陈 水 顺

[同济大学建筑设计研究院(集团)有限公司, 上海 200092]

0 引 言

伴随着5G、物联网、互联网+、人工智能(AI)等新型先进技术的发展及应用,为了提高用户供电质量和可靠性,提高用户运维安全性及运维效率,实现供配电系统设备泛在物联的远程控制及管理,降低系统运行损耗,提高系统节能效率,甚至为重要用户提供高质量的数字化保电,各变配电系统设备供应商纷纷推出物联网数字化系统管理平台,又称为智能配电系统,如施耐德的EcoStruxure系统平台、ABB Ability数字化系统平台、大全DQM+智慧云柜系统、常熟开关CS-Smartlink数字化综合配电系统等。

1 智能配电系统

1.1 智能配电系统定义

智能配电系统是设置有智能配电服务器集群、能源数据分析服务器、集中监测管理工作站、工程师工作站、移动运维的系统平台。智能配电系统架构包含设备运行层、网络层、监控层、应用管理层(包括能源数据分析、云端服务等)四个应用层面。智能配电系统基于物联网的数字化配电解决方案,结合控制技术、云计算和大数据分析与服务等,将配电系统中的智能设备互联互通,实现主动性高效维护,保障配电运行更加安全、可靠,全方位改善配电系统。

1.2 智能配电系统组成

智能配电系统需要智能的变配电系统元器件及智能监控系统平台支撑,即从市政进户到设备终端所有的变配电系统设备应采用智能设备,其中包括智能中压配电柜、智能干式变压器、智能低压配电柜、智能ATS开关、智能中压开关、智能万能断路器开关、智能塑壳断路器、智能小型断路器、智能配电母线、智能变频器、智能不间断电源(UPS)、智能配电母线、智能列头柜等。如施耐德的智能中压断路器Smart HVX及Smart PIX智能中压空气绝缘开关柜、Smart Panel智能低压开关柜及Masterpact MTZ、PowerTag for NSX、PowerTag for FD智能型低压断路器;ABB智慧中压断路器iVD4及智慧UniGear中压开关柜、MNS Digital数字化开关柜;大全DQM+智慧云柜;常熟开关CGZ1智能低压配电开关柜、CW6、CM6Z等。

1.3 智能配电系统构架及系统平台

智能配电系统架构通常包含设备运行层、网络层、应用管理层(包括监控层、能源数据分析、云端服务等)等,不同层面支撑不同业务管理功能。

某智能变配电系统拓扑结构示意如图1所示。

图1 某智能变配电系统拓扑结构示意

2 某国际会议中心项目供配电系统

2.1 项目概况

某国际会议中心是西安某国际会展中心的核心场馆之一,定位为国家级国际会议中心。会议中心总建筑面积约为20.7万m2,建筑高度为51.05 m,地上3层,地下2层。分别设置净使用面积 4 300 m2左右的会议厅、宴会厅、多功能厅三个主要功能大尺度空间,会议及宴会总面积23 000 m2,85～4 300 m2的会议厅室40个。

该会议中心可服务国际高峰论坛、双边及多边会议等功能需求,主要用于3 000人左右的大型会议和宴会;兼做高端精品展示,可提供展览面积45 000 m2。

2.2 供配电系统设计

该国际会议中心定位为国家级国际会议中心。根据JGJ 16—2008《民用建筑电气设计规范》(设计期间新民标尚未发布实施)附录A表A要求,会议中心市电按一级负荷电源要求供电。为满足项目一级负荷的供电要求,综合考虑当地供电局、业主以及顾问的相关意见,会议中心10 kV高压供电方案采用4路10 kV市政供电。其中1路(4#10 kV市政电源)专供地下车库充电桩电源,其余3路专供会议中心大楼照明、空调、电力等用电。3路市政电源采用2用1备供电方式,3路10 kV市政电源之间设置联络开关,其中1#、2#10 kV市政电源为常用电源,3#10 kV市政电源为备用电源。1#、2#进线来自不同110 kV变电站,3#进线来自与1#、2#进线不同的变电站或同一110 kV变电站的不同出线母线。

该会议中心10 kV变压器的总装机容量为32 400 kVA,其中包括6 400 kVA的充电桩专用变压器容量。大楼根据负荷分布及建筑平面功能布局在地下室分区、分功能分别设置1间10 kV高压配电室和7间10 kV分变电所(1#变电所～7#变电所)。

4路10 kV高低压供配电系统构架拓扑示意图如图2所示。

会议中心变配电所设备机房布置总平面示意图如图3所示。

会议中心变配电所变压器装机容量及供电对象如表1所示。

会议中心按规范要求设置应急柴油发电机,为确保会议中心在平时及重要国际峰会期间大楼用电可靠性要求,后备柴油发电机电源考虑按固定发电机+临时发电机接口方式设计。其中固定发电机主要带载大楼内火灾自动报警及联动控制系统、火灾应急照明及疏散指示标志、防排烟设施、消防水系统、消防电梯、电动防火卷帘门排污泵、消防设备用电等消防负荷用电及弱电机房用电、电梯用电、应急照明用电、主会场空调设备电源、生活水泵用电、厨房冷藏室或冷柜等保障用电、展厅和宴会厅备用照明、弱电设备用等重要设备用电。临时发电机电源接口考虑同时预留高压发电机接口和低压发电机接口,临时发电机供电范围为会议中心全负荷(充电桩专用变压器除外)。高压临时发电机进线负荷隔离开关与市电进线负荷隔离开关间设置备自投装置;低压临时发电机与变压器低压主开关、低压母联开关间均设置电气连锁及机械闭锁;低压固定柴油发电机与市电之间采用单刀双投ATS开关,确保避免与市电并列运行。

考虑到该项目为举办国家级会议场所,为确保会议期间相关场所的照明、音/视频、同声传译系统、声光控系统、主会场舞台照明及媒体区大屏幕、VIP电梯及VIP扶梯等系统的供电可靠性要求,同时地上会场空间均为大空间场所且建筑空间上不具备分层集中设置UPS机房条件,拟在地下室集中设置UPS。UPS按负载功能类型分别集中设置。相关UPS电源的配置如下。

(1) 1F VIP电梯厅、1F入口大厅、1F VIP过廊、1F VIP休息室、1F宴会厅、2F VIP电梯厅、2F前厅、2F VIP过廊、3F VIP电梯厅、3F前厅、3F VIP过廊、3F VIP休息室、3F主会场等场所照明均分区设置UPS电源,UPS电源由两路市电+发电机电源供电。每层分别设置2组UPS电源UPSA和UPSB,2组UPS电源各带VIP电梯厅、 VIP过廊、 VIP 休息室、主会场等场所50%照明。

(2) 3F主会场音视频、同声传译系统、声光控系统、主会场舞台照明及媒体区大屏幕等系统均采用双路市电+柴油发电机+UPS电源供电方式。

(3) VIP电梯及正大门两组领导专用VIP自动扶梯设置UPS电源。

(4) 所有的UPS电源均集中设置在大楼-1F,UPS电源电池后备时间按30 min设计。

3 某国际会议中心智能配电系统设计

3.1 智能配电系统引入的必要性

该项目施工后期,考虑到其日后将经常性开展一些国家级或国际级的重要性会议,因此会议中心的日常保电运维及会议期间的保电尤其重要。经业主、运管部门及相关单位共同讨论,该项目增设智能配电系统,以确保会议中心的供电可靠性,提高会议中心保电运维效率。

3.2 智能配电系统的设计

该项目明确增设智能配电系统期间,大楼内的高低压配电柜均已招标完成,且所有的高低压柜均全部采用施耐德原厂柜并均已排产,因此该项目智能配电系统设计其实也是对会议中心现有的变配电系统进行智能配电系统改造设计。

会议中心智能配电系统采用施耐德的EcoStruxure系统平台,并在原有低压配电柜系统中做如下硬件部分改造:① 增加万能式断路器智能单元,通讯组件设置在低压配电室,进线回路和母联回路;② 增加配置ComBox在配电室,用于万能式断路器数据采集和上云端平台;③ 增加低压母线光纤测温系统主机和光纤;④ 增加配置通讯管理机,用于原有的珠海派诺电力监控系统及建筑综合能耗监控系统接口,采集馈线回路仪表数据和上云端平台。

会议中心改造后的EcoStruxure智能配电系统通过万能式断路器智能单元、测温DTS主机、通讯管理机可采集会议中心配电系统的主要参数信息:① 断路器内部参数&电气参数:触头老化分析、断路器剩余寿命、断路器状态、故障报警、事件记录;② 测量数据:电流、电压、谐波THD、功率、电能、三项不平衡、功率因数、母线温升数据。

会议中心EcoStruxure智能配电系统与各个监控系统的数据接口协议配置设计:

(1) 母线光纤测温系统:配置测温DTS主机+PC,在测温系统PC端部署软网关DERA接口,将数据上传至EMOP。

(2) 进线智能断路器:配置IFE智能通讯单元,ComBox云网关直接读取数据,通过ComBox云网关的4G通讯上传数据至EMOP。

(3) 馈线回路电力仪表:由珠海派诺能源管理系统提供TCP IP接口,施耐德配置相应通讯管理机和软网关DERA接口,采用标准的Modbus TCP或 IEC 104协议将数据采集并上传至EMOP。

会议中心EcoStruxure智能配电系统拓扑示意图如图4所示。

图4 会议中心EcoStruxure智能配电系统拓扑示意图

3.3 智能配电系统的保电功能

会议中心EcoStruxure智能配电系统以电气资产健康为主题,针对用户变配电系统运维特点需求打造全生命周期数字化服务;配电系统设备运行数据被EcoStruxure智能配电系统中的千里眼云平台收集后,由千里眼顾问做深入分析,动态评估电气设备健康度,并通过专家远程诊断,实现以下系统监控。

(1) 温升预警,母线温升监视:实时监视母线温度,温升报警后台呈现,专有母线温升监视页面。

(2) 在线报警推送,助力快速响应(故障发生时,主动推送手机):故障点信息、原因推送,动作曲线云端调用和校验,报警等级和参数设定,故障预案推送。

(3) 二维码扫描,助力保电巡检:通过手机扫描开关二维码,定位设备;设备运行、环境实时信息;设备运行和整定历史数据;设备维护历史分析。

(4) 断路器老化分析,防止突发异常:云端老化计算;实时和历史告警;设备维护管理分析联动;关联咨询服务。

(5) 自动工单,数字化闭环工作流:工单周期性执行,通过手机、电脑定向推送,维护周期前短信提醒,在线上传照片填写记录。

(6) 资产管理,监测设备全生命周期信息:设备生产制造信息,负载特点信息;设备全生命周期的运行信息;设备全生命周期的操作记录;结合服务提供的资产咨询报告。

会议中心EcoStruxure智能配电系统基于系统对配电系统中万能式断路器、塑壳断路器、小型断路器、表计、母线等,将设备最底层的状态量、电气量和设备信息全面感知千里眼云平台。

(1) 日常期间的常规预防性保电。EcoStruxure智能配电系统千里眼顾问可提供日常保电维护,关注资产全生命周期的健康状况,及时消除中、高等级风险:数据动态采集,后台动态评估诊断;断路器老化分析;移动运维报警/预警;设备健康仪表盘,有序维护;数据分析模块,自由组合专业分析;DOC专家在线协助,专业意见;资产健康诊断报告,全面体检。

(2) 重大赛事/会议前期的关键预防性保电。重大赛事/会议前1～2个月,进行MPS原厂级专业配电评估咨询,评估配电系统的安全性,评估备件水平、识别关键回路,发现薄弱环节,立即整改,防患于未然。MPS配电评估咨询:从选型、安装调试、运维三个问题根源维度发现问题隐患;充分了解风险细节与分布情况;认清风险根源与后果;制定和规划对策,建立机制/体系,分级管控风险实现配电系统本质安全。

(3) 提供重大赛事/会议期间的现场原厂级保电。原厂柜设备供应商施建现场应急保电团队,制定章程,组织保电工作SE专家团队,利用AI智能诊断技术远程助力现场运维人员保电工作,提供SC现场保电服务。

4 结 语

智能配电系统将供配电系统的运维由“被动”运维方式变为“主动+移动”的运维方式,大大地提高用户供电质量和可靠性,提高用户运维安全性及运维效率,实现供配电系统设备泛在物联的远程控制及管理,降低系统运行损耗,提高系统节能效率。同时系统供应商可为一些重要用户提供附加升值的保电运维方案和技术支持,为重要用户的电源系统可靠性运行保驾护航。

现阶段实际应用过程中需注意:智能变配电系统比传统变配电系统的初期投资高近25%,设计前期尚需结合用户初期投资综合考虑。同时随着智慧建筑、智慧园区、智慧城市及万物互联互通的推进发展及智能变配电系统技术的完善,未来智能变配电系统技术将会被普遍应用。