智能配电系统在总部办公中的设计应用

裴 雷

(北京市建筑设计研究院有限公司，北京 100045)

1 项目概况

案例项目为中国石化上海浦东科研信息办公综合基地，位于上海市浦东新区陆家嘴金融中心核心区域，建成后中国石化上海各分公司(近20 家)入驻，作为中石化上海区域总部办公基地。 规划总用地面积62 903m2，总建筑面积260 380m2，其中地上建筑面积157 500m2，地下建筑面积102 880m2。地上部分为五栋科研办公楼、信息中心、科技交流中，各楼地下为连通地下室，为配套附属用房和地下人防车库等。

项目由市政引入2 路35kV 市政电源，设置2 台35/10kV 主变压器，配套设置10kV 电容补偿柜及馈线柜。 10/0.4kV 变电所共设3 处，根据供电半径及功能区域划分，为地上各楼及对应地下区域供电。设置2 台柴油发电机组，作为消防、信息中心机房等重要负荷备用电源。 项目10/0.4kV 变压器共16台，总装机容量为26 000kVA，具体变电室设置变压器及服务区域如表1。 35/10kV 供配电系统单线示意图如图1。

图1 35/10kV 供配电系统单线示意图

2 物业运维需求分析

如何以专业的、优质的服务对体量巨大且物业运维情况复杂的总部综合办公供配电系统进行日常维护，物业公司根据以往运维经验提出了需要解决的问题。

2.1 供配电系统的调试问题

变配电系统投入使用后，断路器电流整定值均按照设计理论计算值进行设定，为确保供配电系统安全、可靠，要确保断路器电流整定值在合理的保护区间，需要在系统投入使用后对每条配电回路进行长期的实时监测，对积累的用电数据进行分析，确定合理的断路器电流整定值，且随着末端回路用电变化进行相应调整。 采用传统电力监控系统，设置电表对回路进行监测，系统不能将采集的回路用电数据与配电开关电流整定值进行系统匹配，需要人工分析及校核，调试过程需要经历单点调试、线路调试、系统调试等诸多步骤，且间隔一段时间还需要进行新一轮校核及调试，根据项目规模，将系统调试到合理运行状态需要耗费大量的人力及时间。

变电室设置情况 表1

2.2 电力资源合理化配置问题

随着业务扩展，入驻分公司会有用电增容改造需求，将有限的供配电备用资源配置给实际有业务需求的分公司，避免各出现各家“跑马占地”的现象，且在配置电力资源时要有足够说服力。 物业需根据系统对用户实际用电情况记录进行分析，确定合理增容方案(如调整总进线断路器电流整定值或占用备用断路器接引新电源)，同时提供数据支撑的用电报告，统筹平衡部门间的电力资源配置，规范物业管理流程。

2.3 能源管理系统软件适用性问题

配置型的平台层软件功能往往比较单一，只能实现基本电参量的显示，而功能较强平台层软件往往采用针对性的定制开发，需要耗费大量的人力物力。 若遇到配电系统调整，还需对采集网关重新配置，后期若集团总部需要调取能效管理平台中的数据，还需要定制开发相应的接口及传输协议，耗时长且成本高。

2.4 供配电系统运维方式问题

总部办公建筑规模大，变电室数量多且相互间距离较远，如何在系统运行维护人员成本和管理效率上找到平衡点，需要供配电系统引入到智能化控制系统的运行维护工作之中，将一部分运行维护工作在远程直接完成，简单化控制系统的运行维护工作，从而降低运维工作所需的知识门槛和人工成本。

3 智能配电系统架构

通过对物业运维需求的沟通及梳理，针对项目特点，最终项目确定采用智能化配电系统，以物联网技术、大数据积累、分析等数字化手段为重点，解决上述运维痛点问题。 智能配电系统架构方案将项目供配电系统分为现场设备层、网络通讯层、本地控制层和云端应用层。 (1)现场设备层由具有通讯能力的智能低压断路器、多功能电表、智能传感器、智能电能质量监测单元和智能辅助监测设备等构成；(2)网络通讯层包含支持特定架构的通讯处理设备，数据通讯网关提供关键的协议转换，通讯接口转换设备，对部署在云端的平台，能够同时提供4G、5G 等网络通道，网络通讯设备包括交换机、路由器等通讯设备；(3)本地控制层包括实现监测运维功能需要提供的监控系统软件、监控管理服务器，操作员工作站，网络时钟源等设备；(4)云端应用层应包含云端平台，可满足智慧建筑管理需求数据中心数据计算和数据存贮资源，包括建立云端平台所需的数据中心硬件、软件环境，以及针对智慧建筑管理提供的网络通道、电脑软件以及手机应用APP。

智能配电系统中的数据来源于中、低压配电系统的智能断路器、多功能电表、智能传感器、计量设备等，通过标准化接口实现运行、预警、报警、故障、资产运行信息、设备故障进行追踪和分析，实现配电系统的运行和运维、电气设备资产、电能质量和能源效率的持续监测和追踪，借助本地控制层和大数据服务，通过深层次的数据挖掘、管理和分析，向物业提供全生命周期的配电设备监测、管理、分析，解决物业运维痛点问题。 系统软、硬件，均为开放式的、易于扩展的体系架构和平台，关键设备可进行数字化升级迭代，项目智能配电系统架构详见图2。

图2 智能配电系统架构图

4 智能配电系统方案

项目具体实施情况为在所有变配电室、柴油发电机房中、低压配电柜上采用具备通讯功能的ACB、MCCB。 其中，ACB 有线通讯读出断路器动作或故障脱扣前测量的电流、电压、频率等电参量，实现故障分析和追溯。 系统可监控谐波畸变率，实现电网电能质量提前预警，每面柜子配置数字显示单元。 各变电室和柴油发电机房均通过网络线接入1＃变电室值班室内智能配电系统，另在园区消防兼安防控制室设置本地控制层分站。 通信系统配置DC 24V 电源、以太网交换机，中压柜内支持Modbus 协议的智能设备通过网关将数据上传本地管理层。

本地控制层监控系统具备数字化智能配电综合管理功能，支持软件任务(通讯采集、报警、历史存储)工作模式分布式部署，而系统运行应不受干扰，系统IO 通讯任务可灵活拆分成多个主程序进程，按照不同的设备接入连接主IO 服务，确保各个通讯进程独立可靠，不会因为单个进程错误影响建立数字化智能配电综合管理系统的稳定运行。 系统还提供了全面的监测管理功能界面，提供包括实时的配电系统运行单线图、报警和历史存储、趋势和曲线，以及支持按照项目的实际管理需求，进行客户需求管理界面进行定制；应考虑将关键的监测设备全部接入系统，完成对配电系统内的中低压开关、关键断路器、多功能电表、应急电源全部的数据进行采集。 电能管理系统具备谐波监测和波形捕捉，针对特殊的负载回路，配置了高档次的多功能电表的回路，电力监控系统提供谐波的分项监测，以及电能质量的波形捕捉；根据捕捉的谐波分量，或者波形事件，系统需能够提供CIBIM 曲线，以供评判电能质量对负载的影响；具有能源分析功能模块，应具备将采集的能耗数据通过数字化的仪表盘进行分项对比，自动执行同比、环比、变化趋势、不同能耗介质对比等功能。 监测运维单元可提供全配电室内设备的运行监测管理，并定期生成配电室的运行日志(日志数据保存时间不低于2 个月)；可显示配电室的电线图、配电柜布置图，并根据相关的图纸提供详实的数据显示功能，应提供达成对断路器设备的设定参数的分析。 按照设定的参数，进行断路器的上下游开关保护的校验检查分析界面，供运维人员进行判定，具有断路器老化分析管理，电力监控系统可选低压断路器老化分析功能，在配置智能断路器的回路进行电气老化、机械老化分析，相关的老化分析功能需充分考虑产品工艺、材质、设备运行温度、运行时间、分合闸次数的相关信息综合评估；监测运维单元应提供对电能质量的分析扩展功能，按照IEC 和GB 标准，对电能质量进行分析判定；在硬件支持的情况下，能够进行扰动方向判定、波形捕捉，电压骤升骤降，以及瞬变的监测分析，并提供相关的分析报告。

在云端应用层移动运维管理平台中，能够提供对现场运行参数的显示，按照用户管理需求，将采集的数据进行分门别类的数据展示、存储，数据仅在手机端进行展示，而不做存储，确保数据安全。 支持按照用户的需求，判断系统的报警信息，并执行远程的报警推送管理，能通过预制的地图进行站点位置导航，通过地图定位配电室。 配电室内的信息能够通过管理员进行手动录入资产信息，应能通过预制的地图进行站点位置导航，通过地图定位配电室，配电室内的信息能够通过管理员进行手动录入资产信息，通过手机APP 确认和记录报警信息。

5 结束语

本文通过智能配电系统在总部办公中的应用案，以物业运维需求为始，针对总部办公建筑特点，利用智能配电系统物联网、大数据积累、分析等数据技术，解决物业运维痛点问题，大幅提升了配电系统自动化程度，减少用户的相关人力成本的支出，满足物业运维的需求。