智慧園區(qū)配用電技術(shù)規(guī)劃與設(shè)計

高平，葛世偉，楊帆，陶曉東

（浙江天正電氣股份有限公司）

1 引言

所謂智慧園區(qū)，就是利用大數(shù)據(jù)、人工智能等信息技術(shù)實現(xiàn)園區(qū)各類資源的整合，提高工作效率加強(qiáng)各類園區(qū)創(chuàng)新、服務(wù)和管理能力，從而能夠充分降低企業(yè)運(yùn)營成本，增強(qiáng)園區(qū)管理的軟實力。智慧園區(qū)系統(tǒng)是一個基于多技術(shù)、多系統(tǒng)、多領(lǐng)域融合的綜合性應(yīng)用系統(tǒng)。一個成熟的智慧園區(qū)應(yīng)該需要具備以下五個主要的能力：完全可控制且全面感知的能力；各個子系統(tǒng)互聯(lián)互通的能力；園區(qū)數(shù)據(jù)信息集中共享整合的能力；與內(nèi)外部系統(tǒng)協(xié)同與優(yōu)化的能力和具有主動學(xué)習(xí)和智能響應(yīng)的智慧化運(yùn)行能力。具體的智慧園區(qū)的能力架構(gòu)圖可見圖1[1-3]。

2 園區(qū)配電系統(tǒng)現(xiàn)狀分析

園區(qū)配用電系統(tǒng)普遍存在配電開關(guān)頻繁發(fā)生跳閘、環(huán)境過熱影響設(shè)備運(yùn)行，設(shè)備水浸損壞和配電設(shè)備存在被盜等現(xiàn)象，這些故障卻常常未能及時檢測到而被忽視，從而導(dǎo)致設(shè)備燒毀影響用戶的正常用電。傳統(tǒng)解決方案就是分別安裝環(huán)網(wǎng)柜、開關(guān)柜、變壓器等監(jiān)測設(shè)置，以及報警、視頻以及環(huán)境監(jiān)控等系統(tǒng)等[4-6]，但是這些系統(tǒng)具有如下問題：

①配電系統(tǒng)的很多裝置沒有互聯(lián)互通的功能，只具備在本地監(jiān)測和控制的功能；

②聯(lián)網(wǎng)的各系統(tǒng)之間還是獨(dú)立運(yùn)行，形成監(jiān)控的“孤島”，無法有效的進(jìn)行系統(tǒng)化的管理，也達(dá)不到安全管理的效果。

③配電系統(tǒng)的配電房內(nèi)采用機(jī)械鎖，存在很大的安全隱患，隨便配一把鑰匙可將各設(shè)備室的門全部打開，甚至于外來人員用借的到鑰匙就可隨心所欲開啟任何房門，也無法記錄開啟時間，這不僅可能出現(xiàn)物品被盜，甚至可能開錯設(shè)備室的門而誤入帶電間隔，導(dǎo)致人員傷亡的事故。另方面當(dāng)鑰匙丟失了，更是存在前面所述的安全隱患。

圖1 智慧園區(qū)架構(gòu)圖

④配電系統(tǒng)的檢查巡視通過手工記錄方式進(jìn)行，會出現(xiàn)代簽、統(tǒng)計費(fèi)時費(fèi)力，無法做到實時上報管理。

⑤園區(qū)多系統(tǒng)并存運(yùn)行不但增加了投資成本，后期的維護(hù)成本也大大增加，并且多個廠家的設(shè)備同時運(yùn)行，也會產(chǎn)生扯皮現(xiàn)象，浪費(fèi)業(yè)主的時間和精力。

⑥由于園區(qū)配電技術(shù)缺乏數(shù)字化智能化的檢測手段，一般都在每年或者每季的幾個典型日，派遣工作人員逐個測量配電裝置及巡檢，結(jié)果是費(fèi)時費(fèi)工，既不能及時反映真實情況，也不能及時解決實際問題。

3 園區(qū)配電監(jiān)控功能定位

園區(qū)配電監(jiān)控功能需基于用、管、建三個不同需求進(jìn)行定位建設(shè)，其三者的具體定位如下。

1）配電監(jiān)控系統(tǒng)的“用”

主要是運(yùn)維人員可實現(xiàn)移動端的巡檢與運(yùn)維業(yè)務(wù)應(yīng)用，通過手機(jī)APP實現(xiàn)預(yù)報警、線上報修、工單管理、故障分析、遠(yuǎn)程查看等；實現(xiàn)系統(tǒng)自動抄表功能，提高數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性及高效性，工作更加規(guī)范；對重要的設(shè)備資產(chǎn)進(jìn)行數(shù)字化盤點，保養(yǎng)，報修等，實現(xiàn)線上報修及定期預(yù)防性維護(hù)計劃，自動生成操作記錄，結(jié)果可追蹤。

2）配電監(jiān)控系統(tǒng)的“管”

主要是園區(qū)的負(fù)責(zé)人可通過監(jiān)控系統(tǒng)了解園區(qū)電能消耗，發(fā)掘用能浪費(fèi)和異常的情況， 基于此整改公共區(qū)域照明/空調(diào)的浪費(fèi)及峰平谷的用能結(jié)構(gòu)分析；預(yù)測系統(tǒng)負(fù)荷功率監(jiān)測分析，優(yōu)化企業(yè)整體用能現(xiàn)狀；電子流程化運(yùn)維巡檢，支持預(yù)報警實時推送，提高園區(qū)運(yùn)營效率；最大化降低電氣事故和火災(zāi)的發(fā)生，保障園區(qū)生產(chǎn)及運(yùn)營的安全；實現(xiàn)對重要設(shè)備的能耗及運(yùn)行效率調(diào)優(yōu)。

3）配電監(jiān)控系統(tǒng)的“建”

主要是公司集團(tuán)領(lǐng)導(dǎo)可直觀了解集團(tuán)內(nèi)不同園區(qū)信息及綜合排名，加強(qiáng)企業(yè)管理的精細(xì)化， 對不同產(chǎn)線及事業(yè)部的用能對比，為后續(xù)成本分?jǐn)偺峁┮罁?jù)，同時可按照公司用能規(guī)律，結(jié)合模型形成未來園區(qū)用能規(guī)劃；提升企業(yè)用電安全及節(jié)能環(huán)保的綠色形象，減少碳排放，體現(xiàn)企業(yè)社會責(zé)任。

4 園區(qū)配電監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)

園區(qū)配電監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)要求[7-8]如下：

①全面感知的要求對園區(qū)電力配和用的各個環(huán)節(jié)信息全面智能識別，在信息采集、匯聚處理的基礎(chǔ)上實現(xiàn)全過程、資產(chǎn)全壽命、客戶全方位感知。

②數(shù)據(jù)互聯(lián)互通的要求需要采集裝置之間、傳感器之間、傳感器與應(yīng)用系統(tǒng)之間通過物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)化通信協(xié)議與通信網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)信息有效傳遞與交互。

③數(shù)據(jù)通訊安全可靠的要求利用數(shù)據(jù)總線、載波、無線專網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)等，實現(xiàn)感知層和應(yīng)用層之間的可靠、安全和高速信息傳遞。

④云平臺和智能化數(shù)據(jù)處理要求建立配用電的能源運(yùn)行大數(shù)據(jù)收集、存儲和運(yùn)算，綜合運(yùn)用智能算法、分布式數(shù)據(jù)庫等技術(shù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘、數(shù)據(jù)儲存、智能分析，支撐應(yīng)用服務(wù)、信息呈現(xiàn)、客戶交互等業(yè)務(wù)功能。

⑤智能配電系統(tǒng)企業(yè)IT融合要求成為企業(yè)IT架構(gòu)的延伸，完善補(bǔ)充企業(yè)IT架構(gòu)，同時作為企業(yè)IT架構(gòu)最重要的組成部分之一。

基于上述園區(qū)配電監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)的要求，浙江天正嘉興智慧園區(qū)配用系統(tǒng)的架構(gòu)采用三層網(wǎng)路架構(gòu)，第一層為南北配電室、生產(chǎn)車間、數(shù)據(jù)中心、安防監(jiān)控數(shù)據(jù)以及員工倒班房的配電系統(tǒng)設(shè)備的數(shù)據(jù)采集，采用MODBUS-RTU的工業(yè)總線協(xié)議；第二層通過有線或者無線的方式將數(shù)據(jù)傳送到生產(chǎn)交換機(jī)，不同區(qū)域的生產(chǎn)交換機(jī)最后夠匯集到一個核心交換機(jī)；第三層由核心交換機(jī)的數(shù)據(jù)直接通到浙江天正數(shù)據(jù)中心，通過內(nèi)部數(shù)據(jù)局域網(wǎng)通過公網(wǎng)實現(xiàn)運(yùn)維人員，園區(qū)管理者以及集團(tuán)總裁室都能夠通過各種數(shù)據(jù)終端了解園區(qū)配電設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)，在第三層還可以將數(shù)據(jù)分享給天正電氣公司所在的嘉興市秀洲區(qū)安全用電數(shù)據(jù)監(jiān)管平臺，天正嘉興園區(qū)配電監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)具體可見圖2。

5 園區(qū)配電系統(tǒng)監(jiān)控運(yùn)行功能

園區(qū)配電系統(tǒng)的綜合管理平臺包含Web端管理平臺和APP端執(zhí)行軟件。該系統(tǒng)融合了能源管理、電力監(jiān)控、事件報警處理、設(shè)備資產(chǎn)管理、運(yùn)維管理、安防監(jiān)控等眾多子系統(tǒng)。實現(xiàn)工廠系統(tǒng)運(yùn)行信息的智能分析、可視化呈現(xiàn)和一站式管理，持續(xù)提升運(yùn)營效率實現(xiàn)了園區(qū)用電安全[9-10]。園區(qū)配電系統(tǒng)帶來的優(yōu)勢（不僅限于），具體分析如下。

5.1 故障預(yù)警

變壓器三相負(fù)載率相近那么其溫升應(yīng)該是一致，但在2018年的12月份發(fā)現(xiàn)C相母排溫度多次頻繁超限報警提醒，最后確認(rèn)是由于斷路器母排螺栓連接松動所致溫度過高，及時整改避免了后續(xù)發(fā)生火災(zāi)的可能，具體數(shù)據(jù)可見下圖3。

圖2 天正嘉興園區(qū)配電監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)

5.2 異常負(fù)荷監(jiān)控

線路于0:00-7:00出現(xiàn)異常負(fù)荷，此線路是穩(wěn)定低負(fù)荷夜間極少啟動，但如圖此線路夜間設(shè)備長時間頻繁高負(fù)荷啟動。通過監(jiān)控發(fā)現(xiàn)了負(fù)荷高頻繁異常啟動，采用對應(yīng)的措施降低了異常負(fù)荷的能耗損失。具體可見圖4的負(fù)荷監(jiān)控圖。

5.3 能效優(yōu)化

通過對空壓機(jī)有功功率進(jìn)行監(jiān)控發(fā)現(xiàn)該空壓機(jī)在11月夜間頻繁啟動負(fù)荷普遍集中在50kW，高峰時可達(dá)到80kW，運(yùn)行能效低，通過避峰填谷的方式提高了空壓機(jī)能效。具體可見圖5系統(tǒng)監(jiān)控的數(shù)據(jù)圖。

另外嘉興園區(qū)的能耗大戶注塑機(jī)也采用避峰填谷的運(yùn)行模式，建立科學(xué)的產(chǎn)量及生產(chǎn)計劃，實現(xiàn)更加經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行模式。通過智慧園區(qū)配電技術(shù)的改造，用電故障率減少了30%，故障解決到位率達(dá)到了95%以上，年用電成本降低了15%。

6 結(jié)語

圖3 變壓器溫升檢測

本文首先分析了智慧園區(qū)的能力需求，然后基于智慧園區(qū)的能力需求研究分析了智慧園區(qū)配用電技術(shù)的規(guī)劃與設(shè)計，天正嘉興園區(qū)配用電系統(tǒng)的智能化改造項目采用管、用、建的功能定位，通過試運(yùn)行可實現(xiàn)故障的預(yù)警以及能效提高，大大降低了用電的故障率，提高了故障解決的到位率，從而降低了用電成本，可見智慧園區(qū)配用電技術(shù)具有廣闊的市場應(yīng)用場景。

圖4 日正常負(fù)荷監(jiān)控圖

圖5 空壓機(jī)有功功率數(shù)據(jù)監(jiān)控圖