智能變電站建筑節能系統分析

劉柞宇

中國能源建設集團甘肅省電力設計院有限公司 甘肅蘭州 730050

現代社會發展，迅速，環境問題也日益突出，所以做好建筑節能，可以保證合理使用資源，有效保護環境。我國目前的變電站占地面積大，有較大的能耗，存在過度浪費資源的情況。之所以要建立智能變電站，就是要建造節能建筑，通過對建筑物內的能耗進行分析，便于合理控制設備的工作狀態，保證資源利用率[1]。想要實現建筑節能，就需要檢測建筑接入能源、變電站周圍環境和變電站能耗，并分析用電信息趨勢，據此制定科學合理的設備節能方案，這樣設備在運行期間就一直被控制在節能狀態。

1 智能變電站建筑節能系統應用意義

目前我國火力發電的主要燃料為化石燃燒，這種發電形式十分耗能，且污染嚴重，會嚴重污染和破壞環境[2]。作為全球第一大碳排放國家，我國每年達到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之外，所燃燒的煤礦石內的毒物還會破壞人民健康并污染環境。對于我國目前的情況來說，急需一些有效的手段和方法節約能源，優化資源。

變電站作為一種重要的電力輸配設備，功能在于對區域間各部分電壓進行調節。因為目前的大環境對環保標準和能耗標準的要求都十分嚴格，所以變電站目前也在向人工智能系統演化。智能變電站建筑與傳統的變電站建筑設備“容器”的概念不同，在結構和設計方面作出了創新，保障了變電站工作期間的效率，同時保證可以有效節能[3]。

2 智能變電站建筑節能系統的具體構架

2.1 變電站自用電力監測模塊

在節能系統中，利用站內綜合自動化系統接口，可以收集和監控變電站內低壓側總電壓、總電流、各支路的電壓和電流等數據[4]。此外，電力監測模塊還可以利用感知系統和傳感器等對變電站內部各部件的具體工作狀態進行探測。例如，在變電站工作期間，可以通過收集數據，呈現空調、燈具和散熱系統等的總電壓和總功率情況。同時，模塊系統自身還可以處理之前的歷史用電信息，方便工作人員根據季節、氣候等具體因素對變電站內部的電量使用情況進行綜合分析，從而有效優化和調整自身能耗。

2.2 蓄電池狀態監測模塊

節能系統可以利用站內綜合自動化系統接口，對其中的蓄電池總電壓、總電流、蓄電池內單電池電壓、電流等進行提取，完成提取后，通過動力檢測系統下的各子系統內事先設置好的閾值管理和控制各種信號。當電池組超過閾值范圍時，子系統在處理時可以向蓄電池監測點周邊的攝像頭傳遞目標區域圖像的相關信號，信號燈再發出警告指令[5]。在這一階段蓄電池狀態監測模塊會記錄并存儲一系列指令和信號，由工作人員結合實際情況分析蓄電池的狀態和故障情況，并根據具體情況對閾值的設定進行調整。

2.3 UPS監測模塊

UPS指的是不間斷供電系統，站內綜合自動化系統接口可以收集和提取主機狀態、裝置報警等多種UPS信息，并將其向動力檢測子系統中進行傳遞。動力檢測子系統可以按照設定閾值判斷、處理并記錄相關信號，由工作人員根據數據信息設定和調整相關閾值，對故障問題和錯誤信號進行處理。

3 智能變電站建筑節能系統具體設計分析

3.1 智能變電站的優勢

從智能化變電站的尤其是來看，其主要體現在三個方面：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議和信息模式，通過變電站機器設備之間的額相互協作既可以實現變電站內部信息資源的共享，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計與維修費用；其二，智能變電站采用最先進的額光纖信號傳輸，不僅提升了信號傳輸的速度與準確度，還有效的降低了安裝和維護費用，實現了設備的無油化，既增強了變電站的安全性，還減少了變電站的占地面積，有效的解決土地資源；其三，智能變電站能夠實現對一側設備運行狀態的實時監控，尤其是各個在線監測裝置采用統一的后臺、架空、接口及通信規約，這樣既可以有效的解決數學采集設備投資重復問題，還能夠有效的降低建設成本。

3.2 智能變電站的設計原則

從智能變電站節能系統的設計原則來看，其主要表現在五個方面：其一，確保變電站整體的穩定性與運行的經濟性；其二，通過對設備進行網絡化組合來降低百能電站建設成本；其三，通過變電站通訊協議構建變電站檢測管理系統，實時監控變電站關鍵設備的運行狀態，以此來降低變電站故障發生幾率；其四，采用高度基層設備，實現變電站功能的簡約化與人性化；其五，對于新設備和新技術都需要保留升級的功能，以此來滿足市場需求。

3.3 智能變電站節能系統設計要點分析

首先，對一次設備進行智能化升級。在現代化變電站進行智能設計則是變電站實現節能降耗的科技基礎，所以在智能變電站節能系統設計的過程中則需要對一次設備進行智能化、節能化設計，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、主變進線間隔內配置智能終端，利用變電站檢測后臺系統對變電站運行數據進行檢測和追蹤、匯總，以此來設計出具有針對性的調整和檢修方案。其次，對二次設備進行網絡化布局。在智能變電站節能系統設計的過程中，對于二次設備網絡化布局的優化，一是要在站控層設備管理進行網絡分布，二是要掌握變電站間隔層設備的配置情況，三是需要在過程層進行設備設計。通過站控層、間隔層、過程層的網絡化設計來實智能變電站節能系統的設計。

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的接入站，建筑節能監測系統可以獲得全部設備的用電信息，從用電設備分類的角度計量各種設備的能量消耗。計算項目包括門禁、地插等設備、制冷設備和照明設備等[6]。經由傳感器或自動化接口將數據統一向動力監測子系統進行傳輸。動力監測系統運用相關能耗分析計算式計算能耗。

收集站內用電的電流、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測子系統進行傳輸，根據提前設定好的閾值，動力監測子系統開始處理相應的信號，發送聯動指令調配蓄電池檢測點附近的燈光和攝像頭。在處理期間，系統會自動向數據庫中輸入聯動動作和報警記錄，并將其展示在三維場景中，用戶可以根據自己的實際需求，配置蓄電池報警聯動的燈光閾值和攝像頭等。利用三維可視化技術和物聯網等可以分析變電站的動力系統數據和環境參數，并通過這一技術顯示出變電站和信息機房相關設備的運行情況，以有效管理和監控供電源和風機等設備，從而達到節能減排的目標。

4.1 系統中的空調監控

將空調監控的溫度信息、開光狀態等信息向系統后臺進行傳送后，系統會根據事先設定好的閾值處理相應信號，對空調附近的燈光和攝像頭發出聯動指令，在此期間，相關記錄會向系統的數據庫中進行傳輸，并利用三維場景進行顯示，通過這些信息，用戶就可以配置空調及監控的相關參數[7]。

4.2 系統智能燈光控制

燈光以區域為控制單位，根據變電站的燈光控制需求的不同，可以進行區域劃分，每個區域都可以在開關上向配電箱引出一根火線，站內自帶的配電箱和上述配電箱的位置屬于相鄰狀態，利用485線連接配電箱和主控室中的事件服務器，這樣和其相關的設備聯動需要燈光時，就可以收到燈光控制信息。系統的數據庫會同時收到燈光的關閉和打開動作，有創控制各個區域的燈光，在結合軟件后，燈光控制系統就可以獲取燈光開關狀態信息并顯示在三維場景中；利用控制箱遠程控制各個區域的燈光。在不同的季節可以設定不同的模式，根據用戶不同的需求，聯動控制攝像頭。

5 建筑節能技術措施

建筑節能指的是通過合理的建筑設計以及改善建筑圍護結構的熱工性能，保證建筑物室內溫度處于舒適狀態，在室內熱環境指標相同的前提下，提升采暖、空調設備和照明設備的效率，減少能耗。國家也在大力提倡在變電站建設中推廣和普及低能耗建筑，保證在變電站全壽命周期內獲得最大的經濟效益。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能設計方法和標準，目前可以參考的依據有《公共建筑節能設計標準》、《民用建筑熱工設計規范》等。而變電站因為在工業建筑范疇內，所以尚無相應的節能設計標準，目前可以參考民用建筑節能標準和國網“兩型一化”文件設計站內建筑物。

5.1 建筑設計的優化

因為智能變電站的性質屬于無人值班、有人值守，所以在保證基本運行要求得到滿足的基礎上，可以對建筑總體布局、單位功能組織等進行優化，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：因為北方天氣寒冷，所以都配備了采暖設備和太陽能設備，所以在選擇建筑朝向時要求保證日照充足，且要避開冬季主導風向，以免出現“霜凍效應”和“風影效應”。通過分析施工地區的太陽輻射、自然通風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，保證建筑物室內熱環境。立面造型設計：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上，體形系數越大，就會有越大的單位建筑面積對應的外表面面積，就會出現越多的傳熱損失，越影響節能效果。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。屋面坡度設置合理時，可以快速排水，避免冬季時屋頂覆蓋積雪太厚，且建筑物不會太呆板。在變電站全壽命周期內，通過設置吊頂，更有助于節能。新型節能建材選用：在選擇建筑材料時，原則為“兩型一化”和“兩型三新”，多選用節能、環保的新型節能建材，選用混凝土空心磚，可以降低生產能耗，有效節約土地、廢物利用。選用現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，有較高的導熱系數。裝修時也要注意環保，盡量選擇可循環使用、無毒、無污染的材料和產品。

5.2 建筑圍護結構熱工節能

降低建筑物圍護結構的傳熱系數，可以對材料里的熱量傳遞速度進行控制，增強材料的隔熱性能，夏季時有效避免室外熱量進入室內，冬季時有效避免室內熱量向室外泄漏，保證建筑物室內始終能處于舒適狀態，采暖等輔助設備的負荷更小，從而有效節能。對于北方地區，因為冬季十分寒冷，所以需要做外墻保溫措施，在進行節能計算比較后，發現最為經濟科學的方法就是外墻外保溫。外墻外保暖是在外墻外側設置保溫隔熱體系，顯著降低主體結構受到的溫差作用，避免建筑出現溫度變形，從而有效保護建筑結構，延長結構壽命。

5.3 建筑平面功能的優化

利用優化工藝對功能房間進行布置合并，可以增加建筑平面的緊湊感，使之更加規整，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，減少了冬季覆蓋雪的厚度，建筑空間更小，采暖費用更少，采暖能耗得到顯著降低。

6 結語

之所以要建立智能變電站節能系統，主要是為了減少環境污染，改變變電站資源緊缺的問題。利用三維可視化技術和傳感器技術等可以實現邊站的互動化、信息化，滿足用戶的需求，實現智能電網的長遠發展。隨著科學技術的進步，關于智能變電站的研究不斷深入，建筑節能系統也在隨之不斷完善和健全，從而有效保護環境、合理利用資源，保證滿足未來社會發展的需求。