【摘要】文章提出智能配电系统，通过采用现代通信技术将配网各电力设备、组件互联互通，同时采用大数据分析系统，实现对配电系统运行的实时监控和远程操作。该系统显著提高设备运行质量、设备运维效率、设备运维安全性等，有效降低 人工运维成本和高危性，确保配网系统安全可靠运行。
【关键词】智能配电；污水厂；精益化管理
1 引言
随着芯片产业、物联网和大数据分析技术的发展，智能设备制造快速发展，推动配电系统越来越智能化、数字化。智能配电系统可以实现对配网系统运行的实时监控，配网操作更加安全便捷，同时结合智能决策系统，可以为用户提供可靠的故障处理方案，并且在节能降耗和优化运行方式方面辅助决策。智能配电系统的发展带动配网运维管理更加节能、安全可靠，成为数字化工程不可缺少的部分。本文结合某地污水处理厂项目，针对污水处理厂工艺设备量多、 装机容量大等特点，引入智能配电系统， 降低配电网运维成本，实现配网系统精益化管理。
2 工程概况
某市政污水处理项目，项目总投资66 亿元，占地面积约10.6m3 ，污水处理工艺流程为：预处理单元→主处理调节池→A/ O池→二沉池→高密度澄清池→v型滤池中间提升泵房→臭氧接触池→脱碳生物滤池→尾水泵房。按照 GB18918—2002 《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级 A标准进行污水处理。
3 配电系统设计方案
依据GB50014—2006《室外排水设计 规范(2016 年版)》第 6.1.19 条及 CJJ/T120 —2018《城镇排水系统电气与自动化工程 技术标准》第4.1.1条，该项目动力系统设备用电等级为二级。本工程设计4座变电所，分别为总变电所、分变电所、矿变电站、臭氧发生间变电站。除了主变电站独立设计外，分变电站与反冲洗风机房合建；矿变电站与鼓风机房合建；臭氧发生间变电站与臭氧发生间合建。本工程设计两条10kV进线，运行方式为一主一备，10kV及0.4kV 母线接线方式为单母线分段，两台变压器均同时运行（臭氧发生间变电站除外）。
4 智能配电系统架构设计
智能配电系统可以对配电网各节点的状态进行实时在线监测，确保配网供电 设备的安全可靠稳定运行，同时可以对配网系统的运行方式优化和能源合理调配提供科学决策。建筑工地和工业园区作为电网的用户端，是供电网络的最末端，其智能配电系统主要有五个层次，依次为物联采集层、通信层、数据层、支撑层和应用层。智能配电系统处于研发阶段，尚未有统一技术标准。目前，用户侧智能配电系统主要采用智能断路器、电子式电压互感器、电流互感器、微机继电保护和测控装置、其他智能组件。对智能配电系统各个生产企业技术路线和研发侧重领域不同，更加注重对新材料、智能设备和继电保护的研发，各个厂家的生产技术标准越来越趋于兼容化、模块化、标准化。电气设备领域，安科瑞电气研制一种智慧配电柜，通过配电柜实现强电回路的汇集，通过智能组件和软件系统实现对配电系统的集中控制，实现远程智能操作。
4.1 物联采集层的建设
智能配电通过对大数据分析实现配电的智能化。大数据的来源即对现场配电设备的数据采集，对配电设备电流电压、功率潮流以及运行状态进行实时监测并传输至计算处理模块，采集模块根据监 测对象和内容不同，对应的监测算法模型 也不同，如设备温度、柜体散热、开关状态 量、母线电压等。
4.2 通信及数据库平台建设
智能配电系统通过物联网、传感器技术、云计算分析和网络安全等技术，实现对现场强电设备的监测与控制。通信传输网络按照数据类型和安全等级分为公网和专网。配电系统中根据现场的传输距离、经济成本和实际需求等选用合适网 络，包含传统的移动互联网、近距离有线 和无线传输，组合成工业以太网、无线局 域网和RS485串口等无缝传输技术。目 前，智能配电网主要有两种网络模式，一种是智能断路器组网模式，另一种是采用安科瑞的产品，污水厂应用如图 1所示，安科瑞电气通过一系列智能通信 组件和通信协议，例如，以太网TCP/IP和 ULP 协议及 ModbusRTU 协议的通信转 换，实现强电断路器、开关、压变等数据通 过以太网形式传输至监控后台。整个智能配电系统以物联采集层的设备运行数据作为基础，因此需要做到各个数据的统一标准、数据接口及程序兼容可靠，采集数据准确。
图1 在污水厂应用
4.3 应用层建设
通过物联网采集层可以实现对配电网和终端设备整体运行数据的采集，通过对实时采集大数据的挖掘和人工智能技术实现电网运行状态和能耗监测分析，以及故障报警等，为电网运维提供预测、诊断和决策方案支持等功能。通过打通各个信息传递环节的壁垒和模式不匹配等，使更多数据通过交换机传输至后台，让用 户更加主动地控制和管理电网运行。在具体设计中可以根据应用场景和预算等 制定解决方案，按照智能配电系统架构，选用模块化等各种设备，建设数据采集、 数据分析、故障研判等模块，建成安全可靠的配网管理系统。
5 智能配电系统应用案例
本污水处理厂智能配电项目的中、低 压配电装置使用的安科瑞设备，软件控制系统采用其旗下EcoStruxurePower架构， 以便实现硬件设备互联互通，可以满足大多数用户的智能用电需求，同时该架构支持扩展设计，满足特殊用户个性需求。
5.1 中、低压硬件配置
低压侧采用 NSX、MTZ 开关及智能电表计量。中压侧采用智能断路器，并采用继保测控一体化装置。
5.2 智能组件和通信设备简介
通过采用安科瑞品牌的电网设备智能组件和通信设备构建智能互联配电系统，实现高压设备的智能化信息采集和控制。
5.3 智能配电系统信息化结构方案 设计
①智能化配电系统的数据来源主要有断路器、主变的遥测值，微机保护参数及各种设备温湿度等，现场传感器和电子元件将数据通过通信网关上传至后台，对上采用 TCP/IP规约、对下采用 Mod‐ busRTU规约。
②采集终端不仅可以采集现场断路器的电压、电流、功率等参数和设备状态，当断路器配置通信模块和智能单元时还可以对断路器的触头磨损率等设备参数进行分析。
③智能化监控系统在设备层配置有通信模块，安装在开关柜内通过直流24V供电，并配置不间断电源，配电室内的设备通过ULP线、RS485总线及以太网线连接，并通过无线信号传输至运维后台。
④智能监控平台支持电脑端和手机APP客户端，实现资产运维、运行状态、工单管理、报警管理、文档管理等功能。现场故障时发出报警信息，并将故障信息、定位和工单等推送给相关运维人员，实现快速响应及责任落实。运维人员还可以进行设备资产全寿命周期管理，准确获取设备图纸、历史资料，并自动进行分类和归档等，根据设备状态及运行情况，自动 提示运维人员进行周期化检修试验等，避免设备带病运行，实现设备的精益化管理。
⑤智能配电系统实行无人值守+集中 监控模式。将各个分布式的变电站通过
以太网等进行数据集中接入监控后台，实 现后台集中化监控和远程操作。减少变电所就地监控和运维的人工成本，同时提高操作运维的安全可靠性。
6 AcrelEMS-SW智慧水务能效管理平台
6.1平台概述
安科瑞电气具备从终端感知、边缘计算到能效管理平台的产品生态体系，AcrelEMS-SW智慧水务能效管理平台通过在污水厂源、网、荷、储、充的各个关键节点安装保护、监测、分析、治理装置，用于监测污水厂能耗总量和能耗强度，监测主要用能设备能效，保护污水厂运行安全可靠，提高污水厂能效，为污水处理的能效管理提供科学、精细的解决方案。
6.2平台组成
AcrelEMS智慧水务综合能效管理系统由变电站综合自动化系统、电力监控及能效管理系统组成，涵盖了水务中压变配电系统、电气安全、应急电源、能源管理、照明控制、设备运维等，贯穿水务能源流的始终，帮助运维管理人员通过一套平台、一个APP实时了解水务配电系统运行状况，并且根据权限可以适用于水务后勤部门管理需要。
6.3平台拓扑图
6.4平台子系统
6.4.1变电站综合自动化系统及电力监控
对水务配电系统中35kV、10kV电压等级配置继电保护和弧光保护，实现遥测、遥信、遥控、遥调等功能，对异常情况及时预警。
监测变压器、水泵、鼓风机的电流、电压、有功/无功功率、功率因数、负荷率、温度、三相平衡、异常报警等数据。
6.4.2电能质量监测与治理
水务中大量的大功率电机、水泵变频启动导致配电系统中存在大量谐波，通过监测其配电系统的谐波畸变、电压波动、闪变和容忍度指标分析其电能质量，并配置对应的电能质量治理措施提高供电电能质量。
6.4.3电动机管理
马达监控实现水务中电机的保护、遥测、遥信、遥控功能，电动机保护器能对过载、短路、缺相、漏电等异常情况进行保护、监测和报警。反映出故障状态、故障时间、故障地点、及相关信息，对电机进行健康诊断和预防性维护。同时支持与PLC、软启、变频器等配合，实现电动机自动或远程控制，监视、控制各个工艺设备,保障正常生产。
6.4.4能耗管理
为水务搭建计量体系，显示水务的能源流向和能源损耗，通过能源流向图帮助水务分析能源消耗去向，找出能源消耗异常区域。
将所有有关能源的参数集中在一个看板中，从多个维度对比分析，实现各个工艺环节的能耗对比，帮助领导掌控整个工厂的能源消耗，能源成本，标煤排放等的情况。
能耗数据统计采集水务中污水厂、自来水厂、水泵站等的用电、用水、燃气、冷热量消耗量，同环比对比分析，能耗总量和能耗强度计算，标煤计算和CO2排放统计趋势。
能效分析按三级计量架构，分别进行能效分析，契合能源管理体系要求，可对各车间/职能部门的能效水平进行分析，同比、环比、对标等。通过污水处理产量以及系统采集的能耗数据，在污水单耗中生成污水单耗趋势图，并进行同比和环比分析，同时将污水的单耗与行业/国家/国际先进指标对标，以便企业能够根据产品单耗情况来调整生产工艺，从而降低能耗。
6.4.5智能照明控制
系统为污水厂、自来水厂、水泵站等提供了照明控制管理方案，支持单控、区域控制、自动控制、感应控制、定时控制、场景控制、调光控制等多种控制方式，模块可根据经纬度自动识别日出日落时间实现自动控制功能，尽量利用自然光照，实现室内、厂区照明的智能控制达到安全、节能、舒适。
6.4.6电气安全
6.4.6.1电气火灾监测
监测配电系统回路的漏电电流和线缆温度，实现对污水厂、自来水厂、水泵站的电气安全预警。
6.4.6.2消防应急照明和疏散指示
根据预先设置的应急预案快速启动疏散方案引导人员疏散。系统接入消防应急照明指示系统数据，通过平面图显示疏散指示灯具工作状态和异常情况。
6.4.6.3消防设备电源监测
监测消防设备的工作电源是否正常，保障在发生火灾时消防设备可以正常投入使用。
6.4.6.4 防火门监控系统
防火门监控系统集中控制其各终端设备即防火门监控模块、电动闭门器、电磁释放器的工作状态，实时监测疏散通道防火门的开启、关闭及故障状态，显示终端设备开路、短路等故障信号。系统采用消防二总线将具有通信功能的监控模块相互连接起来，当终端设备发生短路、断路等故障时，防火门监控器能发出报警信号，能指示报警部位并保存报警信息，保障了电气安全的可靠性。
6.4.7 环境监测
污水厂、自来水厂、水泵站等场所温湿度、烟雾、积水浸水、视频、UPS电池间可燃气体浓度展示和预警，保障污水厂、自来水厂、水泵站等安全运行。当可燃气体或有害气体浓度超标可自动启动排风风机或新风系统，排除隐患，保持良好的水处理环境。
6.4.8分布式光伏监测
实时监测低压并网柜每路的电流、电压、功率等电气参数及断路器开关状态，逆变器运行监视，对逆变器直流侧每一光伏组串的输入直流电压、直流电流、直流功率，逆变器交流电压、交流电流、频率、功率因数、当前发电功率、累计发电量进行监测，以曲线方式绘制上述监测的各个参量的历史数据。
平台结合厂区实际分布情况，通过3D或2.5D平面图显示分布式光伏组件在屋顶、车棚的分布情况，显示汇流箱、并网点位置，各个屋顶的装机容量。
6.4.9工艺仿真监控
平台通过2D、3D方式实时监视粗格栅、污水提升、细格栅、曝气沉砂、改良生化处理、二沉、加氯接触消毒、污泥浓缩压滤、生物除臭等工艺设备运行状态。在格栅清渣机、污水提升泵、回流泵、曝气风机、加药泵、浓缩压滤机、吸沙泵、吸泥泵等低压电动机控制柜或低压馈电柜安装电动机保护，进行短路、过流、过载、起动超时、断相、不平衡、低功率、接地/漏电、te保护、堵转、逆序、温度等保护以及外部故障连锁停机，与PLC、软启、变频器等配合，实现电动机自动或远程控制，监视、控制各个工艺设备,保障正常生产。
7 相关平台部署硬件选型清单
8 结语
本文结合某市政污水处理厂项目，结 合污水处理厂变电所及实际配电需求，采 用安科瑞智能配电系 统架构 ，实现用户对配电系统的智能管 理。智能配电系统通过集中监控和信息 传递等手段，减少了人工运维的成本和高 危，从被动检修发展成对配电系统的主动 管理，提高了配网的操作运维效率和能源 利用率。目前，我国智能配网技术处于起 步阶段，尚未形成智能电网的相关标准和 规范。因此，针对智能配网系统，制定和 出台相关行业标准和规范为智能配网系 统发展指明方向迫在眉睫，有利于各厂家 的设备和技术，包括架构和通信协议，可 以相互兼容 ，避免无质量、无序地发展。 智能配电系统符合新时代绿色低碳、智慧 工厂的发展需求，在提高运维质量和效率 的同时，需要加强信息安全体系建设，确 保信息在加密与隔离的条件下安全，避免 网络漏洞带来不可挽回的损失。
