淺談智能配電能效平臺與照明系統(tǒng)在某地下污水處理廠中的應用

劉細鳳

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

一、引言

隨著互聯(lián)網(wǎng)、芯片技術、通信傳輸?shù)募夹g革新和成熟，智能照明已經(jīng)廣泛應用于居民生活和工業(yè)發(fā)展領域。傳統(tǒng)的工業(yè)照明設計，常在門口附近設置集中控制箱，由控制箱內(nèi)相應開關控制照明。當工廠面積較大，照明區(qū)域需求不同、負荷較大時，傳統(tǒng)的開關箱就無法靈活控制現(xiàn)場照明。智能照明就是對傳統(tǒng)照明進行技術改造，實現(xiàn)對現(xiàn)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(jù)調(diào)查統(tǒng)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(shù)建筑物內(nèi)燈具設備分布范圍廣，而控制端又過于集中的特點，傳統(tǒng)的隨手關燈已經(jīng)不適宜目前照明控制的要求，一種新的“現(xiàn)場智能總控開關"系統(tǒng)應運而生。同時，系統(tǒng)還可以對用戶使用習慣和照明設備工作中的實時數(shù)據(jù)進行智能分析，提高能源效率，降低系統(tǒng)運行和維護的成本，實現(xiàn)操作習慣和照明能耗高度和諧統(tǒng)一。

1. 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體化區(qū)域，全部為地下設施，整體共兩層，設8個分區(qū)，分別為污水處理過程池，局部3層。

1. 預見效果

①出水區(qū)入口設計單控開關。當巡檢或者操作人員進入出水區(qū)時，打開照明燈，進入下一區(qū)域時無法自動關閉當前區(qū)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(shù)量，增加的線路造成施工和材料成本增加。

③照明節(jié)能。地下污水處理廠照明燈具較多，若沒有電腦后臺監(jiān)控系統(tǒng)，人工無法巡視到位，無法保證每一個燈具的狀態(tài)符合需求。當采用智能照明系統(tǒng)后，不僅可以自動檢測到照明燈具的狀態(tài)，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(jié)能效果。

④延長燈具壽命。智能照明系統(tǒng)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(zhì)量。與傳統(tǒng)的燈具硬開關不同，智能照明系統(tǒng)可以通過控制面板根據(jù)現(xiàn)場需求調(diào)節(jié)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(xiàn)象。

⑥豐富照明效果。智能照明系統(tǒng)可以根據(jù)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(xiàn)多種照明效果。

⑦維護檢修方便。智能照明控制系統(tǒng)根據(jù)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?，F(xiàn)場控制采用模塊控制，人工控制為輔，燈具壽命的提高使現(xiàn)場檢修維護頻率低、操作便捷。

1. 設計原則

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

②實現(xiàn)地下污水廠照明靈活控制。智能照明系統(tǒng)控制靈活多樣，可以根據(jù)現(xiàn)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(diào)節(jié)、根據(jù)現(xiàn)場亮度自動調(diào)節(jié)等功能。

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

1. 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(chǎn)品生態(tài)體系，AcrelEMS-SW智慧水務能效管理平臺通過在污水廠源、網(wǎng)、荷、儲、充的各個關鍵節(jié)點安裝保護、監(jiān)測、分析、治理裝置，用于監(jiān)測污水廠能耗總量和能耗強度，監(jiān)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(tǒng)由變電站綜合自動化系統(tǒng)、電力監(jiān)控及能效管理系統(tǒng)組成，涵蓋了水務中壓變配電系統(tǒng)、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(tǒng)運行狀況，并且根據(jù)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(tǒng)

4.1變電站綜合自動化系統(tǒng)及電力監(jiān)控

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

監(jiān)測變壓器、水泵、鼓風機的電流、電壓、有功/無功功率、功率因數(shù)、負荷率、溫度、三相平衡、異常報警等數(shù)據(jù)。

4.2電能質(zhì)量監(jiān)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(tǒng)中存在大量諧波，通過監(jiān)測其配電系統(tǒng)的諧波畸變、電壓波動、閃變和容忍度指標分析其電能質(zhì)量，并配置對應的電能質(zhì)量治理措施提高供電電能質(zhì)量。

4.3電動機管理

馬達監(jiān)控實現(xiàn)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(jiān)測和報警。準確地反映出故障狀態(tài)、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(xiàn)電動機自動或遠程控制，監(jiān)視、控制各個工藝設備,保障正常生產(chǎn)。

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(qū)域。

將所有有關能源的參數(shù)集中在一個看板中，從多個維度對比分析，實現(xiàn)各個工藝環(huán)節(jié)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(shù)據(jù)統(tǒng)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(huán)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(tǒng)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(huán)比、對標等。通過污水處理產(chǎn)量以及系統(tǒng)采集的能耗數(shù)據(jù)，在污水單耗中生成污水單耗趨勢圖，并進行同比和環(huán)比分析，同時將污水的單耗與行業(yè)/國家/指標對標，以便企業(yè)能夠根據(jù)產(chǎn)品單耗情況來調(diào)整生產(chǎn)工藝，從而降低能耗。

4.5智能照明控制

系統(tǒng)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(qū)域控制、自動控制、感應控制、定時控制、場景控制、調(diào)光控制等多種控制方式，模塊可根據(jù)經(jīng)緯度自動識別日出日落時間實現(xiàn)自動控制功能，盡量利用自然光照，實現(xiàn)室內(nèi)、廠區(qū)照明的智能控制達到安全、節(jié)能、舒適的目的。

4.6電氣安全

（1）電氣火災監(jiān)測

監(jiān)測配電系統(tǒng)回路的漏電電流和線纜溫度，實現(xiàn)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(jù)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(tǒng)接入消防應急照明指示系統(tǒng)數(shù)據(jù)，通過平面圖顯示疏散指示燈具工作狀態(tài)和異常情況。

（3）消防設備電源監(jiān)測

監(jiān)測消防設備的工作電源是否正常，保障在發(fā)生火災時消防設備可以正常投入使用。

（4）防火門監(jiān)控系統(tǒng)

防火門監(jiān)控系統(tǒng)集中控制其各終端設備即防火門監(jiān)控模塊、電動閉門器、電磁釋放器的工作狀態(tài)，實時監(jiān)測疏散通道防火門的開啟、關閉及故障狀態(tài)，顯示終端設備開路、短路等故障信號。系統(tǒng)采用消防二總線將具有通信功能的監(jiān)控模塊相互連接起來，當終端設備發(fā)生短路、斷路等故障時，防火門監(jiān)控器能發(fā)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(huán)境監(jiān)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(tǒng)，排除隱患，保持良好的水處理環(huán)境。

4.8分布式光伏監(jiān)測

實時監(jiān)測低壓并網(wǎng)柜每路的電流、電壓、功率等電氣參數(shù)及斷路器開關狀態(tài)，逆變器運行監(jiān)視，對逆變器直流側(cè)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(shù)、當前發(fā)電功率、累計發(fā)電量進行監(jiān)測，以曲線方式繪制上述監(jiān)測的各個參量的歷史數(shù)據(jù)。

平臺結合廠區(qū)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(wǎng)點位置，各個屋頂?shù)难b機容量。

4.9工藝仿真監(jiān)控

平臺通過2D、3D方式實時監(jiān)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(tài)。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(zhuǎn)、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(xiàn)電動機自動或遠程控制，監(jiān)視、控制各個工藝設備,保障正常生產(chǎn)。

七、結語

在傳統(tǒng)的照明方式下，大空間地下污水處理場因面積大、照明系統(tǒng)所需回路多、材料管線及施工成本高，無法對大面積照明燈具實現(xiàn)自動靈活管控。通過引入智能照明系統(tǒng)，不僅節(jié)省了施工和后續(xù)改造成本，同時智能照明系統(tǒng)的自適應、遠程性實現(xiàn)了照明的智慧靈活控制，增加了廠區(qū)的照明的舒適度，有效提高了廠區(qū)的自動化、現(xiàn)代化和電能利用水平。

參考文獻

[1]秦成龍，李世濤.智能照明在某地下污水處理廠中的應用分析.中國建筑第二工程局有限公司.

[2]榮新春，杜樂.幸福觀在幸福林帶智能照明設計中的應用[J].智能建筑與智慧城市，2021(2):122-123.

[3]田瑜基.城市照明智能管理系統(tǒng)建設研究[J].智能建筑與智慧城市，2021(1):125-127.

[4]崔瑾娟.教室智能照明控制系統(tǒng)的設計[J].電子技術與軟件工程，2020(6):79-80.

[5]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計應用手冊.2020.06版.