智能变电站建筑节能系统分析

刘柞宇

中国能源建设集团甘肃省电力设计院有限公司 甘肃兰州 730050

现代社会发展，迅速，环境问题也日益突出，所以做好建筑节能，可以保证合理使用资源，有效保护环境。我国目前的变电站占地面积大，有较大的能耗，存在过度浪费资源的情况。之所以要建立智能变电站，就是要建造节能建筑，通过对建筑物内的能耗进行分析，便于合理控制设备的工作状态，保证资源利用率[1]。想要实现建筑节能，就需要检测建筑接入能源、变电站周围环境和变电站能耗，并分析用电信息趋势，据此制定科学合理的设备节能方案，这样设备在运行期间就一直被控制在节能状态。

1 智能变电站建筑节能系统应用意义

目前我国火力发电的主要燃料为化石燃烧，这种发电形式十分耗能，且污染严重，会严重污染和破坏环境[2]。作为全球第一大碳排放国家，我国每年达到5.5吨的人均碳排放量。大量的碳排放除了会造成温室效应之外，所燃烧的煤矿石内的毒物还会破坏人民健康并污染环境。对于我国目前的情况来说，急需一些有效的手段和方法节约能源，优化资源。

变电站作为一种重要的电力输配设备，功能在于对区域间各部分电压进行调节。因为目前的大环境对环保标准和能耗标准的要求都十分严格，所以变电站目前也在向人工智能系统演化。智能变电站建筑与传统的变电站建筑设备“容器”的概念不同，在结构和设计方面作出了创新，保障了变电站工作期间的效率，同时保证可以有效节能[3]。

2 智能变电站建筑节能系统的具体构架

2.1 变电站自用电力监测模块

在节能系统中，利用站内综合自动化系统接口，可以收集和监控变电站内低压侧总电压、总电流、各支路的电压和电流等数据[4]。此外，电力监测模块还可以利用感知系统和传感器等对变电站内部各部件的具体工作状态进行探测。例如，在变电站工作期间，可以通过收集数据，呈现空调、灯具和散热系统等的总电压和总功率情况。同时，模块系统自身还可以处理之前的历史用电信息，方便工作人员根据季节、气候等具体因素对变电站内部的电量使用情况进行综合分析，从而有效优化和调整自身能耗。

2.2 蓄电池状态监测模块

节能系统可以利用站内综合自动化系统接口，对其中的蓄电池总电压、总电流、蓄电池内单电池电压、电流等进行提取，完成提取后，通过动力检测系统下的各子系统内事先设置好的阈值管理和控制各种信号。当电池组超过阈值范围时，子系统在处理时可以向蓄电池监测点周边的摄像头传递目标区域图像的相关信号，信号灯再发出警告指令[5]。在这一阶段蓄电池状态监测模块会记录并存储一系列指令和信号，由工作人员结合实际情况分析蓄电池的状态和故障情况，并根据具体情况对阈值的设定进行调整。

2.3 UPS监测模块

UPS指的是不间断供电系统，站内综合自动化系统接口可以收集和提取主机状态、装置报警等多种UPS信息，并将其向动力检测子系统中进行传递。动力检测子系统可以按照设定阈值判断、处理并记录相关信号，由工作人员根据数据信息设定和调整相关阈值，对故障问题和错误信号进行处理。

3 智能变电站建筑节能系统具体设计分析

3.1 智能变电站的优势

从智能化变电站的尤其是来看，其主要体现在三个方面：其一，智能变电站有自身的信息平台，其采用了相同的通讯协议和信息模式，通过变电站机器设备之间的额相互协作既可以实现变电站内部信息资源的共享，提升信息资源共享的速度和效率，还能够有效的降低智能电站的设计与维修费用；其二，智能变电站采用最先进的额光纤信号传输，不仅提升了信号传输的速度与准确度，还有效的降低了安装和维护费用，实现了设备的无油化，既增强了变电站的安全性，还减少了变电站的占地面积，有效的解决土地资源；其三，智能变电站能够实现对一侧设备运行状态的实时监控，尤其是各个在线监测装置采用统一的后台、架空、接口及通信规约，这样既可以有效的解决数学采集设备投资重复问题，还能够有效的降低建设成本。

3.2 智能变电站的设计原则

从智能变电站节能系统的设计原则来看，其主要表现在五个方面：其一，确保变电站整体的稳定性与运行的经济性；其二，通过对设备进行网络化组合来降低百能电站建设成本；其三，通过变电站通讯协议构建变电站检测管理系统，实时监控变电站关键设备的运行状态，以此来降低变电站故障发生几率；其四，采用高度基层设备，实现变电站功能的简约化与人性化；其五，对于新设备和新技术都需要保留升级的功能，以此来满足市场需求。

3.3 智能变电站节能系统设计要点分析

首先，对一次设备进行智能化升级。在现代化变电站进行智能设计则是变电站实现节能降耗的科技基础，所以在智能变电站节能系统设计的过程中则需要对一次设备进行智能化、节能化设计，在主变压器中安装智能终端和配套的合并单元，在出线间隔、主变进线间隔内配置智能终端，利用变电站检测后台系统对变电站运行数据进行检测和追踪、汇总，以此来设计出具有针对性的调整和检修方案。其次，对二次设备进行网络化布局。在智能变电站节能系统设计的过程中，对于二次设备网络化布局的优化，一是要在站控层设备管理进行网络分布，二是要掌握变电站间隔层设备的配置情况，三是需要在过程层进行设备设计。通过站控层、间隔层、过程层的网络化设计来实智能变电站节能系统的设计。

4 智能变电站建筑能耗具体分析与管理

利用综合自动化系统的接入站，建筑节能监测系统可以获得全部设备的用电信息，从用电设备分类的角度计量各种设备的能量消耗。计算项目包括门禁、地插等设备、制冷设备和照明设备等[6]。经由传感器或自动化接口将数据统一向动力监测子系统进行传输。动力监测系统运用相关能耗分析计算式计算能耗。

收集站内用电的电流、电压和能耗多种信息，将这些信息利用综合自动化接口向动力监测子系统进行传输，根据提前设定好的阈值，动力监测子系统开始处理相应的信号，发送联动指令调配蓄电池检测点附近的灯光和摄像头。在处理期间，系统会自动向数据库中输入联动动作和报警记录，并将其展示在三维场景中，用户可以根据自己的实际需求，配置蓄电池报警联动的灯光阈值和摄像头等。利用三维可视化技术和物联网等可以分析变电站的动力系统数据和环境参数，并通过这一技术显示出变电站和信息机房相关设备的运行情况，以有效管理和监控供电源和风机等设备，从而达到节能减排的目标。

4.1 系统中的空调监控

将空调监控的温度信息、开光状态等信息向系统后台进行传送后，系统会根据事先设定好的阈值处理相应信号，对空调附近的灯光和摄像头发出联动指令，在此期间，相关记录会向系统的数据库中进行传输，并利用三维场景进行显示，通过这些信息，用户就可以配置空调及监控的相关参数[7]。

4.2 系统智能灯光控制

灯光以区域为控制单位，根据变电站的灯光控制需求的不同，可以进行区域划分，每个区域都可以在开关上向配电箱引出一根火线，站内自带的配电箱和上述配电箱的位置属于相邻状态，利用485线连接配电箱和主控室中的事件服务器，这样和其相关的设备联动需要灯光时，就可以收到灯光控制信息。系统的数据库会同时收到灯光的关闭和打开动作，有创控制各个区域的灯光，在结合软件后，灯光控制系统就可以获取灯光开关状态信息并显示在三维场景中；利用控制箱远程控制各个区域的灯光。在不同的季节可以设定不同的模式，根据用户不同的需求，联动控制摄像头。

5 建筑节能技术措施

建筑节能指的是通过合理的建筑设计以及改善建筑围护结构的热工性能，保证建筑物室内温度处于舒适状态，在室内热环境指标相同的前提下，提升采暖、空调设备和照明设备的效率，减少能耗。国家也在大力提倡在变电站建设中推广和普及低能耗建筑，保证在变电站全寿命周期内获得最大的经济效益。我国各地气候有较大的差别，所以不同地域的建筑有不同的节能设计方法和标准，目前可以参考的依据有《公共建筑节能设计标准》、《民用建筑热工设计规范》等。而变电站因为在工业建筑范畴内，所以尚无相应的节能设计标准，目前可以参考民用建筑节能标准和国网“两型一化”文件设计站内建筑物。

5.1 建筑设计的优化

因为智能变电站的性质属于无人值班、有人值守，所以在保证基本运行要求得到满足的基础上，可以对建筑总体布局、单位功能组织等进行优化，使建筑物的面积和体积减少，这样占地更少，在建造期间的能耗就更好。

建筑布局和朝向选择：因为北方天气寒冷，所以都配备了采暖设备和太阳能设备，所以在选择建筑朝向时要求保证日照充足，且要避开冬季主导风向，以免出现“霜冻效应”和“风影效应”。通过分析施工地区的太阳辐射、自然通风等气候条件会对建筑能耗造成的影响确定朝向布置，尽可能的利用天然能源，保证建筑物室内热环境。立面造型设计：合理的建筑体形可以使建筑物无需大量与外界交换热量，在具备相同的其他条件基础上，体形系数越大，就会有越大的单位建筑面积对应的外表面面积，就会出现越多的传热损失，越影响节能效果。所以要求建筑立面简洁大方，可以选用双坡屋面，不设置其他的凹凸变化，这样就不会影响到建筑采暖能耗。屋面坡度设置合理时，可以快速排水，避免冬季时屋顶覆盖积雪太厚，且建筑物不会太呆板。在变电站全寿命周期内，通过设置吊顶，更有助于节能。新型节能建材选用：在选择建筑材料时，原则为“两型一化”和“两型三新”，多选用节能、环保的新型节能建材，选用混凝土空心砖，可以降低生产能耗，有效节约土地、废物利用。选用现浇钢筋混凝土空心屋盖屋面，保温性能显著，选用聚苯乙烯泡沫塑料板做保温，这种材料的密度小，有较高的导热系数。装修时也要注意环保，尽量选择可循环使用、无毒、无污染的材料和产品。

5.2 建筑围护结构热工节能

降低建筑物围护结构的传热系数，可以对材料里的热量传递速度进行控制，增强材料的隔热性能，夏季时有效避免室外热量进入室内，冬季时有效避免室内热量向室外泄漏，保证建筑物室内始终能处于舒适状态，采暖等辅助设备的负荷更小，从而有效节能。对于北方地区，因为冬季十分寒冷，所以需要做外墙保温措施，在进行节能计算比较后，发现最为经济科学的方法就是外墙外保温。外墙外保暖是在外墙外侧设置保温隔热体系，显著降低主体结构受到的温差作用，避免建筑出现温度变形，从而有效保护建筑结构，延长结构寿命。

5.3 建筑平面功能的优化

利用优化工艺对功能房间进行布置合并，可以增加建筑平面的紧凑感，使之更加规整，最小化建筑面积。全站建筑都选用双向坡屋面造型，在可以有效排水的同时，减少了冬季覆盖雪的厚度，建筑空间更小，采暖费用更少，采暖能耗得到显著降低。

6 结语

之所以要建立智能变电站节能系统，主要是为了减少环境污染，改变变电站资源紧缺的问题。利用三维可视化技术和传感器技术等可以实现边站的互动化、信息化，满足用户的需求，实现智能电网的长远发展。随着科学技术的进步，关于智能变电站的研究不断深入，建筑节能系统也在随之不断完善和健全，从而有效保护环境、合理利用资源，保证满足未来社会发展的需求。