智能電力監(jiān)控系統(tǒng)在智能建筑和電氣節(jié)能中的應(yīng)用

 

0 　引言

 

伴隨著計(jì)算機(jī)和信息技術(shù)的快速發(fā)展及在各行業(yè)普遍應(yīng)用，智能建筑應(yīng)運(yùn)而生，特別是商業(yè)和公共建筑不斷提高的智能化管理和節(jié)能的要求，使建筑智能化的用途更為廣泛，已經(jīng)成為21世紀(jì)建筑業(yè)的發(fā)展主流。智能建筑是采用計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)建筑物內(nèi)的設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)控制和管理并對(duì)用戶提供信息和通信服務(wù)等的一種新型建筑?？梢哉f(shuō)智能建筑是信息時(shí)代的必然產(chǎn)物，是一個(gè)國(guó)家的綜合國(guó)力和科技水平的具體體現(xiàn)之一。目前世界各國(guó)都在加大力度發(fā)展智能建筑，中國(guó)也把智能建筑的建設(shè)納入了重要的議程。由于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、視頻技術(shù)、通信技術(shù)、智能配電等新技術(shù)的發(fā)展，使未來(lái)智能建筑正朝著集約化、系統(tǒng)化、標(biāo)準(zhǔn)化的方向發(fā)展，智能、綠色、環(huán)保、節(jié)能成為智能建筑發(fā)展的主流方向。

 

智能建筑通常具備以下幾個(gè)條件：一套先進(jìn)的樓宇自控系統(tǒng)，以營(yíng)造一種溫馨、回歸大自然的生活環(huán)境；一套結(jié)構(gòu)化布線系統(tǒng)，將整座大樓或整個(gè)小區(qū)的數(shù)據(jù)通信、語(yǔ)音通信、多媒體通信融為一體；一個(gè)現(xiàn)代化的通訊系統(tǒng)；以滿足現(xiàn)代信息社會(huì)高效率的工作需求；一個(gè)電力監(jiān)控系統(tǒng)，對(duì)建筑物內(nèi)的高低壓配電設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一監(jiān)視和管理的智能電力監(jiān)控系統(tǒng)平臺(tái)。

 

可見(jiàn)，電力監(jiān)控系統(tǒng)是智能建筑的重要組成部分。配電系統(tǒng)的可靠性、安全性、連續(xù)性以及提高電能使用效率節(jié)約用電成本與使用者的生產(chǎn)和生活息息相關(guān)，智能的電力監(jiān)控系統(tǒng)為此提供了強(qiáng)有力的保證。以安科瑞公司的Acrel-2000電力監(jiān)控系統(tǒng)為例，概述了電力監(jiān)控系統(tǒng)的作用和功能，并以應(yīng)用實(shí)例著重介紹其在智能建筑和電氣節(jié)能方面的應(yīng)用。

 

1 　智能電力監(jiān)控系統(tǒng)概述

 

安科瑞公司的Acrel-2000電力監(jiān)控系統(tǒng)是基于先進(jìn)的現(xiàn)場(chǎng)總線方式（FCS），來(lái)實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)信息的交換與管理。Acrel-2000電力監(jiān)控系統(tǒng)借助現(xiàn)代的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)視電力系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)（包括：開(kāi)關(guān)狀態(tài)，故障狀態(tài)和位置，電壓、電流、電度等實(shí)時(shí)變化的電氣參數(shù)，報(bào)警信號(hào)等）、事件記錄、波形記錄等數(shù)據(jù)，不斷地傳送至電力監(jiān)控計(jì)算機(jī)（以后簡(jiǎn)稱監(jiān)控中心），并可以實(shí)施遙控命令，使運(yùn)行管理人員可以通過(guò)監(jiān)控中心全面了解電力系統(tǒng)的運(yùn)行工況，準(zhǔn)確、快速地判斷故障位置和故障原因，簡(jiǎn)便地實(shí)現(xiàn)各種數(shù)據(jù)分析（包括負(fù)荷分析，電能消耗分析，電能質(zhì)量）。對(duì)于一些難于判斷的故障，可以通過(guò)波形記錄來(lái)幫助管理者分析故障原因。

 

該電力監(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)的主要功能包括：系統(tǒng)運(yùn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視、電能質(zhì)量監(jiān)視、遠(yuǎn)程控制和操作記錄、事件報(bào)警和記錄、數(shù)據(jù)采集和歷史數(shù)據(jù)管理、各種報(bào)表打印、電能管理。

 

 

2 　智能電力監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

 

Acrel-2000電力監(jiān)控系統(tǒng)是基于10kV及以下變配電系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)與管理，該系統(tǒng)由管理層（站控層）、通信層（中間層）、間隔層（現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控層）三部分組成，見(jiàn)下圖。

 

 

 

 

2 　主要監(jiān)控表計(jì)

 

2.1 高壓回路或低壓進(jìn)線回路選ACR330ELH儀表

 

該表為電能質(zhì)量分析儀表，主要功能有：LCD顯示、全電參量測(cè)量（U、I、P、Q、PF、F、S）；四象限電能計(jì)量、復(fù)費(fèi)率電能統(tǒng)計(jì)；THDu，THDi、2-31次各次諧波分量；電壓波峰系數(shù)、電話波形因子、電流K系數(shù)、電壓與電流不平衡度計(jì)算；電網(wǎng)電壓電流正、負(fù)、零序分量（含負(fù)序電流）測(cè)量；4DI+3DO（DO3做過(guò)壓、欠壓、過(guò)流、不平衡報(bào)警）；RS485通訊接口、Modbus協(xié)議或DL/T645規(guī)約。外形尺寸：120×120mm，開(kāi)孔尺寸：108×108mm。適用于高壓重要回路或低壓進(jìn)線柜。

 

2.2 低壓聯(lián)絡(luò)或出線回路選ACR220EL電力儀表

 

該表主要功能有：LCD顯示、全電參量測(cè)量（U、I、P、Q、PF、F）；四象限電能計(jì)量、復(fù)費(fèi)率電能統(tǒng)計(jì)、最大需量統(tǒng)計(jì)；4DI+2DO；RS485通訊接口、Modbus協(xié)議。外形尺寸：96×96mm，開(kāi)孔尺寸：88×88mm。適用于低壓聯(lián)絡(luò)柜、出線柜。

 

2.3 動(dòng)力柜、照明箱選ACR120EL電力儀表或?qū)к壥诫姳?

 

ACR120EL電力儀表主要功能有：LCD顯示、全電參量測(cè)量（U、I、P、Q、PF、F）；四象限電能計(jì)量、復(fù)費(fèi)率電能統(tǒng)計(jì)、最大需量統(tǒng)計(jì)；2DI+2DO；RS485通訊接口、Modbus協(xié)議。外形尺寸：開(kāi)孔尺寸80×80mm，開(kāi)孔尺寸72×72mm。適用于動(dòng)力柜。

 

DTSD1352導(dǎo)軌式電表主要功能：LCD顯示、全電參量測(cè)量（U、I、P、Q、PF、F、S）；四象限電能計(jì)量、復(fù)費(fèi)率電能統(tǒng)計(jì)、最大需量統(tǒng)計(jì)；電流規(guī)格1.5(6)A、5(20)A、10(40)A、20(80)A可選、RS485通訊接口、Modbus協(xié)議或DL/T 645規(guī)約可選。外形尺寸：126×89×74mm，7模數(shù)。適用于動(dòng)力柜。

 

DTSF1352導(dǎo)軌式電表主要功能：電流規(guī)格1.5(6)A、5(20)A、10(40)A、20(80)A可選、復(fù)費(fèi)率電能統(tǒng)計(jì)、電能脈沖輸出、RS485通訊接口、Modbus協(xié)議或DL/T 645規(guī)約可選。外形尺寸：126×89×74mm，7模數(shù)。適用于照明箱的三相電能計(jì)量。

 

照明箱DDSF1352電表主要功能：電流規(guī)格1.5(6)A、5(20)A、10(40)A、20(80)A可選、復(fù)費(fèi)率電能統(tǒng)計(jì)、電能脈沖輸出、RS485通訊接口、Modbus協(xié)議或DL/T 645規(guī)約可選。外形尺寸：76×89×74mm，4模數(shù)。適用于照明箱的電流、電壓測(cè)量；單相電能計(jì)量。

 

2.4 低壓出線柜(馬達(dá)回路)

 

ARD系列測(cè)量三相電流、定值查詢、定值整定、過(guò)載、斷相（不平衡）、堵轉(zhuǎn)、欠載、外部故障、阻塞、欠壓等保護(hù)功能、8DI+4DO、電能管理、漏電保護(hù)、SOE記錄、多種起動(dòng)模式、RS485通訊接口、Modbus協(xié)議/Profibus-DP協(xié)議可選。

 

2.5 低壓無(wú)功補(bǔ)償柜

 

ARC-12/J 主要功能：12路控制、過(guò)壓保護(hù)、諧波保護(hù)、投切延時(shí)設(shè)定、12DI；RS485通訊接口、Modbus協(xié)議。

 

2.6 微機(jī)保護(hù)裝置

 

M5-T主要功能為：相定時(shí)限過(guò)流保護(hù)二段(可選復(fù)合電壓閉鎖、方向閉鎖)、相定時(shí)限過(guò)流保護(hù)三段、相定時(shí)限過(guò)流保護(hù)四段、相反時(shí)限過(guò)流保護(hù)、IO1過(guò)流保護(hù)(兩段、反時(shí)限)、IO2過(guò)流保護(hù)(兩段、反時(shí)限)、控制回路異常告警、PT斷線、斷路器失靈告警、零序過(guò)壓保護(hù)、過(guò)負(fù)荷啟動(dòng)冷風(fēng)、閉鎖有載調(diào)壓、輕瓦斯告警、重瓦斯跳閘、壓力釋放、溫度保護(hù)、低電壓保護(hù)(失壓保護(hù))、過(guò)電壓保護(hù)、CT斷線、斷路器遙控分合。

 

 

 

3 　智能電力監(jiān)控系統(tǒng)在智能建筑中的應(yīng)用

 

通過(guò)監(jiān)控，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)配電室內(nèi)的二次設(shè)備（安全自動(dòng)裝置、傳統(tǒng)測(cè)量?jī)x表、操作控制、信號(hào)系統(tǒng)等）的功能進(jìn)行智能化改造，取消了常規(guī)的人工電力管理，通過(guò)計(jì)算機(jī)和通訊網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行電力系統(tǒng)的測(cè)量、控制、信號(hào)采集、故障分析、負(fù)荷控制和運(yùn)行管理，實(shí)現(xiàn)了智能建筑中的配電管理透明化，極大地提高配電系統(tǒng)的安全性、可靠性和管理水平的智能化。該電力監(jiān)控系統(tǒng)具有良好的開(kāi)放性，可以方便的與智能建筑中其他相關(guān)系統(tǒng)和智能裝置進(jìn)行通信，如：建筑設(shè)備自動(dòng)化系統(tǒng)、通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、辦公自動(dòng)化系統(tǒng)、火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)等，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化系統(tǒng)間相互通訊和信息共享。下面通過(guò)一個(gè)系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例來(lái)具體闡述。

 

某大型園區(qū)中，由于面積大，建筑物多，其中包含有廠房和辦公用樓。園區(qū)中有中央空調(diào)、動(dòng)力電源、安防等設(shè)備，因此采用了智能化設(shè)計(jì)。其中電力系統(tǒng)中，共有8個(gè)10kV變電站，每個(gè)變電站有兩臺(tái)10kV/380V變壓器，采用兩進(jìn)線一母聯(lián)結(jié)構(gòu)，每個(gè)變電站內(nèi)有低壓饋出線80條。為了保證園區(qū)正常工作的可靠供電和實(shí)現(xiàn)供電系統(tǒng)的現(xiàn)代化管理，采用了電力監(jiān)控，將全系統(tǒng)分為8個(gè)子工作站和1個(gè)監(jiān)控中心，主通訊網(wǎng)采用100m TCP /IP光纖以太網(wǎng)，子站內(nèi)的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控層采用Modbus總線通訊。

 

通過(guò)電力監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑物配電系統(tǒng)的全面管理，并通過(guò)與樓宇自控系統(tǒng)的通訊，將電力監(jiān)控納入到整個(gè)智能建筑的綜合管理中。不但極大的提高了智能建筑的管理效率與安全性，減少了故障損失，同時(shí)降低了園區(qū)管理運(yùn)營(yíng)成本，大大提高了園區(qū)管理的智能化水平。
 

 

4 　智能電力監(jiān)控系統(tǒng)帶來(lái)的電氣節(jié)能

 

所有智能建筑所共有的唯一特性是其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以適于便利、降低成本的變化。經(jīng)過(guò)十幾年的發(fā)展，智能建筑已經(jīng)處于更高智能的發(fā)展階段，發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)進(jìn)入“綠色建筑”的新境界。通過(guò)對(duì)建筑物智能功能的配備，強(qiáng)調(diào)高效率、低能耗、低污染，達(dá)到節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)。

 

在當(dāng)前的國(guó)內(nèi)，對(duì)于用戶來(lái)說(shuō)，設(shè)備運(yùn)行消耗是商業(yè)運(yùn)作的主要支出之一。在今天的競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境中，合理控制這些費(fèi)用并不斷設(shè)法提高效率、削減支出，是每個(gè)用戶的目標(biāo)。為了有效控制這些費(fèi)用，首先應(yīng)該對(duì)其進(jìn)行監(jiān)測(cè)。這就是Acrel-2000電力監(jiān)控系統(tǒng)的主要功能之一。它可以提高管理效率和系統(tǒng)供電可靠性，提供減少電能花費(fèi)、降低成本設(shè)備投資和設(shè)備運(yùn)行潛在消耗所需的信息。

 

Acrel-2000電力監(jiān)控系統(tǒng)的電氣節(jié)能體現(xiàn)在：通過(guò)對(duì)電力參數(shù)歷史數(shù)據(jù)分析，建立系統(tǒng)和設(shè)備的電能消耗模式，在實(shí)時(shí)監(jiān)視過(guò)程中及時(shí)發(fā)現(xiàn)電能消耗異?，F(xiàn)象，采取有效措施進(jìn)行設(shè)備改造或補(bǔ)償，以避免電能損耗。如設(shè)備故障和諧波引起的電能消耗。優(yōu)化配電系統(tǒng)運(yùn)行模式，減少不必要的電能花費(fèi)，如對(duì)定時(shí)用電設(shè)備進(jìn)行集中控制公共照明。對(duì)配電系統(tǒng)內(nèi)部的各用電單位進(jìn)行電能分配、計(jì)量和監(jiān)控，以避免電能浪費(fèi)的現(xiàn)象和提高管理效率，降低運(yùn)營(yíng)成本。

 

 

5 　智能電力監(jiān)控系統(tǒng)的客戶價(jià)值

 

冰山，通常我們看到的是漂浮在水面上的小山峰，而實(shí)際上，那只是冰山的一角，還有巨大的體積都在水面以下。大多數(shù)的費(fèi)用節(jié)余也可以用同樣的方式來(lái)考慮。關(guān)于快速的投資回報(bào)方面如果把帳單看成整座冰山，將很容易理解Acrel-2000電力監(jiān)控系統(tǒng)的價(jià)值。讓我們來(lái)看看投資Acrel-2000系統(tǒng)將給您帶來(lái)的巨大回報(bào)。

 

使用Acrel-2000電力監(jiān)控系統(tǒng)，將使用戶有效管理現(xiàn)有資源和用電負(fù)荷，減少設(shè)備運(yùn)行和電能消耗的支出。對(duì)于全部潛在費(fèi)用節(jié)余而言，那僅僅是“冰山一角”；通過(guò)數(shù)據(jù)分析，使用戶合理有效地利用設(shè)備，減少不必要設(shè)備添置，避免了資源浪費(fèi)，可以節(jié)約大量資金；及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在故障，減少設(shè)備維護(hù)費(fèi)用，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命；提高運(yùn)行管理效率，減少運(yùn)行維護(hù)人員工作量和提高供電可靠性，縮短停電時(shí)間，減少火災(zāi)、人員傷亡等嚴(yán)重事故的發(fā)生，節(jié)約大量事故費(fèi)用。

 

電力監(jiān)控系統(tǒng)的電氣節(jié)能實(shí)例的案例一：波音公司在美國(guó)的飛機(jī)制造廠僅照明的電能花費(fèi)就達(dá)350萬(wàn)$/a，是其全部電能費(fèi)用的30％。利用該配電監(jiān)控系統(tǒng)得到的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，為波音提供了配電控制方案。實(shí)施該方案的結(jié)果是減少了20％的峰值電價(jià)費(fèi)用，周末時(shí)可以達(dá)到50％。

 

案例二：最近DELL公司的一臺(tái)重要設(shè)備內(nèi)部發(fā)生了非常嚴(yán)重的暫態(tài)故障，但很快它又恢復(fù)了正常，如果沒(méi)有監(jiān)控系統(tǒng)這個(gè)故障根本無(wú)法被察覺(jué)，然而這是一個(gè)很可怕的潛在威脅。由于安裝該系統(tǒng)時(shí)，發(fā)現(xiàn)了這個(gè)故障并捕捉記錄了暫態(tài)故障波形，這個(gè)信息為DELL公司節(jié)省了25,000$的設(shè)備修理費(fèi)。

綜上所述安科瑞公司的Acrel-2000電力監(jiān)控系統(tǒng)，全面實(shí)現(xiàn)了配電系統(tǒng)的智能監(jiān)控，幫助用戶提高用電管理水平，降低設(shè)備運(yùn)營(yíng)成本，達(dá)到智能、高效、節(jié)能目標(biāo)。

 

 

參考文獻(xiàn)

[1]上海安科瑞電氣股份有限公司產(chǎn)品手冊(cè).2010.08版.

[2]施耐德電氣(中國(guó))投資有限公司產(chǎn)品手冊(cè).