智慧园区配用电技术规划与设计

高平，葛世伟，杨帆，陶晓东

（浙江天正电气股份有限公司）

1 引言

所谓智慧园区，就是利用大数据、人工智能等信息技术实现园区各类资源的整合，提高工作效率加强各类园区创新、服务和管理能力，从而能够充分降低企业运营成本，增强园区管理的软实力。智慧园区系统是一个基于多技术、多系统、多领域融合的综合性应用系统。一个成熟的智慧园区应该需要具备以下五个主要的能力：完全可控制且全面感知的能力；各个子系统互联互通的能力；园区数据信息集中共享整合的能力；与内外部系统协同与优化的能力和具有主动学习和智能响应的智慧化运行能力。具体的智慧园区的能力架构图可见图1[1-3]。

2 园区配电系统现状分析

园区配用电系统普遍存在配电开关频繁发生跳闸、环境过热影响设备运行，设备水浸损坏和配电设备存在被盗等现象，这些故障却常常未能及时检测到而被忽视，从而导致设备烧毁影响用户的正常用电。传统解决方案就是分别安装环网柜、开关柜、变压器等监测设置，以及报警、视频以及环境监控等系统等[4-6]，但是这些系统具有如下问题：

①配电系统的很多装置没有互联互通的功能，只具备在本地监测和控制的功能；

②联网的各系统之间还是独立运行，形成监控的“孤岛”，无法有效的进行系统化的管理，也达不到安全管理的效果。

③配电系统的配电房内采用机械锁，存在很大的安全隐患，随便配一把钥匙可将各设备室的门全部打开，甚至于外来人员用借的到钥匙就可随心所欲开启任何房门，也无法记录开启时间，这不仅可能出现物品被盗，甚至可能开错设备室的门而误入带电间隔，导致人员伤亡的事故。另方面当钥匙丢失了，更是存在前面所述的安全隐患。

图1 智慧园区架构图

④配电系统的检查巡视通过手工记录方式进行，会出现代签、统计费时费力，无法做到实时上报管理。

⑤园区多系统并存运行不但增加了投资成本，后期的维护成本也大大增加，并且多个厂家的设备同时运行，也会产生扯皮现象，浪费业主的时间和精力。

⑥由于园区配电技术缺乏数字化智能化的检测手段，一般都在每年或者每季的几个典型日，派遣工作人员逐个测量配电装置及巡检，结果是费时费工，既不能及时反映真实情况，也不能及时解决实际问题。

3 园区配电监控功能定位

园区配电监控功能需基于用、管、建三个不同需求进行定位建设，其三者的具体定位如下。

1）配电监控系统的“用”

主要是运维人员可实现移动端的巡检与运维业务应用，通过手机APP实现预报警、线上报修、工单管理、故障分析、远程查看等；实现系统自动抄表功能，提高数据准确性及高效性，工作更加规范；对重要的设备资产进行数字化盘点，保养，报修等，实现线上报修及定期预防性维护计划，自动生成操作记录，结果可追踪。

2）配电监控系统的“管”

主要是园区的负责人可通过监控系统了解园区电能消耗，发掘用能浪费和异常的情况， 基于此整改公共区域照明/空调的浪费及峰平谷的用能结构分析；预测系统负荷功率监测分析，优化企业整体用能现状；电子流程化运维巡检，支持预报警实时推送，提高园区运营效率；最大化降低电气事故和火灾的发生，保障园区生产及运营的安全；实现对重要设备的能耗及运行效率调优。

3）配电监控系统的“建”

主要是公司集团领导可直观了解集团内不同园区信息及综合排名，加强企业管理的精细化， 对不同产线及事业部的用能对比，为后续成本分摊提供依据，同时可按照公司用能规律，结合模型形成未来园区用能规划；提升企业用电安全及节能环保的绿色形象，减少碳排放，体现企业社会责任。

4 园区配电监控系统架构

园区配电监控系统架构要求[7-8]如下：

①全面感知的要求对园区电力配和用的各个环节信息全面智能识别，在信息采集、汇聚处理的基础上实现全过程、资产全寿命、客户全方位感知。

②数据互联互通的要求需要采集装置之间、传感器之间、传感器与应用系统之间通过物联网标准化通信协议与通信网络，实现信息有效传递与交互。

③数据通讯安全可靠的要求利用数据总线、载波、无线专网、互联网等，实现感知层和应用层之间的可靠、安全和高速信息传递。

④云平台和智能化数据处理要求建立配用电的能源运行大数据收集、存储和运算，综合运用智能算法、分布式数据库等技术，进行数据挖掘、数据储存、智能分析，支撑应用服务、信息呈现、客户交互等业务功能。

⑤智能配电系统企业IT融合要求成为企业IT架构的延伸，完善补充企业IT架构，同时作为企业IT架构最重要的组成部分之一。

基于上述园区配电监控系统架构的要求，浙江天正嘉兴智慧园区配用系统的架构采用三层网路架构，第一层为南北配电室、生产车间、数据中心、安防监控数据以及员工倒班房的配电系统设备的数据采集，采用MODBUS-RTU的工业总线协议；第二层通过有线或者无线的方式将数据传送到生产交换机，不同区域的生产交换机最后够汇集到一个核心交换机；第三层由核心交换机的数据直接通到浙江天正数据中心，通过内部数据局域网通过公网实现运维人员，园区管理者以及集团总裁室都能够通过各种数据终端了解园区配电设备的运行数据，在第三层还可以将数据分享给天正电气公司所在的嘉兴市秀洲区安全用电数据监管平台，天正嘉兴园区配电监控系统架构具体可见图2。

5 园区配电系统监控运行功能

园区配电系统的综合管理平台包含Web端管理平台和APP端执行软件。该系统融合了能源管理、电力监控、事件报警处理、设备资产管理、运维管理、安防监控等众多子系统。实现工厂系统运行信息的智能分析、可视化呈现和一站式管理，持续提升运营效率实现了园区用电安全[9-10]。园区配电系统带来的优势（不仅限于），具体分析如下。

5.1 故障预警

变压器三相负载率相近那么其温升应该是一致，但在2018年的12月份发现C相母排温度多次频繁超限报警提醒，最后确认是由于断路器母排螺栓连接松动所致温度过高，及时整改避免了后续发生火灾的可能，具体数据可见下图3。

图2 天正嘉兴园区配电监控系统架构

5.2 异常负荷监控

线路于0:00-7:00出现异常负荷，此线路是稳定低负荷夜间极少启动，但如图此线路夜间设备长时间频繁高负荷启动。通过监控发现了负荷高频繁异常启动，采用对应的措施降低了异常负荷的能耗损失。具体可见图4的负荷监控图。

5.3 能效优化

通过对空压机有功功率进行监控发现该空压机在11月夜间频繁启动负荷普遍集中在50kW，高峰时可达到80kW，运行能效低，通过避峰填谷的方式提高了空压机能效。具体可见图5系统监控的数据图。

另外嘉兴园区的能耗大户注塑机也采用避峰填谷的运行模式，建立科学的产量及生产计划，实现更加经济的运行模式。通过智慧园区配电技术的改造，用电故障率减少了30%，故障解决到位率达到了95%以上，年用电成本降低了15%。

6 结语

图3 变压器温升检测

本文首先分析了智慧园区的能力需求，然后基于智慧园区的能力需求研究分析了智慧园区配用电技术的规划与设计，天正嘉兴园区配用电系统的智能化改造项目采用管、用、建的功能定位，通过试运行可实现故障的预警以及能效提高，大大降低了用电的故障率，提高了故障解决的到位率，从而降低了用电成本，可见智慧园区配用电技术具有广阔的市场应用场景。

图4 日正常负荷监控图

图5 空压机有功功率数据监控图