【解決方案】智能配電能效平臺在污水廠的應用

 

未曉妃

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

一、引言

隨著互聯網、芯片技術、通信傳輸的技術革新和成熟，智能照明已經廣泛應用于居民生活和工業發展領域。傳統的工業照明設計，常在門口附近設置集中控制箱，由控制箱內相應開關控制照明。當工廠面積較大，照明區域需求不同、負荷較大時，傳統的開關箱就無法靈活控制現場照明。智能照明就是對傳統照明進行技術改造，實現對現有照明設備的智能控制，符合綠色建筑要求。

1.智能照明的意義

根據調查統計，不同類型的建筑照明負荷相差不大，平均為總負荷的10%~20％。針對目前大多數建筑物內燈具設備分布范圍廣，而控制端又過于集中的特點，傳統的隨手關燈已經不適宜目前照明控制的要求，一種新的“現場智能總控開關”系統應運而生。同時，系統還可以對用戶使用習慣和照明設備工作中的實時數據進行智能分析，提高能源效率，降低系統運行和維護的成本，實現操作習慣和照明能耗高度和諧統一。

2.工程概況

某建筑面積約為4萬㎡的地下污水處理廠為主體工程一*化區域，全部為地下設施，整體共兩層，設8個分區，分別為污水處理過程池，局部3層。

3.預見效果

①出水區入口設計單控開關。當巡檢或者操作人員進入出水區時，打開照明燈，進入下一區域時無法自動關閉當前區域照明，只能返回入口關燈，操作麻煩效率低下。

②在出入口設計雙控燈具開關。設置照明雙控開關可解決①的問題，較大程度上提高了操作便捷化，但是雙控開關的設計需要增加回路數量，增加的線路造成施工和材料成本增加。

③照明節能。地下污水處理廠照明燈具較多，若沒有電腦后臺監控系統，人工無法巡視到位，無法保證每一個燈具的狀態符合需求。當采用智能照明系統后，不僅可以自動檢測到照明燈具的狀態，還可以遠程或者程序化啟停照明，提高燈具的使用效率，達到節能效果。

④延長燈具壽命。智能照明系統利用自動控制技術進行程序化控制照明，程序化軟件啟動方式可以減少電流對電路和燈具的直接沖擊，提高燈具使用年限。

⑤改善照明質量。與傳統的燈具硬開關不同，智能照明系統可以通過控制面板根據現場需求調節照明亮度，不僅可以達到能源利用效率好，還可以減少燈具頻閃現象。

⑥豐富照明效果。智能照明系統可以根據照明場景需求不同，按照不同時間、不同用途、不同效果設置不同的照明方案，實現多種照明效果。

⑦維護檢修方便。智能照明控制系統根據照明需求編制方案，按照方案編寫好照明程序，通過可更改的程序控制燈具照明。現場控制采用模塊控制，人工控制為輔，燈具壽命的提高使現場檢修維護頻率低、操作便捷。

4.設計原則

①電路安全可靠。智能照明系統控制總線和各種模塊電壓為24V，實現低壓控制高壓的安全控制方式。

②實現地下污水廠照明靈活控制。智能照明系統控制靈活多樣，可以根據現場需求設置不同的控制方式，并且具有遠程控制、定時控制、亮度調節、根據現場亮度自動調節等功能。

③降低建設和改造成本。污水廠照明布線按照常規方式直接接入配電箱，采用2根信號線與控制開關串聯的方式實現控制功能。

二、AcrelEMS-SW智慧水務能效管理平臺

1.平臺概述

安科瑞電氣具備從終端感知、邊緣計算到能效管理平臺的產品生態體系，AcrelEMS-SW智慧水務能效管理平臺通過在污水廠源、網、荷、儲、充的各個關鍵節點安裝保護、監測、分析、治理裝置，用于監測污水廠能耗總量和能耗強度，監測主要用能設備能效，保護污水廠運行安全可靠，提高污水廠能效，為污水處理的能效管理提供科學、精細的解決方案。

2.平臺組成

AcrelEMS智慧水務綜合能效管理系統由變電站綜合自動化系統、電力監控及能效管理系統組成，涵蓋了水務中壓變配電系統、電氣安全、應急電源、能源管理、照明控制、設備運維等，貫穿水務能源流的始終，幫助運維管理人員通過一套平臺、一個APP實時了解水務配電系統運行狀況，并且根據權限可以適用于水務后勤部門管理需要。

3.平臺拓撲圖

4.平臺子系統

4.1變電站綜合自動化系統及電力監控

對水務配電系統中35kV、10kV電壓等級配置繼電保護和弧光保護，實現遙測、遙信、遙控、遙調等功能，對異常情況及時預警。

監測變壓器、水泵、鼓風機的電流、電壓、有功/無功功率、功率因數、負荷率、溫度、三相平衡、異常報警等數據。

4.2電能質量監測與治理

水務中大量的大功率電機、水泵變頻啟動導致配電系統中存在大量諧波，通過監測其配電系統的諧波畸變、電壓波動、閃變和容忍度指標分析其電能質量，并配置對應的電能質量治理措施提高供電電能質量。

4.3電動機管理

馬達監控實現水務中電機的保護、遙測、遙信、遙控功能，電動機保護器能對過載、短路、缺相、漏電等異常情況進行保護、監測和報警。準確地反映出故障狀態、故障時間、故障地點、及相關信息，對電機進行健康診斷和預防性維護。同時支持與PLC、軟啟、變頻器等配合，實現電動機自動或遠程控制，監視、控制各個工藝設備,保障正常生產。

4.4能耗管理

為水務搭建計量體系，顯示水務的能源流向和能源損耗，通過能源流向圖幫助水務分析能源消耗去向，找出能源消耗異常區域。

將所有有關能源的參數集中在一個看板中，從多個維度對比分析，實現各個工藝環節的能耗對比，幫助領導掌控整個工廠的能源消耗，能源成本，標煤排放等的情況。

能耗數據統計采集水務中污水廠、自來水廠、水泵站等的用電、用水、燃氣、冷熱量消耗量，同環比對比分析，能耗總量和能耗強度計算，標煤計算和CO2排放統計趨勢。

能效分析按三級計量架構，分別進行能效分析，契合能源管理體系要求，可對各車間/職能部門的能效水平進行分析，同比、環比、對標等。通過污水處理產量以及系統采集的能耗數據，在污水單耗中生成污水單耗趨勢圖，并進行同比和環比分析，以便企業能夠根據產品單耗情況來調整生產工藝，從而降低能耗。

4.5智能照明控制

系統為污水廠、自來水廠、水泵站等提供了照明控制管理方案，支持單控、區域控制、自動控制、感應控制、定時控制、場景控制、調光控制等多種控制方式，模塊可根據經緯度自動識別日出日落時間實現自動控制功能，盡量利用自然光照，實現室內、廠區照明的智能控制達到安全、節能、舒適的目的。

4.6電氣安全

（1）電氣火災監測

監測配電系統回路的漏電電流和線纜溫度，實現對污水廠、自來水廠、水泵站的電氣安全預警。

（2）消防應急照明和疏散指示

根據預先設置的應急預案快速啟動疏散方案引導人員疏散。系統接入消防應急照明指示系統數據，通過平面圖顯示疏散指示燈具工作狀態和異常情況。

（3）消防設備電源監測

監測消防設備的工作電源是否正常，保障在發生火災時消防設備可以正常投入使用。

（4）防火門監控系統

防火門監控系統集中控制其各終端設備即防火門監控模塊、電動閉門器、電磁釋放器的工作狀態，實時監測疏散通道防火門的開啟、關閉及故障狀態，顯示終端設備開路、短路等故障信號。系統采用消防二總線將具有通信功能的監控模塊相互連接起來，當終端設備發生短路、斷路等故障時，防火門監控器能發出報警信號，能指示報警部位并保存報警信息，保障了電氣安全的可靠性。

4.7環境監測

污水廠、自來水廠、水泵站等場所溫濕度、煙霧、積水浸水、視頻、UPS電池間可燃氣體濃度展示和預警，保障污水廠、自來水廠、水泵站等安全運行。當可燃氣體或有害氣體濃度超標可自動啟動排風風機或新風系統，排除隱患，保持良好的水處理環境。

4.8分布式光伏監測

實時監測低壓并網柜每路的電流、電壓、功率等電氣參數及斷路器開關狀態，逆變器運行監視，對逆變器直流側每一光伏組串的輸入直流電壓、直流電流、直流功率，逆變器交流電壓、交流電流、頻率、功率因數、當前發電功率、累計發電量進行監測，以曲線方式繪制上述監測的各個參量的歷史數據。

平臺結合廠區實際分布情況，通過3D或2.5D平面圖顯示分布式光伏組件在屋頂、車棚的分布情況，顯示匯流箱、并網點位置，各個屋頂的裝機容量。

4.9工藝仿真監控

平臺通過2D、3D方式實時監視粗格柵、污水提升、細格柵、曝氣沉砂、改良生化處理、二沉、加氯接觸消毒、污泥濃縮壓濾、生物除臭等工藝設備運行狀態。在格柵清渣機、污水提升泵、回流泵、曝氣風機、加藥泵、濃縮壓濾機、吸沙泵、吸泥泵等低壓電動機控制柜或低壓饋電柜安裝電動機保護，進行短路、過流、過載、起動超時、斷相、不平衡、低功率、接地/漏電、te保護、堵轉、逆序、溫度等保護以及外部故障連鎖停機，與PLC、軟啟、變頻器等配合，實現電動機自動或遠程控制，監視、控制各個工藝設備,保障正常生產。