工业园区的智能用电设计探讨——以渠江云谷为例

李文兴，鲁鹏

（1.四川深广合作产业投资开发有限公司，四川 广安638000；2.重庆文理学院机电工程学院，重庆402160；3.西南科技大学信息工程学院，四川 绵阳621010）

1 引言

渠江云谷项目占地面积约3km2（其中公园占地面积1km2），作为深广产业园的配套工程，该项目共有36 栋建筑，分商业、酒店、超市、研发中心、配套商业、公寓等建筑业态。作为重要的园区配套工程，人们需要对电力系统进行综合考虑。

1）合理规划用电区域，满足不同企业的用电需求；当出现用电故障或电力不足时，应满足重要部位（企业）的用电，达到弹性用电目的。

2）当出现电力系统运行不正常时（如短路、漏电等）以及机电设备故障等，应及时准确判断高低压电力系统的故障点。

3）园区内用电面积达3km2，公共区域用电约总用电量的30%，考虑采取何种方式降低能耗。

2 电力系统设计

2.1 电力系统分析

本项目采用了单位指标法进行用电统计[1，2]，项目共设置了高压开闭所4 座（含高压进线柜及地热源泵用电6100kV·A），变电所16 座，总用电量为22850kV·A（具体计算详见文献[2]）。因此，从附近的降压站引出2 路高压电源，每一路电源最大可以承受12000kV·A 电容量，引至红线外的高压环网柜，两路电源互为备用，当其中一路电源发生故障，另一路电源可以持续供电，实现重要负荷的高低压弹性供电。

2.2 备用电源接入设计

园区的用电系统不仅考虑消防设备的用电、重要设备的用电，还要考虑保障重要生产企业的用电。

1）36#楼设置了2 台柴油发电机组，主要提供给五星级酒店、36#楼其他区域的消防、重要设备用电；

2）2#～4#楼设置了1 台柴油发电机组，主要提供1#～13#楼的消防、重要设备用电；

3）其他主要楼栋考虑预留柴油电机组的安装位置等。

2.3 能耗及电能质量检测

电气节能是未来发展的主题，采用节能够有效地降低综合体的运营成本，人们按建筑业态规划变压器、设置开闭所等[3]。

1）采用SCB11 变压器，供电距离低于200m；大型电气主设备采用软启动、变频启动等节能方式。

2）采用光源能效比LED 光源，结合智能照明控制方式减少了照明用电的消耗。

3）采用能耗检测技术对建筑物的各处用电情况统一监控和节能统计，能够有效地预测未来的用电情况，便于及时调整用电规则或用电部位，满足用电需要。

4）实时监测和预警电能质量，如电压平衡监测、供电可靠性、连续性监测、谐波含量、功率因数、频率监测等。

3 电气测量及采集系统

3.1 电气测量系统

根据渠江云谷的用电需求，采用了AMI 技术[4]，用来测量、收集、储存、分析和运用园区所有用户的用电信息。在前端采用RS485、TCP 等协议实现了电力监控、电梯、照明、水泵、消防电源、电气火灾、能耗监控、远程抄表等信息采集，通信层采用骨干光纤实现各个建筑楼栋的互联，不同数据采用网络交换机、防火墙实现内外网络的交换、数据隔离，有效保证了各个子系统的互联、独立和安全。

3.2 用电信息采集系统

采用CET 综合计费系统对园区内所有用户的用电信息进行采集、处理和实时监控的系统，信息采集终端定时冻结日、月、抄表日用户负荷数据以及终端设备运行工况，生成用电负荷曲线。

3.2.1 公共关口计量点

1）开闭所高压计量：电业部门在各个开闭所进行高压集中计量，每路10kV 进线设置总计量装置；

2）变电所低压计量：在变压器低压侧总进线处设置多功能电能表，监测和计量电流、电压、有功功率、功率因数等参数。

3.2.2 内部设施计量点

通过内部设施的计量点有效地收取物业管理费用。

1）对动力设备（如电梯、水泵）、空调、照明、特殊用电（如智能化设备）进行计量。

2）公共照明计量包括物业景观用电、公共设施用电计量。

3.2.3 低压用户（企业、商户）计量点

利用远程抄表系统对低压用户（企业、商户）进行用电数据采集，各低压用户电表进行按每月1 次，每日1 次或每日数次的指定周期性抄读。可以实时动态分析低压用户的用电情况。除了对用电信息进行采集外，本系统设计了气表、水表、暖表的接口，有效地保障了园区的四表合一。

4 电力保护系统

常见的电力系统故障有三相短路、两相短路、单相接地、断相、过载，线路漏电、老化，设备过载、电压不稳、电机损坏、启动损坏等。因此，本项目从高压开闭所、低压配电所、高低压线路检测、重要设备监控等方面进行保护和故障诊断，并以电子地图的方式显示出来。

4.1 高、低压保护

高压开闭所设置了微机综保测控装置，对10kV 进线测量保护，低压端设置多功能仪表低压馈线回路的信息采集和远程集中控制管理，并将监控数据上传到电力控制中心[5]。

1）10kV 出线开关柜内装设真空断路器及微机综保测控装置。

2）低压主进设过载长延时、短路短延时等，部分回路设分励脱扣器，在互投时卸载部分负荷，防止变压器过载，同时在火灾时，可以第一时间切断火灾场所相关非消防设备电源。

3）电梯、消防设备配电箱进线端设置ATS，实现双回路的电源自动切换。单回路设置CPS，实现对电动机负载、配电负载的控制与保护。

4.2 电气火灾监控

设置电气火灾监控模块，对所有变配电的低压馈线路进行检测，包括漏电电流、过电流信号，发出声光报警信号，报出故障位置，监视故障点参数变化，同时存储各种故障信号。

4.3 电源监控

1）电源监控模块：检测消防设备电源的电流值、电压值和开关状态等信息，实时反映电源短路、断路、过压、欠压、过流以及缺相、错相、过载等异常并进行报警和记录，从而可有效避免火灾发生时，消防设备由于电源故障而无法正常工作的危急情况，最大限度地保障消防电源的可靠性。

2）设备监控模块（即BAS 系统）：对变配电系统（详见电力监控）、柴油发电机组、电梯、空调、生活给水泵、排水、排水泵、地源热泵的监控等。

电力监控（与电力保护共用1 套自动控制的软硬件系统）：监测变配电室高压进出线的电压、电流、有功功率、无功功率、频率、用电量、开关运行状态、故障报警等参数的测量与记录；变压器开关状态、故障报警及超温报警；柴油发电机的开关状态、故障报警及油箱低油位报警……

电梯监控：电梯运行状态监测和运行时间记录；电梯紧急状态下的故障报警和管理；电梯火警状态下的状态显示和报警管理。

送排风机监控：监测送排风机的运行状态、故障和过载报警；按定时程序控制送排风机的启/停。

3）照明的远程控制：室外亮化、泛光照明、室内智能照明等。实现对照明的定时开关、节能模式的设置、故障的检测等。

5 数据处理系统

整个项目有电力监控系统、用户抄表系统、信息发布系统、设备监控、电气节能等多个功能模块，各个子系统模块相对比较独立，迫切需要一种新的技术将其整合，因此，采用了一种成熟的技术，这种技术就是分布式技术（其核心就是软件中间件），方便实现用电系统的数据采集和处理[6]。

5.1 系统架构设计

整个用电监控系统为3 层结构，即：数据处理层、通信层、前端控制层。数据处理层通过通信层与前端控制层相连，执行设备的数据采集、状态的监视和控制管理。数据处理层包括电力监控模块（即SCADA，能耗检测模块、计量系统为深圳中电的系统），电气火灾模块（北大青鸟）、设备监控服务模块、电力抄表模块以及数据库服务系统，各个服务系统通过软件总线的方式实现数据交换。

5.2 数据处理系统

数据处理系统采用软总线技术实现电力数据处理系统各模块的分布式管理，实现功能服务间的数据传输和交换，追踪、记录。并预留相应的软件接口功能，并且在实施过程中不断增加相应的软件功能模块即可。

1）每个服务模块都通过接口耦合而来，并定义完整软件接口和地址，如接口定义语言、服务语言实现不同软件的互操作，屏蔽了底层通信协议如TCP/IP、HTTP、Modbus 等。

2）管理系统与互动业务分离：缴费服务、业务服务、消息互动等信息可以通过软件总线与电力监控等系统进行数据有限的交换。

3）用户侧、管理侧软件接口：（1）远程控制接口：网上缴费系统通过数据接口与电力抄表系统连接完成数据的交互，对于欠费的用户进行远程控制。（2）业务扩装和报装：用户可以通过手机APP、网络、电话与园区服务中心进行沟通，对故障地点进行保修，园区建立故障服务电话。（3）故障信息管理：当某个区域设备出现了故障、电力供电不足的情况，及时将消息传递给园区内的企业用户，达到“防患于未然”的目的。

6 结语

通过结合传统的电力监控、软件中间件、设备监控系统等组成新型的智能用电技术，同时能够减少工业园区的电力系统建设难度，有效地推动智能用电的应用，为园区正常供电提供了重要保证。