淺談智能配電能效管理系統(tǒng)平臺(tái)在市政污水處理廠的應(yīng)用

任運(yùn)業(yè)

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：本文以目前現(xiàn)有智能配電系統(tǒng)應(yīng)用在日常生活相關(guān)部門進(jìn)行說明分析，解析智能配電系統(tǒng)的組網(wǎng)結(jié)構(gòu)以及應(yīng)用場(chǎng)景效率。研究在項(xiàng)目的整體環(huán)節(jié)中怎樣對(duì)智能配電系統(tǒng)進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)實(shí)施，可以使此系統(tǒng)在項(xiàng)目交付完成后的運(yùn)營(yíng)、維護(hù)，后臺(tái)技術(shù)管理，資源的有效利用，電力電壓電流的品質(zhì)因數(shù)以及整體資金問題上得到令用戶和管理人員共同的認(rèn)可。

關(guān)鍵詞：市政污水處理廠；智能配電系統(tǒng)；物聯(lián)網(wǎng)；組網(wǎng)架構(gòu)

0引言

二十一世紀(jì)中數(shù)次的迎來網(wǎng)絡(luò)變革，從FTTP的2G時(shí)代到3G又到入4G時(shí)代，目前在二十世紀(jì)的二十年代經(jīng)過人們的不斷努力與創(chuàng)新，走入了5G的萬物互聯(lián)時(shí)代，物聯(lián)網(wǎng)的普及也加速著市場(chǎng)的更新，終端設(shè)備以及系統(tǒng)越發(fā)的向著智能化，本文的智能配電系統(tǒng)就是其中重要的系統(tǒng)之一。智能配電系統(tǒng)產(chǎn)生的效果應(yīng)是電力配置組網(wǎng)全覆蓋面積監(jiān)控，對(duì)于風(fēng)險(xiǎn)的管控與上報(bào)實(shí)現(xiàn)點(diǎn)位正確，數(shù)據(jù)簡(jiǎn)潔準(zhǔn)確，后端技術(shù)支撐管理便捷等；為節(jié)能提供直觀數(shù)據(jù)與策略，智能配電系統(tǒng)逐漸成為管理方便，利于節(jié)能的智能化數(shù)字系統(tǒng)。同時(shí)智能配電系統(tǒng)的產(chǎn)生與發(fā)展在配電工程項(xiàng)目上減少了交付后期的投入精力與資金，實(shí)現(xiàn)對(duì)整體系統(tǒng)的全覆蓋管控。

1智能配電系統(tǒng)配置在市政污水處理廠的優(yōu)勢(shì)

隨著時(shí)代的更迭，現(xiàn)在的人們對(duì)于生存環(huán)境的親和度也越發(fā)的重視，我國(guó)在黨的領(lǐng)導(dǎo)下，迎合百姓需求，污水處理廠越來越多建造在了地下，這就要求我們的智能配電系統(tǒng)對(duì)于照明配電由智能化的要求，對(duì)于建造在地下的污水處理廠智能配電系統(tǒng)應(yīng)用紅外線技術(shù)，聲控技術(shù)設(shè)置赫茲閾值的方式實(shí)現(xiàn)智能照明配電，在不同的場(chǎng)景應(yīng)用不同的照明方式，以自動(dòng)控制為主，手動(dòng)控制為輔的方式控制照明方式與照明類型。例如，明場(chǎng)景與智能照明配電，在無人環(huán)境中，地下污水處理廠僅提供出入通道，安全出口等標(biāo)示性牌子的照明以及安全照明，以此達(dá)到能源節(jié)約?；蛘咴谥悄芘潆娤到y(tǒng)監(jiān)控到污水處理廠存在故障需要后端技術(shù)支撐人員進(jìn)行搶修時(shí)智能配電系統(tǒng)也可以人為地控制照明燈常亮，積極配合技術(shù)人員進(jìn)行施工。

2智能配電系統(tǒng)的整體架構(gòu)

2.1數(shù)據(jù)感知層的建設(shè)

大數(shù)據(jù)的支撐是實(shí)現(xiàn)智能化配電系統(tǒng)應(yīng)用的基礎(chǔ)，沒有數(shù)據(jù)的管理與支撐便無法實(shí)現(xiàn)智能供配電，數(shù)據(jù)感知層即采集配電房以及配電系統(tǒng)正常運(yùn)行狀態(tài)的設(shè)備情況，按照一定頻率對(duì)定點(diǎn)部分利用設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)，將采集的數(shù)據(jù)信息及時(shí)進(jìn)行整理并建立相關(guān)模型，在智能化配電系統(tǒng)運(yùn)行的過程中實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)配電系統(tǒng)中存在的問題并及時(shí)進(jìn)行問題的解決，為智能化配電系統(tǒng)的正常運(yùn)行提供保障。

2.2建設(shè)線上數(shù)據(jù)庫平臺(tái)

采用物聯(lián)網(wǎng)、傳感以及云計(jì)算等隨時(shí)代發(fā)展而衍生的技術(shù)，打造線上配電監(jiān)測(cè)平臺(tái)，將智能化配電系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)相連。此外，根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的重要程度，可以利用不同的網(wǎng)絡(luò)等級(jí)進(jìn)行對(duì)數(shù)據(jù)的管理。在建設(shè)線上平臺(tái)的過程在傳統(tǒng)有線網(wǎng)絡(luò)的支撐下可以應(yīng)用藍(lán)牙、太網(wǎng)等設(shè)施構(gòu)建無線網(wǎng)絡(luò)，便于相關(guān)工作人員實(shí)施監(jiān)管。在此過程中，數(shù)據(jù)庫是整個(gè)智能化配電系統(tǒng)的重要支撐，是對(duì)其正常運(yùn)行的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。因此，一定要保證數(shù)據(jù)信息的準(zhǔn)確性。

2.3對(duì)應(yīng)用層的建設(shè)

利用物聯(lián)網(wǎng)采集的數(shù)據(jù)，通過大數(shù)據(jù)分析整體配電系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)的全覆蓋，將各環(huán)節(jié)間的數(shù)據(jù)信息建立聯(lián)系，為故障我維修提供全方wei的診斷。將人與智能化設(shè)備間的作用交換，化被動(dòng)于主動(dòng)，強(qiáng)化管理模式。此外，在進(jìn)行實(shí)際的工程設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該考慮污水處理廠的實(shí)際需求，同時(shí)依照智能化配電系統(tǒng)的實(shí)際架構(gòu)，選擇適合的硬件產(chǎn)品，為用戶提供更為安全可靠的智能化配電平臺(tái)。

3智能配電系統(tǒng)的應(yīng)用案例

3.1用于中、低硬件的配置

智能配電系統(tǒng)在此方面于前者主要應(yīng)用中斷路器為其提供保護(hù)作用。于后者則是多應(yīng)用于開關(guān)，為實(shí)現(xiàn)對(duì)電表的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，保證電路運(yùn)行的安全。

3.2廣泛應(yīng)用于通信設(shè)備

通信設(shè)備的運(yùn)行需要很多連鎖環(huán)節(jié)為支撐，因此，智能配電系統(tǒng)的應(yīng)用對(duì)通信設(shè)備的正常運(yùn)行具有重要作用，通過此些元器件完成智能化的信息采集，繼而可以安全地利用低壓配電系統(tǒng)進(jìn)行將通信設(shè)備運(yùn)行的各部分環(huán)節(jié)進(jìn)行智能化的連接，

3.3用于電路的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)以及網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

3.3.1低壓智能化配電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

一般污水處理廠的電力來源為當(dāng)?shù)?*提供的電壓為10千伏的高壓室為支撐，在連接線路時(shí)選擇單母分段式，配置開關(guān)使兩段結(jié)構(gòu)并列運(yùn)行。開關(guān)的實(shí)際應(yīng)該滿足智能化電路的實(shí)際需求，通過對(duì)電路發(fā)生短路或斷路的及時(shí)反應(yīng)對(duì)電路進(jìn)行保護(hù)，防止因意外情況給整體運(yùn)行設(shè)備造成無法挽回的損失。此外，除主電路，其它電路亦是如此，要根據(jù)系統(tǒng)的短路容量滿足低壓配電系統(tǒng)的實(shí)質(zhì)性需求。污水處理廠內(nèi)含有大量的感性器件，按照電力部門的實(shí)際需求，用戶端功率臨界值為0.92，因此，在理論數(shù)據(jù)的支撐下，為避免影響供電系統(tǒng)的供電質(zhì)量，污水處理廠可以選擇將無功補(bǔ)償電容器應(yīng)用于低壓配電系統(tǒng)，防止因達(dá)不到目標(biāo)功率而損耗的資金較大，也防止因供應(yīng)過高而造成電路的損壞。對(duì)于污水處理廠內(nèi)的二級(jí)供電配電系統(tǒng)也應(yīng)提供冗余電源，保證二級(jí)配電系統(tǒng)的安全可靠性。低壓配電系統(tǒng)采用TN-S接地的形式，同時(shí)注意接地的電阻應(yīng)控制在1Ω內(nèi)。

3.3.2智能化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)置

在配電系統(tǒng)的正常運(yùn)行中，應(yīng)該將智能化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用于電路的配置，通過智能化的形式采集斷路器中的電壓、電流等需要監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)，根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析觸頭的磨損程度，及時(shí)更新磨損部分，避免因監(jiān)管不及時(shí)而給配電系統(tǒng)的正常運(yùn)行造成阻礙。此外，智能化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)該配置通信開關(guān)，分別將其配置于低壓配置系統(tǒng)中，采用DC 24V 的供電方式，由各站的UPS進(jìn)行集中供電。

4創(chuàng)新線上渠道

平臺(tái)可以打造線上的配電系統(tǒng)與監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，為用戶的使用PC端與APP的雙支撐，實(shí)現(xiàn)線上與線下智能化地整合。相關(guān)工作人員可以及時(shí)通過電腦與手機(jī)對(duì)智能配電系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)管，隨時(shí)掌握配電系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行情況，幫助污水處理廠實(shí)現(xiàn)少人或無人的運(yùn)行管理模式，幫助污水處理廠節(jié)約開銷。此外，在配電室的內(nèi)部要設(shè)置以RS 485總線、ULP線以太網(wǎng)線連接，通過信號(hào)傳輸至遠(yuǎn)程線上控制平臺(tái)。同時(shí)根據(jù)配電系統(tǒng)在正常運(yùn)行中可能發(fā)生的故障進(jìn)行報(bào)警裝置的設(shè)置，可以在發(fā)生故障時(shí)幫助維修人員對(duì)故障位置進(jìn)行定位，將維修與管理工作落實(shí)。同時(shí)根據(jù)監(jiān)測(cè)裝置創(chuàng)建資料庫，幫助用戶自動(dòng)獲取數(shù)據(jù)信息，確保智能配電系統(tǒng)的正常運(yùn)行。同時(shí)利用監(jiān)測(cè)設(shè)備做好設(shè)備管理，及時(shí)對(duì)老化設(shè)備進(jìn)行檢修與更換，避免在電路的運(yùn)行中出現(xiàn)停電的風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)在污水處理廠各變電所間采用光纖通信的形式，增強(qiáng)監(jiān)管的實(shí)時(shí)性。

5 AcrelEMS-SW智慧水務(wù)能效管理平臺(tái)

5.1平臺(tái)概述

安科瑞電氣具備從終端感知、邊緣計(jì)算到能效管理平臺(tái)的產(chǎn)品生態(tài)體系，AcrelEMS-SW智慧水務(wù)能效管理平臺(tái)通過在污水廠源、網(wǎng)、荷、儲(chǔ)、充的各個(gè)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)安裝保護(hù)、監(jiān)測(cè)、分析、治理裝置，用于監(jiān)測(cè)污水廠能耗總量和能耗強(qiáng)度，重點(diǎn)監(jiān)測(cè)主要用能設(shè)備能效，保護(hù)污水廠運(yùn)行安全可靠，提高污水廠能效，為污水處理的能效管理提供科學(xué)、精細(xì)的解決方案。

5.2平臺(tái)組成

AcrelEMS智慧水務(wù)綜合能效管理系統(tǒng)由變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)、電力監(jiān)控及能效管理系統(tǒng)組成，涵蓋了水務(wù)中壓變配電系統(tǒng)、電氣安全、應(yīng)急電源、能源管理、照明控制、設(shè)備運(yùn)維等，貫穿水務(wù)能源流的始終，幫助運(yùn)維管理人員通過一套平臺(tái)、一個(gè)APP實(shí)時(shí)了解水務(wù)配電系統(tǒng)運(yùn)行狀況，并且根據(jù)權(quán)限可以適用于水務(wù)后勤部門管理需要。

5.3平臺(tái)拓?fù)鋱D

5.4平臺(tái)子系統(tǒng)

5.4.1變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)及電力監(jiān)控

對(duì)水務(wù)配電系統(tǒng)中35kV、10kV電壓等級(jí)配置繼電保護(hù)和弧光保護(hù)，實(shí)現(xiàn)遙測(cè)、遙信、遙控、遙調(diào)等功能，對(duì)異常情況及時(shí)預(yù)警。

監(jiān)測(cè)變壓器、水泵、鼓風(fēng)機(jī)的電流、電壓、有功/無功功率、功率因數(shù)、負(fù)荷率、溫度、三相平衡、異常報(bào)警等數(shù)據(jù)。

5.4.2電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)與治理

水務(wù)中大量的大功率電機(jī)、水泵變頻啟動(dòng)導(dǎo)致配電系統(tǒng)中存在大量諧波，通過監(jiān)測(cè)其配電系統(tǒng)的諧波畸變、電壓波動(dòng)、閃變和容忍度指標(biāo)分析其電能質(zhì)量，并配置對(duì)應(yīng)的電能質(zhì)量治理措施提高供電電能質(zhì)量。

5.4.3電動(dòng)機(jī)管理

馬達(dá)監(jiān)控實(shí)現(xiàn)水務(wù)中電機(jī)的保護(hù)、遙測(cè)、遙信、遙控功能，電動(dòng)機(jī)保護(hù)器能對(duì)過載、短路、缺相、漏電等異常情況進(jìn)行保護(hù)、監(jiān)測(cè)和報(bào)警。高效、準(zhǔn)確地反映出故障狀態(tài)、故障時(shí)間、故障地點(diǎn)、及相關(guān)信息，對(duì)電機(jī)進(jìn)行健康診斷和預(yù)防性維護(hù)。同時(shí)支持與PLC、軟啟、變頻器等配合，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)自動(dòng)或遠(yuǎn)程控制，監(jiān)視、控制各個(gè)工藝設(shè)備,保障正常生產(chǎn)。

5.4.4能耗管理

為水務(wù)搭建計(jì)量體系，顯示水務(wù)的能源流向和能源損耗，通過能源流向圖幫助水務(wù)分析能源消耗去向，找出能源消耗異常區(qū)域。

將所有有關(guān)能源的參數(shù)集中在一個(gè)看板中，從多個(gè)維度對(duì)比分析，實(shí)現(xiàn)各個(gè)工藝環(huán)節(jié)的能耗對(duì)比，幫助領(lǐng)導(dǎo)掌控整個(gè)工廠的能源消耗，能源成本，標(biāo)煤排放等的情況。

能耗數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)采集水務(wù)中污水廠、自來水廠、水泵站等的用電、用水、燃?xì)?、冷熱量消耗量，同環(huán)比對(duì)比分析，能耗總量和能耗強(qiáng)度計(jì)算，標(biāo)煤計(jì)算和CO2排放統(tǒng)計(jì)趨勢(shì)。

能效分析按三級(jí)計(jì)量架構(gòu)，分別進(jìn)行能效分析，契合能源管理體系要求，可對(duì)各車間/職能部門的能效水平進(jìn)行分析，同比、環(huán)比、對(duì)標(biāo)等。通過污水處理產(chǎn)量以及系統(tǒng)采集的能耗數(shù)據(jù)，在污水單耗中生成污水單耗趨勢(shì)圖，并進(jìn)行同比和環(huán)比分析，同時(shí)將污水的單耗與行業(yè)/國(guó)家指標(biāo)對(duì)標(biāo)，以便企業(yè)能夠根據(jù)產(chǎn)品單耗情況來調(diào)整生產(chǎn)工藝，從而降低能耗。

5.4.5智能照明控制

系統(tǒng)為污水廠、自來水廠、水泵站等提供了照明控制管理方案，支持單控、區(qū)域控制、自動(dòng)控制、感應(yīng)控制、定時(shí)控制、場(chǎng)景控制、調(diào)光控制等多種控制方式，模塊可根據(jù)經(jīng)緯度自動(dòng)識(shí)別日出日落時(shí)間實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制功能，盡量利用自然光照，實(shí)現(xiàn)室內(nèi)、廠區(qū)照明的智能控制達(dá)到安全、節(jié)能、舒適、高效的目的。

5.4.6 環(huán)境監(jiān)測(cè)

污水廠、自來水廠、水泵站等場(chǎng)所溫濕度、煙霧、積水浸水、視頻、UPS電池間可燃?xì)怏w濃度展示和預(yù)警，保障污水廠、自來水廠、水泵站等安全運(yùn)行。當(dāng)可燃?xì)怏w或有害氣體濃度超標(biāo)可自動(dòng)啟動(dòng)排風(fēng)風(fēng)機(jī)或新風(fēng)系統(tǒng)，排除隱患，保持良好的水處理環(huán)境。

6相關(guān)平臺(tái)部署硬件選型清單

6.1電力監(jiān)控、電能質(zhì)量、電動(dòng)機(jī)管理及配電室環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)

6.2智能照明系統(tǒng)

7結(jié)束語

本篇文章對(duì)智能配電系統(tǒng)在市政污水處理廠的應(yīng)用結(jié)果進(jìn)行解析，在得到大部分用戶肯定的同時(shí)實(shí)現(xiàn)不同應(yīng)用場(chǎng)景的智能應(yīng)用，減少了后端支撐人員的投入精力，減少了項(xiàng)目交付之后的運(yùn)營(yíng)維護(hù)成本，實(shí)現(xiàn)了從后端支撐人員被動(dòng)承受故障到智能配電系統(tǒng)主動(dòng)發(fā)送故障數(shù)據(jù)預(yù)警的轉(zhuǎn)變，智能配電系統(tǒng)的可謂是應(yīng)運(yùn)而生，它符合新時(shí)代可持續(xù)發(fā)展的要求，綜合物聯(lián)網(wǎng)，AI智能化管理等技術(shù)橫空出擊。運(yùn)行的安全性、可靠性、優(yōu)良的供電品質(zhì)，穩(wěn)定的供電頻率是電力行業(yè)與智能行業(yè)結(jié)合永遠(yuǎn)的需求。

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[4]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè).2022.05版

作者簡(jiǎn)介

任運(yùn)業(yè)，男，現(xiàn)任職于安科瑞電氣股份有限公司。