算詳見文獻[2]）。因此，從附近的降壓站引出2 路高壓電源，每一路電源最大可以承受12000kV·A 電容量，引至紅線外的高壓環(huán)網(wǎng)柜，兩路電源互為備用，當其中一路電源發(fā)生故障，另一路電源可以持續(xù)供電，實現(xiàn)重要負荷的高低壓彈性供電。

2.2 備用電源接入設計

園區(qū)的用電系統(tǒng)不僅考慮消防設備的用電、重要設備的用電，還要考慮保障重要生產(chǎn)企業(yè)的用電。

1）36#樓設置了2 臺柴油發(fā)電機組，主要提供給五星級酒店、36#樓其他區(qū)域的消防、重要設備用電；

2）2#～4#樓設置了1 臺柴油發(fā)電機組，主要提供1#～13#樓的消防、重要設備用電；

3）其他主要樓棟考慮預留柴油電機組的安裝位置等。

2.3 能耗及電能質(zhì)量檢測

電氣節(jié)能是未來發(fā)展的主題，采用節(jié)能夠有效地降低綜合體的運營成本，人們按建筑業(yè)態(tài)規(guī)劃變壓器、設置開閉所等[3]。

1）采用SCB11 變壓器，供電距離低于200m；大型電氣主設備采用軟啟動、變頻啟動等節(jié)能方式。

2）采用光源能效比LED 光源，結(jié)合智能照明控制方式減少了照明用電的消耗。

3）采用能耗檢測技術(shù)對建筑物的各處用電情況統(tǒng)一監(jiān)控和節(jié)能統(tǒng)計，能夠有效地預測未來的用電情況，便于及時調(diào)整用電規(guī)則或用電部位，滿足用電需要。

4）實時監(jiān)測和預警電能質(zhì)量，如電壓平衡監(jiān)測、供電可靠性、連續(xù)性監(jiān)測、諧波含量、功率因數(shù)、頻率監(jiān)測等。

3 電氣測量及采集系統(tǒng)

3.1 電氣測量系統(tǒng)

根據(jù)渠江云谷的用電需求，采用了AMI 技術(shù)[4]，用來測量、收集、儲存、分析和運用園區(qū)所有用戶的用電信息。在前端采用RS485、TCP 等協(xié)議實現(xiàn)了電力監(jiān)控、電梯、照明、水泵、消防電源、電氣火災、能耗監(jiān)控、遠程抄表等信息采集，通信層采用骨干光纖實現(xiàn)各個建筑樓棟的互聯(lián)，不同數(shù)據(jù)采用網(wǎng)絡交換機、防火墻實現(xiàn)內(nèi)外網(wǎng)絡的交換、數(shù)據(jù)隔離，有效保證了各個子系統(tǒng)的互聯(lián)、獨立和安全。

3.2 用電信息采集系統(tǒng)

采用CET 綜合計費系統(tǒng)對園區(qū)內(nèi)所有用戶的用電信息進行采集、處理和實時監(jiān)控的系統(tǒng)，信息采集終端定時凍結(jié)日、月、抄表日用戶負荷數(shù)據(jù)以及終端設備運行工況，生成用電負荷曲線。

3.2.1 公共關口計量點

1）開閉所高壓計量：電業(yè)部門在各個開閉所進行高壓集中計量，每路10kV 進線設置總計量裝置；

2）變電所低壓計量：在變壓器低壓側(cè)總進線處設置多功能電能表，監(jiān)測和計量電流、電壓、有功功率、功率因數(shù)等參數(shù)。

3.2.2 內(nèi)部設施計量點

通過內(nèi)部設施的計量點有效地收取物業(yè)管理費用。

1）對動力設備（如電梯、水泵）、空調(diào)、照明、特殊用電（如智能化設備）進行計量。

2）公共照明計量包括物業(yè)景觀用電、公共設施用電計量。

3.2.3 低壓用戶（企業(yè)、商戶）計量點

利用遠程抄表系統(tǒng)對低壓用戶（企業(yè)、商戶）進行用電數(shù)據(jù)采集，各低壓用戶電表進行按每月1 次，每日1 次或每日數(shù)次的指定周期性抄讀?？梢詫崟r動態(tài)分析低壓用戶的用電情況。除了對用電信息進行采集外，本系統(tǒng)設計了氣表、水表、暖表的接口，有效地保障了園區(qū)的四表合一。

4 電力保護系統(tǒng)

常見的電力系統(tǒng)故障有三相短路、兩相短路、單相接地、斷相、過載，線路漏電、老化，設備過載、電壓不穩(wěn)、電機損壞、啟動損壞等。因此，本項目從高壓開閉所、低壓配電所、高低壓線路檢測、重要設備監(jiān)控等方面進行保護和故障診斷，并以電子地圖的方式顯示出來。

4.1 高、低壓保護

高壓開閉所設置了微機綜保測控裝置，對10kV 進線測量保護，低壓端設置多功能儀表低壓饋線回路的信息采集和遠程集中控制管理，并將監(jiān)控數(shù)據(jù)上傳到電力控制中心[5]。

1）10kV 出線開關柜內(nèi)裝設真空斷路器及微機綜保測控裝置。

2）低壓主進設過載長延時、短路短延時等，部分回路設分勵脫扣器，在互投時卸載部分負荷，防止變壓器過載，同時在火災時，可以第一時間切斷火災場所相關非消防設備電源。

3）電梯、消防設備配電箱進線端設置ATS，實現(xiàn)雙回路的電源自動切換。單回路設置CPS，實現(xiàn)對電動機負載、配電負載的控制與保護。

4.2 電氣火災監(jiān)控

設置電氣火災監(jiān)控模塊，對所有變配電的低壓饋線路進行檢測，包括漏電電流、過電流信號，發(fā)出聲光報警信號，報出故障位置，監(jiān)視故障點參數(shù)變化，同時存儲各種故障信號。

4.3 電源監(jiān)控

1）電源監(jiān)控模塊：檢測消防設備電源的電流值、電壓值和開關狀態(tài)等信息，實時反映電源短路、斷路、過壓、欠壓、過流以及缺相、錯相、過載等異常并進行報警和記錄，從而可有效避免火災發(fā)生時，消防設備由于電源故障而無法正常工作的危急情況，最大限度地保障消防電源的可靠性。

2）設備監(jiān)控模塊（即BAS 系統(tǒng)）：對變配電系統(tǒng)（詳見電力監(jiān)控）、柴油發(fā)電機組、電梯、空調(diào)、生活給水泵、排水、排水泵、地源熱泵的監(jiān)控等。

電力監(jiān)控（與電力保護共用1 套自動控制的軟硬件系統(tǒng)）：監(jiān)測變配電室高壓進出線的電壓、電流、有功功率、無功功率、頻率、用電量、開關運行狀態(tài)、故障報警等參數(shù)的測量與記錄；變壓器開關狀態(tài)、故障報警及超溫報警；柴油發(fā)電機的開關狀態(tài)、故障報警及油箱低油位報警……

電梯監(jiān)控：電梯運行狀態(tài)監(jiān)測和運行時間記錄；電梯緊急狀態(tài)下的故障報警和管理；電梯火警狀態(tài)下的狀態(tài)顯示和報警管理。

送排風機監(jiān)控：監(jiān)測送排風機的運行狀態(tài)、故障和過載報警；按定時程序控制送排風機的啟/停。

3）照明的遠程控制：室外亮化、泛光照明、室內(nèi)智能照明等。實現(xiàn)對照明的定時開關、節(jié)能模式的設置、故障的檢測等。

5 數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)

整個項目有電力監(jiān)控系統(tǒng)、用戶抄表系統(tǒng)、信息發(fā)布系統(tǒng)、設備監(jiān)控、電氣節(jié)能等多個功能模塊，各個子系統(tǒng)模塊相對比較獨立，迫切需要一種新的技術(shù)將其整合，因此，采用了一種成熟的技術(shù)，這種技術(shù)就是分布式技術(shù)（其核心就是軟件中間件），方便實現(xiàn)用電系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集和處理[6]。

5.1 系統(tǒng)架構(gòu)設計

整個用電監(jiān)控系統(tǒng)為3 層結(jié)構(gòu)，即：數(shù)據(jù)處理層、通信層、前端控制層。數(shù)據(jù)處理層通過通信層與前端控制層相連，執(zhí)行設備的數(shù)據(jù)采集、狀態(tài)的監(jiān)視和控制管理。數(shù)據(jù)處理層包括電力監(jiān)控模塊（即SCADA，能耗檢測模塊、計量系統(tǒng)為深圳中電的系統(tǒng)），電氣火災模塊（北大青鳥）、設備監(jiān)控服務模塊、電力抄表模塊以及數(shù)據(jù)庫服務系統(tǒng)，各個服務系統(tǒng)通過軟件總線的方式實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。

5.2 數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)

數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)采用軟總線技術(shù)實現(xiàn)電力數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)各模塊的分布式管理，實現(xiàn)功能服務間的數(shù)據(jù)傳輸和交換，追蹤、記錄。并預留相應的軟件接口功能，并且在實施過程中不斷增加相應的軟件功能模塊即可。

1）每個服務模塊都通過接口耦合而來，并定義完整軟件接口和地址，如接口定義語言、服務語言實現(xiàn)不同軟件的互操作，屏蔽了底層通信協(xié)議如TCP/IP、HTTP、Modbus 等。

2）管理系統(tǒng)與互動業(yè)務分離：繳費服務、業(yè)務服務、消息互動等信息可以通過軟件總線與電力監(jiān)控等系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)有限的交換。

3）用戶側(cè)、管理側(cè)軟件接口：（1）遠程控制接口：網(wǎng)上繳費系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)接口與電力抄表系統(tǒng)連接完成數(shù)據(jù)的交互，對于欠費的用戶進行遠程控制。（2）業(yè)務擴裝和報裝：用戶可以通過手機APP、網(wǎng)絡、電話與園區(qū)服務中心進行溝通，對故障地點進行保修，園區(qū)建立故障服務電話。（3）故障信息管理：當某個區(qū)域設備出現(xiàn)了故障、電力供電不足的情況，及時將消息傳遞給園區(qū)內(nèi)的企業(yè)用戶，達到“防患于未然”的目的。

6 結(jié)語

通過結(jié)合傳統(tǒng)的電力監(jiān)控、軟件中間件、設備監(jiān)控系統(tǒng)等組成新型的智能用電技術(shù)，同時能夠減少工業(yè)園區(qū)的電力系統(tǒng)建設難度，有效地推動智能用電的應用，為園區(qū)正常供電提供了重要保證。