智能配電系統(tǒng)在總部辦公中的設(shè)計(jì)應(yīng)用

裴 雷

(北京市建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司，北京 100045)

1 項(xiàng)目概況

案例項(xiàng)目為中國石化上海浦東科研信息辦公綜合基地，位于上海市浦東新區(qū)陸家嘴金融中心核心區(qū)域，建成后中國石化上海各分公司(近20 家)入駐，作為中石化上海區(qū)域總部辦公基地。 規(guī)劃總用地面積62 903m2，總建筑面積260 380m2，其中地上建筑面積157 500m2，地下建筑面積102 880m2。地上部分為五棟科研辦公樓、信息中心、科技交流中，各樓地下為連通地下室，為配套附屬用房和地下人防車庫等。

項(xiàng)目由市政引入2 路35kV 市政電源，設(shè)置2 臺35/10kV 主變壓器，配套設(shè)置10kV 電容補(bǔ)償柜及饋線柜。 10/0.4kV 變電所共設(shè)3 處，根據(jù)供電半徑及功能區(qū)域劃分，為地上各樓及對應(yīng)地下區(qū)域供電。設(shè)置2 臺柴油發(fā)電機(jī)組，作為消防、信息中心機(jī)房等重要負(fù)荷備用電源。 項(xiàng)目10/0.4kV 變壓器共16臺，總裝機(jī)容量為26 000kVA，具體變電室設(shè)置變壓器及服務(wù)區(qū)域如表1。 35/10kV 供配電系統(tǒng)單線示意圖如圖1。

圖1 35/10kV 供配電系統(tǒng)單線示意圖

2 物業(yè)運(yùn)維需求分析

如何以專業(yè)的、優(yōu)質(zhì)的服務(wù)對體量巨大且物業(yè)運(yùn)維情況復(fù)雜的總部綜合辦公供配電系統(tǒng)進(jìn)行日常維護(hù)，物業(yè)公司根據(jù)以往運(yùn)維經(jīng)驗(yàn)提出了需要解決的問題。

2.1 供配電系統(tǒng)的調(diào)試問題

變配電系統(tǒng)投入使用后，斷路器電流整定值均按照設(shè)計(jì)理論計(jì)算值進(jìn)行設(shè)定，為確保供配電系統(tǒng)安全、可靠，要確保斷路器電流整定值在合理的保護(hù)區(qū)間，需要在系統(tǒng)投入使用后對每條配電回路進(jìn)行長期的實(shí)時監(jiān)測，對積累的用電數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，確定合理的斷路器電流整定值，且隨著末端回路用電變化進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。 采用傳統(tǒng)電力監(jiān)控系統(tǒng)，設(shè)置電表對回路進(jìn)行監(jiān)測，系統(tǒng)不能將采集的回路用電數(shù)據(jù)與配電開關(guān)電流整定值進(jìn)行系統(tǒng)匹配，需要人工分析及校核，調(diào)試過程需要經(jīng)歷單點(diǎn)調(diào)試、線路調(diào)試、系統(tǒng)調(diào)試等諸多步驟，且間隔一段時間還需要進(jìn)行新一輪校核及調(diào)試，根據(jù)項(xiàng)目規(guī)模，將系統(tǒng)調(diào)試到合理運(yùn)行狀態(tài)需要耗費(fèi)大量的人力及時間。

變電室設(shè)置情況 表1

2.2 電力資源合理化配置問題

隨著業(yè)務(wù)擴(kuò)展，入駐分公司會有用電增容改造需求，將有限的供配電備用資源配置給實(shí)際有業(yè)務(wù)需求的分公司，避免各出現(xiàn)各家“跑馬占地”的現(xiàn)象，且在配置電力資源時要有足夠說服力。 物業(yè)需根據(jù)系統(tǒng)對用戶實(shí)際用電情況記錄進(jìn)行分析，確定合理增容方案(如調(diào)整總進(jìn)線斷路器電流整定值或占用備用斷路器接引新電源)，同時提供數(shù)據(jù)支撐的用電報(bào)告，統(tǒng)籌平衡部門間的電力資源配置，規(guī)范物業(yè)管理流程。

2.3 能源管理系統(tǒng)軟件適用性問題

配置型的平臺層軟件功能往往比較單一，只能實(shí)現(xiàn)基本電參量的顯示，而功能較強(qiáng)平臺層軟件往往采用針對性的定制開發(fā)，需要耗費(fèi)大量的人力物力。 若遇到配電系統(tǒng)調(diào)整，還需對采集網(wǎng)關(guān)重新配置，后期若集團(tuán)總部需要調(diào)取能效管理平臺中的數(shù)據(jù)，還需要定制開發(fā)相應(yīng)的接口及傳輸協(xié)議，耗時長且成本高。

2.4 供配電系統(tǒng)運(yùn)維方式問題

總部辦公建筑規(guī)模大，變電室數(shù)量多且相互間距離較遠(yuǎn)，如何在系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)人員成本和管理效率上找到平衡點(diǎn)，需要供配電系統(tǒng)引入到智能化控制系統(tǒng)的運(yùn)行維護(hù)工作之中，將一部分運(yùn)行維護(hù)工作在遠(yuǎn)程直接完成，簡單化控制系統(tǒng)的運(yùn)行維護(hù)工作，從而降低運(yùn)維工作所需的知識門檻和人工成本。

3 智能配電系統(tǒng)架構(gòu)

通過對物業(yè)運(yùn)維需求的溝通及梳理，針對項(xiàng)目特點(diǎn)，最終項(xiàng)目確定采用智能化配電系統(tǒng)，以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、大數(shù)據(jù)積累、分析等數(shù)字化手段為重點(diǎn)，解決上述運(yùn)維痛點(diǎn)問題。 智能配電系統(tǒng)架構(gòu)方案將項(xiàng)目供配電系統(tǒng)分為現(xiàn)場設(shè)備層、網(wǎng)絡(luò)通訊層、本地控制層和云端應(yīng)用層。 (1)現(xiàn)場設(shè)備層由具有通訊能力的智能低壓斷路器、多功能電表、智能傳感器、智能電能質(zhì)量監(jiān)測單元和智能輔助監(jiān)測設(shè)備等構(gòu)成；(2)網(wǎng)絡(luò)通訊層包含支持特定架構(gòu)的通訊處理設(shè)備，數(shù)據(jù)通訊網(wǎng)關(guān)提供關(guān)鍵的協(xié)議轉(zhuǎn)換，通訊接口轉(zhuǎn)換設(shè)備，對部署在云端的平臺，能夠同時提供4G、5G 等網(wǎng)絡(luò)通道，網(wǎng)絡(luò)通訊設(shè)備包括交換機(jī)、路由器等通訊設(shè)備；(3)本地控制層包括實(shí)現(xiàn)監(jiān)測運(yùn)維功能需要提供的監(jiān)控系統(tǒng)軟件、監(jiān)控管理服務(wù)器，操作員工作站，網(wǎng)絡(luò)時鐘源等設(shè)備；(4)云端應(yīng)用層應(yīng)包含云端平臺，可滿足智慧建筑管理需求數(shù)據(jù)中心數(shù)據(jù)計(jì)算和數(shù)據(jù)存貯資源，包括建立云端平臺所需的數(shù)據(jù)中心硬件、軟件環(huán)境，以及針對智慧建筑管理提供的網(wǎng)絡(luò)通道、電腦軟件以及手機(jī)應(yīng)用APP。

智能配電系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)來源于中、低壓配電系統(tǒng)的智能斷路器、多功能電表、智能傳感器、計(jì)量設(shè)備等，通過標(biāo)準(zhǔn)化接口實(shí)現(xiàn)運(yùn)行、預(yù)警、報(bào)警、故障、資產(chǎn)運(yùn)行信息、設(shè)備故障進(jìn)行追蹤和分析，實(shí)現(xiàn)配電系統(tǒng)的運(yùn)行和運(yùn)維、電氣設(shè)備資產(chǎn)、電能質(zhì)量和能源效率的持續(xù)監(jiān)測和追蹤，借助本地控制層和大數(shù)據(jù)服務(wù)，通過深層次的數(shù)據(jù)挖掘、管理和分析，向物業(yè)提供全生命周期的配電設(shè)備監(jiān)測、管理、分析，解決物業(yè)運(yùn)維痛點(diǎn)問題。 系統(tǒng)軟、硬件，均為開放式的、易于擴(kuò)展的體系架構(gòu)和平臺，關(guān)鍵設(shè)備可進(jìn)行數(shù)字化升級迭代，項(xiàng)目智能配電系統(tǒng)架構(gòu)詳見圖2。

圖2 智能配電系統(tǒng)架構(gòu)圖

4 智能配電系統(tǒng)方案

項(xiàng)目具體實(shí)施情況為在所有變配電室、柴油發(fā)電機(jī)房中、低壓配電柜上采用具備通訊功能的ACB、MCCB。 其中，ACB 有線通訊讀出斷路器動作或故障脫扣前測量的電流、電壓、頻率等電參量，實(shí)現(xiàn)故障分析和追溯。 系統(tǒng)可監(jiān)控諧波畸變率，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)電能質(zhì)量提前預(yù)警，每面柜子配置數(shù)字顯示單元。 各變電室和柴油發(fā)電機(jī)房均通過網(wǎng)絡(luò)線接入1＃變電室值班室內(nèi)智能配電系統(tǒng)，另在園區(qū)消防兼安防控制室設(shè)置本地控制層分站。 通信系統(tǒng)配置DC 24V 電源、以太網(wǎng)交換機(jī)，中壓柜內(nèi)支持Modbus 協(xié)議的智能設(shè)備通過網(wǎng)關(guān)將數(shù)據(jù)上傳本地管理層。

本地控制層監(jiān)控系統(tǒng)具備數(shù)字化智能配電綜合管理功能，支持軟件任務(wù)(通訊采集、報(bào)警、歷史存儲)工作模式分布式部署，而系統(tǒng)運(yùn)行應(yīng)不受干擾，系統(tǒng)IO 通訊任務(wù)可靈活拆分成多個主程序進(jìn)程，按照不同的設(shè)備接入連接主IO 服務(wù)，確保各個通訊進(jìn)程獨(dú)立可靠，不會因?yàn)閱蝹€進(jìn)程錯誤影響建立數(shù)字化智能配電綜合管理系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。 系統(tǒng)還提供了全面的監(jiān)測管理功能界面，提供包括實(shí)時的配電系統(tǒng)運(yùn)行單線圖、報(bào)警和歷史存儲、趨勢和曲線，以及支持按照項(xiàng)目的實(shí)際管理需求，進(jìn)行客戶需求管理界面進(jìn)行定制；應(yīng)考慮將關(guān)鍵的監(jiān)測設(shè)備全部接入系統(tǒng)，完成對配電系統(tǒng)內(nèi)的中低壓開關(guān)、關(guān)鍵斷路器、多功能電表、應(yīng)急電源全部的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集。 電能管理系統(tǒng)具備諧波監(jiān)測和波形捕捉，針對特殊的負(fù)載回路，配置了高檔次的多功能電表的回路，電力監(jiān)控系統(tǒng)提供諧波的分項(xiàng)監(jiān)測，以及電能質(zhì)量的波形捕捉；根據(jù)捕捉的諧波分量，或者波形事件，系統(tǒng)需能夠提供CIBIM 曲線，以供評判電能質(zhì)量對負(fù)載的影響；具有能源分析功能模塊，應(yīng)具備將采集的能耗數(shù)據(jù)通過數(shù)字化的儀表盤進(jìn)行分項(xiàng)對比，自動執(zhí)行同比、環(huán)比、變化趨勢、不同能耗介質(zhì)對比等功能。 監(jiān)測運(yùn)維單元可提供全配電室內(nèi)設(shè)備的運(yùn)行監(jiān)測管理，并定期生成配電室的運(yùn)行日志(日志數(shù)據(jù)保存時間不低于2 個月)；可顯示配電室的電線圖、配電柜布置圖，并根據(jù)相關(guān)的圖紙?zhí)峁┰攲?shí)的數(shù)據(jù)顯示功能，應(yīng)提供達(dá)成對斷路器設(shè)備的設(shè)定參數(shù)的分析。 按照設(shè)定的參數(shù)，進(jìn)行斷路器的上下游開關(guān)保護(hù)的校驗(yàn)檢查分析界面，供運(yùn)維人員進(jìn)行判定，具有斷路器老化分析管理，電力監(jiān)控系統(tǒng)可選低壓斷路器老化分析功能，在配置智能斷路器的回路進(jìn)行電氣老化、機(jī)械老化分析，相關(guān)的老化分析功能需充分考慮產(chǎn)品工藝、材質(zhì)、設(shè)備運(yùn)行溫度、運(yùn)行時間、分合閘次數(shù)的相關(guān)信息綜合評估；監(jiān)測運(yùn)維單元應(yīng)提供對電能質(zhì)量的分析擴(kuò)展功能，按照IEC 和GB 標(biāo)準(zhǔn)，對電能質(zhì)量進(jìn)行分析判定；在硬件支持的情況下，能夠進(jìn)行擾動方向判定、波形捕捉，電壓驟升驟降，以及瞬變的監(jiān)測分析，并提供相關(guān)的分析報(bào)告。

在云端應(yīng)用層移動運(yùn)維管理平臺中，能夠提供對現(xiàn)場運(yùn)行參數(shù)的顯示，按照用戶管理需求，將采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分門別類的數(shù)據(jù)展示、存儲，數(shù)據(jù)僅在手機(jī)端進(jìn)行展示，而不做存儲，確保數(shù)據(jù)安全。 支持按照用戶的需求，判斷系統(tǒng)的報(bào)警信息，并執(zhí)行遠(yuǎn)程的報(bào)警推送管理，能通過預(yù)制的地圖進(jìn)行站點(diǎn)位置導(dǎo)航，通過地圖定位配電室。 配電室內(nèi)的信息能夠通過管理員進(jìn)行手動錄入資產(chǎn)信息，應(yīng)能通過預(yù)制的地圖進(jìn)行站點(diǎn)位置導(dǎo)航，通過地圖定位配電室，配電室內(nèi)的信息能夠通過管理員進(jìn)行手動錄入資產(chǎn)信息，通過手機(jī)APP 確認(rèn)和記錄報(bào)警信息。

5 結(jié)束語

本文通過智能配電系統(tǒng)在總部辦公中的應(yīng)用案，以物業(yè)運(yùn)維需求為始，針對總部辦公建筑特點(diǎn)，利用智能配電系統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)積累、分析等數(shù)據(jù)技術(shù)，解決物業(yè)運(yùn)維痛點(diǎn)問題，大幅提升了配電系統(tǒng)自動化程度，減少用戶的相關(guān)人力成本的支出，滿足物業(yè)運(yùn)維的需求。