工業(yè)園區(qū)的智能用電設(shè)計(jì)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(kāi)發(fā)有限公司，四川 廣安638000；2.重慶文理學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院，重慶402160；3.西南科技大學(xué)信息工程學(xué)院，四川 綿陽(yáng)621010）

1 引言

渠江云谷項(xiàng)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(xiàng)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(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)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(dāng)出現(xiàn)用電故障或電力不足時(shí)，應(yīng)滿足重要部位（企業(yè)）的用電，達(dá)到彈性用電目的。

2）當(dāng)出現(xiàn)電力系統(tǒng)運(yùn)行不正常時(shí)（如短路、漏電等）以及機(jī)電設(shè)備故障等，應(yīng)及時(shí)準(zhǔn)確判斷高低壓電力系統(tǒng)的故障點(diǎn)。

3）園區(qū)內(nèi)用電面積達(dá)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(shè)計(jì)

2.1 電力系統(tǒng)分析

本項(xiàng)目采用了單位指標(biāo)法進(jìn)行用電統(tǒng)計(jì)[1，2]，項(xiàng)目共設(shè)置了高壓開(kāi)閉所4 座（含高壓進(jìn)線柜及地?zé)嵩幢糜秒?100kV·A），變電所16 座，總用電量為22850kV·A（具體計(jì)算詳見(jiàn)文獻(xiàn)[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(dāng)其中一路電源發(fā)生故障，另一路電源可以持續(xù)供電，實(shí)現(xiàn)重要負(fù)荷的高低壓彈性供電。

2.2 備用電源接入設(shè)計(jì)

園區(qū)的用電系統(tǒng)不僅考慮消防設(shè)備的用電、重要設(shè)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(shè)置了2 臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)組，主要提供給五星級(jí)酒店、36#樓其他區(qū)域的消防、重要設(shè)備用電；

2）2#～4#樓設(shè)置了1 臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)組，主要提供1#～13#樓的消防、重要設(shè)備用電；

3）其他主要樓棟考慮預(yù)留柴油電機(jī)組的安裝位置等。

2.3 能耗及電能質(zhì)量檢測(cè)

電氣節(jié)能是未來(lái)發(fā)展的主題，采用節(jié)能夠有效地降低綜合體的運(yùn)營(yíng)成本，人們按建筑業(yè)態(tài)規(guī)劃變壓器、設(shè)置開(kāi)閉所等[3]。

1）采用SCB11 變壓器，供電距離低于200m；大型電氣主設(shè)備采用軟啟動(dòng)、變頻啟動(dòng)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(cè)技術(shù)對(duì)建筑物的各處用電情況統(tǒng)一監(jiān)控和節(jié)能統(tǒng)計(jì)，能夠有效地預(yù)測(cè)未來(lái)的用電情況，便于及時(shí)調(diào)整用電規(guī)則或用電部位，滿足用電需要。

4）實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和預(yù)警電能質(zhì)量，如電壓平衡監(jiān)測(cè)、供電可靠性、連續(xù)性監(jiān)測(cè)、諧波含量、功率因數(shù)、頻率監(jiān)測(cè)等。

3 電氣測(cè)量及采集系統(tǒng)

3.1 電氣測(cè)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(lái)測(cè)量、收集、儲(chǔ)存、分析和運(yùn)用園區(qū)所有用戶(hù)的用電信息。在前端采用RS485、TCP 等協(xié)議實(shí)現(xiàn)了電力監(jiān)控、電梯、照明、水泵、消防電源、電氣火災(zāi)、能耗監(jiān)控、遠(yuǎn)程抄表等信息采集，通信層采用骨干光纖實(shí)現(xiàn)各個(gè)建筑樓棟的互聯(lián)，不同數(shù)據(jù)采用網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、防火墻實(shí)現(xiàn)內(nèi)外網(wǎng)絡(luò)的交換、數(shù)據(jù)隔離，有效保證了各個(gè)子系統(tǒng)的互聯(lián)、獨(dú)立和安全。

3.2 用電信息采集系統(tǒng)

采用CET 綜合計(jì)費(fèi)系統(tǒng)對(duì)園區(qū)內(nèi)所有用戶(hù)的用電信息進(jìn)行采集、處理和實(shí)時(shí)監(jiān)控的系統(tǒng)，信息采集終端定時(shí)凍結(jié)日、月、抄表日用戶(hù)負(fù)荷數(shù)據(jù)以及終端設(shè)備運(yùn)行工況，生成用電負(fù)荷曲線。

3.2.1 公共關(guān)口計(jì)量點(diǎn)

1）開(kāi)閉所高壓計(jì)量：電業(yè)部門(mén)在各個(gè)開(kāi)閉所進(jìn)行高壓集中計(jì)量，每路10kV 進(jìn)線設(shè)置總計(jì)量裝置；

2）變電所低壓計(jì)量：在變壓器低壓側(cè)總進(jìn)線處設(shè)置多功能電能表，監(jiān)測(cè)和計(jì)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(shè)施計(jì)量點(diǎn)

通過(guò)內(nèi)部設(shè)施的計(jì)量點(diǎn)有效地收取物業(yè)管理費(fèi)用。

1）對(duì)動(dòng)力設(shè)備（如電梯、水泵）、空調(diào)、照明、特殊用電（如智能化設(shè)備）進(jìn)行計(jì)量。

2）公共照明計(jì)量包括物業(yè)景觀用電、公共設(shè)施用電計(jì)量。

3.2.3 低壓用戶(hù)（企業(yè)、商戶(hù)）計(jì)量點(diǎn)

利用遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)對(duì)低壓用戶(hù)（企業(yè)、商戶(hù)）進(jìn)行用電數(shù)據(jù)采集，各低壓用戶(hù)電表進(jìn)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?shí)時(shí)動(dòng)態(tài)分析低壓用戶(hù)的用電情況。除了對(duì)用電信息進(jìn)行采集外，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(hù)系統(tǒng)

常見(jiàn)的電力系統(tǒng)故障有三相短路、兩相短路、單相接地、斷相、過(guò)載，線路漏電、老化，設(shè)備過(guò)載、電壓不穩(wěn)、電機(jī)損壞、啟動(dòng)損壞等。因此，本項(xiàng)目從高壓開(kāi)閉所、低壓配電所、高低壓線路檢測(cè)、重要設(shè)備監(jiān)控等方面進(jìn)行保護(hù)和故障診斷，并以電子地圖的方式顯示出來(lái)。

4.1 高、低壓保護(hù)

高壓開(kāi)閉所設(shè)置了微機(jī)綜保測(cè)控裝置，對(duì)10kV 進(jìn)線測(cè)量保護(hù)，低壓端設(shè)置多功能儀表低壓饋線回路的信息采集和遠(yuǎn)程集中控制管理，并將監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)上傳到電力控制中心[5]。

1）10kV 出線開(kāi)關(guān)柜內(nèi)裝設(shè)真空斷路器及微機(jī)綜保測(cè)控裝置。

2）低壓主進(jìn)設(shè)過(guò)載長(zhǎng)延時(shí)、短路短延時(shí)等，部分回路設(shè)分勵(lì)脫扣器，在互投時(shí)卸載部分負(fù)荷，防止變壓器過(guò)載，同時(shí)在火災(zāi)時(shí)，可以第一時(shí)間切斷火災(zāi)場(chǎng)所相關(guān)非消防設(shè)備電源。

3）電梯、消防設(shè)備配電箱進(jìn)線端設(shè)置ATS，實(shí)現(xiàn)雙回路的電源自動(dòng)切換。單回路設(shè)置CPS，實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)負(fù)載、配電負(fù)載的控制與保護(hù)。

4.2 電氣火災(zāi)監(jiān)控

設(shè)置電氣火災(zāi)監(jiān)控模塊，對(duì)所有變配電的低壓饋線路進(jìn)行檢測(cè)，包括漏電電流、過(guò)電流信號(hào)，發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)，報(bào)出故障位置，監(jiān)視故障點(diǎn)參數(shù)變化，同時(shí)存儲(chǔ)各種故障信號(hào)。

4.3 電源監(jiān)控

1）電源監(jiān)控模塊：檢測(cè)消防設(shè)備電源的電流值、電壓值和開(kāi)關(guān)狀態(tài)等信息，實(shí)時(shí)反映電源短路、斷路、過(guò)壓、欠壓、過(guò)流以及缺相、錯(cuò)相、過(guò)載等異常并進(jìn)行報(bào)警和記錄，從而可有效避免火災(zāi)發(fā)生時(shí)，消防設(shè)備由于電源故障而無(wú)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(shè)備監(jiān)控模塊（即BAS 系統(tǒng)）：對(duì)變配電系統(tǒng)（詳見(jiàn)電力監(jiān)控）、柴油發(fā)電機(jī)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(hù)共用1 套自動(dòng)控制的軟硬件系統(tǒng)）：監(jiān)測(cè)變配電室高壓進(jìn)出線的電壓、電流、有功功率、無(wú)功功率、頻率、用電量、開(kāi)關(guān)運(yùn)行狀態(tài)、故障報(bào)警等參數(shù)的測(cè)量與記錄；變壓器開(kāi)關(guān)狀態(tài)、故障報(bào)警及超溫報(bào)警；柴油發(fā)電機(jī)的開(kāi)關(guān)狀態(tài)、故障報(bào)警及油箱低油位報(bào)警……

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

送排風(fēng)機(jī)監(jiān)控：監(jiān)測(cè)送排風(fēng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)、故障和過(guò)載報(bào)警；按定時(shí)程序控制送排風(fēng)機(jī)的啟/停。

3）照明的遠(yuǎn)程控制：室外亮化、泛光照明、室內(nèi)智能照明等。實(shí)現(xiàn)對(duì)照明的定時(shí)開(kāi)關(guān)、節(jié)能模式的設(shè)置、故障的檢測(cè)等。

5 數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)

整個(gè)項(xiàng)目有電力監(jiān)控系統(tǒng)、用戶(hù)抄表系統(tǒng)、信息發(fā)布系統(tǒng)、設(shè)備監(jiān)控、電氣節(jié)能等多個(gè)功能模塊，各個(gè)子系統(tǒng)模塊相對(duì)比較獨(dú)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(shí)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(shè)計(jì)

整個(gè)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(guò)通信層與前端控制層相連，執(zhí)行設(shè)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(cè)模塊、計(jì)量系統(tǒng)為深圳中電的系統(tǒng)），電氣火災(zāi)模塊（北大青鳥(niǎo)）、設(shè)備監(jiān)控服務(wù)模塊、電力抄表模塊以及數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)系統(tǒng)，各個(gè)服務(wù)系統(tǒng)通過(guò)軟件總線的方式實(shí)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(shí)現(xiàn)電力數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)各模塊的分布式管理，實(shí)現(xiàn)功能服務(wù)間的數(shù)據(jù)傳輸和交換，追蹤、記錄。并預(yù)留相應(yīng)的軟件接口功能，并且在實(shí)施過(guò)程中不斷增加相應(yīng)的軟件功能模塊即可。

1）每個(gè)服務(wù)模塊都通過(guò)接口耦合而來(lái)，并定義完整軟件接口和地址，如接口定義語(yǔ)言、服務(wù)語(yǔ)言實(shí)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(dòng)業(yè)務(wù)分離：繳費(fèi)服務(wù)、業(yè)務(wù)服務(wù)、消息互動(dòng)等信息可以通過(guò)軟件總線與電力監(jiān)控等系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)有限的交換。

3）用戶(hù)側(cè)、管理側(cè)軟件接口：（1）遠(yuǎn)程控制接口：網(wǎng)上繳費(fèi)系統(tǒng)通過(guò)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(duì)于欠費(fèi)的用戶(hù)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。（2）業(yè)務(wù)擴(kuò)裝和報(bào)裝：用戶(hù)可以通過(guò)手機(jī)APP、網(wǎng)絡(luò)、電話與園區(qū)服務(wù)中心進(jìn)行溝通，對(duì)故障地點(diǎn)進(jìn)行保修，園區(qū)建立故障服務(wù)電話。（3）故障信息管理：當(dāng)某個(gè)區(qū)域設(shè)備出現(xiàn)了故障、電力供電不足的情況，及時(shí)將消息傳遞給園區(qū)內(nèi)的企業(yè)用戶(hù)，達(dá)到“防患于未然”的目的。

6 結(jié)語(yǔ)

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