電力監(jiān)控在小區(qū)供配電設計中的應用

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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)的設計及應用

　　1.電力監(jiān)控系統(tǒng)簡介：

　　電網(wǎng)智能化：

　　現(xiàn)有電力網(wǎng)絡中設備的運行狀態(tài)是由設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，此為被動配電網(wǎng)絡；當設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)絡在自我診斷后，再根據(jù)電網(wǎng)能力，負荷重要性，發(fā)出設備運行指令，按負荷重要性等級順序控制運行時為主動配電網(wǎng)絡。

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

　　——要合理地進行電力負荷分配；

　　——要把負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，負荷分配合理：

　　——充分地消峰填谷；

　　——充分利用變壓器的過負荷能力；

　　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，確保一級負荷，有效的控制二，三級負荷。

　　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、硬件設計選擇工業(yè)級標準，可靠性非常高。

　　1）整個系統(tǒng)的ICU（智能控制終端）、RTU（遠程智能通訊控制器）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、報警設備等。操作臺上有電源開關、遙控開關、遙控按鈕、模擬盤電源、開、關指示燈面板等。

　　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通過設在配電系統(tǒng)內(nèi)的接觸器來實現(xiàn)預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`活性及負荷的高可調(diào)性，宜在每個單體建筑內(nèi)裝設電力監(jiān)控系統(tǒng)。

　　二、小區(qū)供電負荷說明：

　　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.負荷計算：

　　設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，每戶照明負荷3.5－5.5KW，按變壓器70％負荷率（經(jīng)濟運行）計算，變電所總負荷為6636KVA，初步計算小區(qū)變壓器應報裝容量≥6，400KVA.

　　3.甲方要求：提高公寓照明負荷的等級，采用雙路電源互投。在非火災等情況下應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：確保用戶照明負荷。

　　照明負荷為用戶的生活用電，而空調(diào)負荷為舒適性用電。當照明負荷被切斷后，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)負荷進行調(diào)節(jié)以確保用戶的照明負荷。

　　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量狀態(tài)，并與以計錄，便于對整個小區(qū)負荷予以統(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責樓內(nèi)一半的照明和空調(diào)。

　　當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荷投切至另一條封閉母線。由負荷計算表可看出，另一條封閉母線不可能承擔起全樓照明和空調(diào)的供電任務。此時便可由本系統(tǒng)先將樓內(nèi)空調(diào)負荷切除，然后再將照明負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)負荷重新投入。

　　c.當非故障狀態(tài)電力不足時，切除部分空調(diào)負荷以保證整個大樓的用電安全，同時避免過負荷對上級變電所出線開關乃至變壓器的影響?？照{(diào)負荷投，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。

　　當以上幾類情況中供電系統(tǒng)恢復正常時，再由電力監(jiān)控系統(tǒng)控制，將負荷恢復到正常供電方式，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)負荷的投，切，均由設在層照明與層空調(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荷能力。

　　當一臺變壓器電源發(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荷投切至另一臺變壓。在充分利用變壓器的過負荷能力的前提下，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荷及更大的事故面，便切除部分非重要負荷：如非消防的風機，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)負荷切除。然后再將照明負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，其功能為負荷達至斷路器的這兩個整定值時，斷路器切斷電源，由此會造成非預見性停電及較大事故面，給用戶帶來極大不便。當采用本系統(tǒng)后，通過監(jiān)測元件可測算負荷趨勢，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。

　　當供電系統(tǒng)恢復正常時，再由電力監(jiān)控系統(tǒng)控制，將負荷恢復到正常供電方式。

　　b.在小區(qū)建設初期，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。相應帶來變電所面積減小，設備投資減少等優(yōu)點。

　　2）變壓器增容可行報告：

　?。?）當一臺變壓器發(fā)生故障時，另一臺變壓器就要承擔起它的負荷，若無可靠的調(diào)控手段作為保證（例如非重要負荷出線開關增設欠壓脫扣裝置），在最不利的情況下需投入的負荷>2，000A，單臺變壓器總負荷電流>3，500A，有可能出現(xiàn)正常變壓器過負荷跳閘的可能。如在各單體建筑內(nèi)層空調(diào)配電箱增設欠壓脫舞裝置，也只能切除故障變壓器中的空調(diào)負荷，在最不利的情況下單臺變壓器總負荷電流>2，000A.若再切除正常變壓器中的空調(diào)負荷會給樓內(nèi)配電系統(tǒng)帶來很多的麻煩，增加系統(tǒng)的復雜程度。

　　若仍利用變壓器的過負荷能力，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 封閉母線的照明負荷投切至另一條封閉母線。

　　若按一條封閉母線承擔起全樓照明和一半空調(diào)的供電來設計，即事故母線空調(diào)負荷切除，而正常母線空調(diào)負荷仍保留。由以上數(shù)據(jù)可看出，樓內(nèi)封閉母線及出線開關均需加大。若不增大則需增設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)配電箱增設欠壓脫扣裝置，空調(diào)負荷切除后需由物業(yè)管理部門手動復位；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)生的設備改動費用）。

　　供電局電纜供電工程貼費標準規(guī)定。

　　——本工程為電纜供電方式，按電纜標準收費。

　　——北京市四環(huán)路以內(nèi)的用戶，其供配電工程貼費標準為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)變電所工程收費標準：

　　為10KA進線，雙路供電，高壓有聯(lián)絡，應按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）。

　　總應交貼費6，000，000元，本工程設計建議裝設電力監(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)投資的基礎上增加大約5％一10％。

　　變電所內(nèi)也需在現(xiàn)有基礎上相應增加大約為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、儲能等設計，在后期的運行過程中其節(jié)能效益也是相當可觀的