電力監(jiān)控在小區(qū)供配電設(shè)計中的應(yīng)用

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本文以實際工程為例，下面就以某小區(qū)變電所為依據(jù)予以探討。

　　一、電力監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計及應(yīng)用

　　1.電力監(jiān)控系統(tǒng)簡介：

　　電網(wǎng)智能化：

　　現(xiàn)有電力網(wǎng)絡(luò)中設(shè)備的運行狀態(tài)是由設(shè)備本身的工作指令來實現(xiàn)的，而與電網(wǎng)運行狀態(tài)無關(guān)，此為被動配電網(wǎng)絡(luò)；當(dāng)設(shè)備的運行不僅由本身的工作指令來實現(xiàn)，還要由配電網(wǎng)絡(luò)在自我診斷后，再根據(jù)電網(wǎng)能力，負(fù)荷重要性，發(fā)出設(shè)備運行指令，按負(fù)荷重要性等級順序控制運行時為主動配電網(wǎng)絡(luò)。

　　把一個被動配電網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃优潆娋W(wǎng)絡(luò)：

　　——要合理地進行電力負(fù)荷分配；

　　——要把負(fù)荷按其重要性分為兒個等級（相對的動態(tài)的概念）；

　　——要使電力網(wǎng)有“自診斷”能力；

　　——要有負(fù)荷的控制和調(diào)節(jié)功能。

　?。?）正常工作狀態(tài)：

　　首先要使系統(tǒng)工作合理，負(fù)荷分配合理：

　　——充分地消峰填谷；

　　——充分利用變壓器的過負(fù)荷能力；

　　一充分地采用各種技術(shù)措施節(jié)能。儲能。

　?。?）發(fā)生電力故障狀態(tài)（如雙路電源一路停電，某臺變壓器發(fā)生故障等）：

　　智能系統(tǒng)經(jīng)過監(jiān)測。分析，判斷，確保一級負(fù)荷，有效的控制二，三級負(fù)荷。

　　2.電力監(jiān)控系統(tǒng)特點：

　　系統(tǒng)軟、硬件全部模塊化，硬件全部智能化。軟、硬件設(shè)計選擇工業(yè)級標(biāo)準(zhǔn)，可靠性非常高。

　　1）整個系統(tǒng)的ICU（智能控制終端）、RTU（遠(yuǎn)程智能通訊控制器）全部由16位微機組成，這樣的集散型監(jiān)控系統(tǒng)，速度快，實時性好，同機種通訊可靠。

　　2）ICU自帶CPU，采集周期短，實時性強，系統(tǒng)冗余度高，通訊幀數(shù)少，可大大減少通訊誤碼率。

　　3）各系統(tǒng)都是獨立工作，互不干擾，實現(xiàn)了控制的硬件系統(tǒng)模塊化，采用總線方式可節(jié)省纜線和工程費用。

　　4）各子系統(tǒng)實現(xiàn)了模塊化，進一步提高整個系統(tǒng)的安全及可靠性。

　　5）系統(tǒng)可帶電插拔，維護、檢修更加方便。

　　3.本系統(tǒng)構(gòu)成：

　　1）控制中心安裝的設(shè)備：

　　操作臺內(nèi)有主控機、顯示器、打印機、鍵盤、備用電源、抗干擾電源、UPS、接線端子、報警設(shè)備等。操作臺上有電源開關(guān)、遙控開關(guān)、遙控按鈕、模擬盤電源、開、關(guān)指示燈面板等。

　　2）本樓控制主機可在樓內(nèi)值班室，總控制室在變電所內(nèi)。傳感器信號通過總線傳至本樓控制主機及總控制主機。對電量進行遙測、遙信、遙控。

　　3）現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集和控制設(shè)備為ICU，電流變送器，電壓變送器等傳感器將信號送至ICU，ICU通過RTU與ZTK（智能通訊卡）相連，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向傳送。ICU通過設(shè)在配電系統(tǒng)內(nèi)的接觸器來實現(xiàn)預(yù)定程序中對電源的控制。

　　每套系統(tǒng)可容納1024個ICU，使系統(tǒng)有極高的可擴展性。

　　4.本系統(tǒng)設(shè)置范圍：

　　為保證整個小區(qū)供電數(shù)據(jù)采集的一致性?？刂频撵`活性及負(fù)荷的高可調(diào)性，宜在每個單體建筑內(nèi)裝設(shè)電力監(jiān)控系統(tǒng)。

　　二、小區(qū)供電負(fù)荷說明：

　　1.建筑概況：

　　小區(qū)內(nèi)建筑類型分為高檔公寓、地下車庫及配套用鍋爐房、變電氣等。地上、地下總建筑面積約為14萬平方米。其中公寓面積約為11萬平方米，地下車庫面積約為3萬平方米。

　　2.負(fù)荷計算：

　　設(shè)10KV自管變電所一座，電源引自供電局110KV變電站。甲方要求每戶總用電容量為8.5KW （約合35W/m2至45W/m2），空調(diào)系統(tǒng)為戶用集中空調(diào)，每戶約為3.0－5.0KW，每戶照明負(fù)荷3.5－5.5KW，按變壓器70％負(fù)荷率（經(jīng)濟運行）計算，變電所總負(fù)荷為6636KVA，初步計算小區(qū)變壓器應(yīng)報裝容量≥6，400KVA.

　　3.甲方要求：提高公寓照明負(fù)荷的等級，采用雙路電源互投。在非火災(zāi)等情況下應(yīng)確保公寓照明供電的正常。

　　4.經(jīng)計算，在有電力監(jiān)控系統(tǒng)作為可靠保證的前提下，充分利用變壓器的過負(fù)荷能力，可按4×1，2500KVA裝。

　　三、小區(qū)可靠供電的兩種方式比較：

　　本小區(qū)為高檔公寓為主，因此確保供電的可靠性就成為高檔小區(qū)的標(biāo)志之一，而由于條件所限，此種方式的供配電系統(tǒng)又不可能確保全部的負(fù)荷，如：甲方要求、外線方式等，決定了本供電系統(tǒng)的原則是：確保用戶照明負(fù)荷。

　　照明負(fù)荷為用戶的生活用電，而空調(diào)負(fù)荷為舒適性用電。當(dāng)照明負(fù)荷被切斷后，會造成用戶的心理恐慌，并會給用戶造成一定的損失，而空調(diào)負(fù)荷短時切斷不會給用戶的舒適性帶來很大影響，必要時，通過對用戶的空調(diào)負(fù)荷進行調(diào)節(jié)以確保用戶的照明負(fù)荷。

　　1.技術(shù)實施方面：

　　1）采用電力監(jiān)控系統(tǒng)的可行性：

　?。?）本系統(tǒng)在單體建筑的功能：

　　a.監(jiān)視整個大樓照明、空調(diào)及動力的電流模擬量及開關(guān)量狀態(tài)，并與以計錄，便于對整個小區(qū)負(fù)荷予以統(tǒng)計、分析。

　　b.控制層照明與層空調(diào)配電箱間的互投：

　　樓內(nèi)公寓的照明和空調(diào)采用1，600A封閉毋線供電，每一根封閉母線均負(fù)責(zé)樓內(nèi)一半的照明和空調(diào)。

　　當(dāng)一條封閉母線或進線電源等發(fā)生故障或檢修時，為保證住戶用電的可靠性就需將一條封閉母線的照明負(fù)荷投切至另一條封閉母線。由負(fù)荷計算表可看出，另一條封閉母線不可能承擔(dān)起全樓照明和空調(diào)的供電任務(wù)。此時便可由本系統(tǒng)先將樓內(nèi)空調(diào)負(fù)荷切除，然后再將照明負(fù)荷投切至正常之封閉母線，然后依據(jù)電力監(jiān)控系統(tǒng)所測算的數(shù)值，有計劃的將空調(diào)負(fù)荷重新投入。

　　c.當(dāng)非故障狀態(tài)電力不足時，切除部分空調(diào)負(fù)荷以保證整個大樓的用電安全，同時避免過負(fù)荷對上級變電所出線開關(guān)乃至變壓器的影響?？照{(diào)負(fù)荷投，切時，可采用循環(huán)投、切的方式，避免用戶長時間無法使用空調(diào)。以保證用戶居住的舒適性。

　　當(dāng)以上幾類情況中供電系統(tǒng)恢復(fù)正常時，再由電力監(jiān)控系統(tǒng)控制，將負(fù)荷恢復(fù)到正常供電方式，即保證供電可靠性及提高供電等級，也減小了物業(yè)管理部門的工作強度。

　　空調(diào)負(fù)荷的投，切，均由設(shè)在層照明與層空調(diào)配電箱內(nèi)的接觸器來實現(xiàn)，這就保證了事故面的減小、系統(tǒng)可調(diào)性的提高及操作的靈活性。

　　2）本系統(tǒng)在變電所的功能：

　　a.根據(jù)廠家提供的技術(shù)參數(shù)，變壓器本身在有強迫風(fēng)冷的情況下，輸出容量可提高40％－50％。因此在以電力監(jiān)控系統(tǒng)的調(diào)節(jié)作為可靠保證的情況下，可充分利用變壓器的過負(fù)荷能力。

　　當(dāng)一臺變壓器電源發(fā)生故障或檢修時，為保證住戶用電的可靠性就需將一臺變壓器的負(fù)荷投切至另一臺變壓。在充分利用變壓器的過負(fù)荷能力的前提下，電力監(jiān)控系統(tǒng)對所測得數(shù)據(jù)進行分析判斷，如變壓器間互投將可能造成正常變壓器過負(fù)荷及更大的事故面，便切除部分非重要負(fù)荷：如非消防的風(fēng)機，水泵；如尚不能滿足要求，視情況再由樓內(nèi)電力監(jiān)控系統(tǒng)將樓內(nèi)的部分空調(diào)負(fù)荷切除。然后再將照明負(fù)荷投切至正常變壓器，并依據(jù)電力監(jiān)控系統(tǒng)所測算的數(shù)值，有計劃的將空調(diào)負(fù)荷重新投入。

　　變壓器的保護只有二級，即過流和速斷保護，其功能為負(fù)荷達(dá)至斷路器的這兩個整定值時，斷路器切斷電源，由此會造成非預(yù)見性停電及較大事故面，給用戶帶來極大不便。當(dāng)采用本系統(tǒng)后，通過監(jiān)測元件可測算負(fù)荷趨勢，在事故發(fā)生前采用有效調(diào)控手段（如以上步驟）予以避免。

　　當(dāng)供電系統(tǒng)恢復(fù)正常時，再由電力監(jiān)控系統(tǒng)控制，將負(fù)荷恢復(fù)到正常供電方式。

　　b.在小區(qū)建設(shè)初期，由于有可靠的調(diào)控手段作為保證，可有依據(jù)的降低變壓器報裝容量，節(jié)約大量初投資。相應(yīng)帶來變電所面積減小，設(shè)備投資減少等優(yōu)點。

　　2）變壓器增容可行報告：

　?。?）當(dāng)一臺變壓器發(fā)生故障時，另一臺變壓器就要承擔(dān)起它的負(fù)荷，若無可靠的調(diào)控手段作為保證（例如非重要負(fù)荷出線開關(guān)增設(shè)欠壓脫扣裝置），在最不利的情況下需投入的負(fù)荷>2，000A，單臺變壓器總負(fù)荷電流>3，500A，有可能出現(xiàn)正常變壓器過負(fù)荷跳閘的可能。如在各單體建筑內(nèi)層空調(diào)配電箱增設(shè)欠壓脫舞裝置，也只能切除故障變壓器中的空調(diào)負(fù)荷，在最不利的情況下單臺變壓器總負(fù)荷電流>2，000A.若再切除正常變壓器中的空調(diào)負(fù)荷會給樓內(nèi)配電系統(tǒng)帶來很多的麻煩，增加系統(tǒng)的復(fù)雜程度。

　　若仍利用變壓器的過負(fù)荷能力，在沒有自動控制系統(tǒng)的情況下，需有人實時觀測負(fù)荷參數(shù)，然后判斷需采取的措施。一會造成值班人員的工作量較大，二可能會因人的因素產(chǎn)、生供電事故。

　?。?）就單體建筑樓內(nèi)來說：

　　當(dāng)一條封閉母線或進線電源發(fā)生故障或檢修時，為保證住戶用電的可靠性就需將一條 封閉母線的照明負(fù)荷投切至另一條封閉母線。

　　若按一條封閉母線承擔(dān)起全樓照明和一半空調(diào)的供電來設(shè)計，即事故母線空調(diào)負(fù)荷切除，而正常母線空調(diào)負(fù)荷仍保留。由以上數(shù)據(jù)可看出，樓內(nèi)封閉母線及出線開關(guān)均需加大。若不增大則需增設(shè)欠壓脫扣或由繼電器和接觸器來實現(xiàn)；若按一條封閉母線承擔(dān)起全樓照明，而空調(diào)全部切除，則只能由繼電器和接觸器來實現(xiàn)。在層空調(diào)配電箱增設(shè)欠壓脫扣裝置，空調(diào)負(fù)荷切除后需由物業(yè)管理部門手動復(fù)位；層照明配電箱與層空調(diào)配電箱間由繼電器和接觸器來實現(xiàn)的互投，相對于電力監(jiān)控系統(tǒng)來說過于復(fù)雜，且會造成投入運行后故障率高，維護量大，無法保護一定前提下用戶的可靠用電。

　　2.經(jīng)濟方面的比較：（不考慮現(xiàn)已設(shè)計完畢的配電系統(tǒng)造價，只含變壓器報裝及由此而產(chǎn)生的設(shè)備改動費用）。

　　供電局電纜供電工程貼費標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。

　　——本工程為電纜供電方式，按電纜標(biāo)準(zhǔn)收費。

　　——北京市四環(huán)路以內(nèi)的用戶，其供配電工程貼費標(biāo)準(zhǔn)為600元/千伏安。

　　——雙路供電接用多臺變壓器的用戶，如具備技術(shù)措施，保證不同時使用，按其一側(cè)最大接用容量的雙倍交貼費，否則按接用變壓器總和的雙倍交納貼費。

　　1）本小區(qū)變電所工程收費標(biāo)準(zhǔn)：

　　為10KA進線，雙路供電，高壓有聯(lián)絡(luò)，應(yīng)按1，200元／干伏安交納貼費。

　　2）電力監(jiān)控系統(tǒng)費用：

　　采用電力監(jiān)控系統(tǒng)，則按5，000KVA報裝（即現(xiàn)有報裝條件，已經(jīng)供電局審批通過）。

　　總應(yīng)交貼費6，000，000元，本工程設(shè)計建議裝設(shè)電力監(jiān)控系統(tǒng)4套，即A座、B座、C座、變電所等。電力監(jiān)控系統(tǒng)總投資需<8，000，000元。（本電力監(jiān)控系統(tǒng)造價是按照國產(chǎn)系統(tǒng)的報價估算）。

　　3）變壓器增容：

　　若采用變壓器增容的方式，變壓器容量最小需按6，400KVA報裝（最大需按8，000KVA報裝）總應(yīng)交貼費76，800，000元。

　　單體建筑內(nèi)需在現(xiàn)有配電系統(tǒng)投資的基礎(chǔ)上增加大約5％一10％。

　　變電所內(nèi)也需在現(xiàn)有基礎(chǔ)上相應(yīng)增加大約為10％一15％的投資。

　　由以上數(shù)據(jù)可說明，僅貼費一項，使用電力監(jiān)控系統(tǒng)的方案便比最小的變壓器增容方案，節(jié)約880，000元。而整個工程變電所和樓內(nèi)的節(jié)約大約在1，500，000元，其費效比是不言而喻的。

　　由以上闡述可以得出結(jié)論，在本小區(qū)內(nèi)使用電力監(jiān)控系統(tǒng)的投入，占小區(qū)總電氣設(shè)備投資的3％－4％，占小區(qū)變壓器增容投資的30％－40％。這比變壓器增容更加節(jié)約，更加可靠，并減少變壓器低負(fù)載運行的可能性。在運行于后還可以節(jié)約運行費用，降低變電所管理人員的工作強度，提高管理的自動化程度。

　　因本工程的性質(zhì)為公寓，甲方主要以提高居民用電負(fù)荷等級，保證供電可靠性為目的，而電力監(jiān)控系統(tǒng)所具有的節(jié)能、儲能等特點，在此次甲方未提出要求，考慮到如增加以上功能會增加部分投資，故此次電力監(jiān)控系統(tǒng)并未涉及。若能采取電力監(jiān)控系統(tǒng)節(jié)能、儲能等設(shè)計，在后期的運行過程中其節(jié)能效益也是相當(dāng)可觀的