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ABB智能配电提升电气效率, 助力新基建

施锡波
ABB中国电气事业部智慧电力产品专家

建筑和基础设施行业的飞速发展,提供了强劲的经济动力,随之而来的是巨量的能源消耗和环境污染。考虑到我国的发展潜力,以及包含七个与电力传输与应用息息相关的新基建概念的提出,建筑和基础设施行业将有超过5%的年复合增长率,而这些能耗的排放所带来的最直接的反应就是全球的温室效应。在不影响环境的同时,还要保持市场的增长,就必须提高现有的能源使用效率。

计量和监测系统的发展

面对着发展和环保这个全球性两难的问题,国际性组织开始制订相关标准,许多国家和地区也在制订相应的地方性标准。在这些标准中,最重要的就是提高现有的能源使用效率,相应的计量和监测技术的使用和普及随之变得更加关键。

事实上,设备计量和监控的概念早已诞生。相对于传统方案,数字化的能效监控系统可以使设备的能源效率提升7%左右,而其对应获得收益的回报周期则普遍不超过3年,同时,计量和监视解决方案有助于实现绿色建筑。

过去,由于计量和监测设备的缺乏,以及人们对计量和监测不够重视,大部分电气装置现场只会使用一个高精度的外接电能表用于就地监控。如果有强制要求,才会相应的增加测量仪表,用于扩展监控。随着技术和意识的进步,当下的监测系统有了明显的变化,不仅在设备分布沿线增设中、高精度的计量装置或局部监测系统,传统的就地监测也逐步向远程监控发展。可以想象,在未来,所有的电气参数均可进行高精度的测量,设备之间的信息交互会变得更加便捷,绝大部分本地监控方案将向着高效的云端方案转移。

针对市场需求的解决方案

市场上对于智能配电的需求在哪里?作为电气设备供应商,ABB一直致力于了解客户的需求。工业企业总经理可能会面临的是毫无头绪的电费支出,配电系统突发故障导致的严重损失,人员的严重短缺等问题。大型基础设施例如水处理厂运维经理可能会面临的是不清楚设备的真实能耗情况,巡检工作烦琐复杂、效率低下等问题。大型建筑例如医院的采购经理可能面临现有监测系统质量参差不齐,整体方案设计选型复杂,或者前期投入过大,后期调试错误频出等问题。

为了满足这些迫切的需求,ABB推出了具有独特技术代表性的智能配电监控方案,这套方案的关键在于具有安全可靠、即插即用和一步到位的云端部署技术,同时配合ABB高精度的产品测量技术,全面满足了从一次配电柜到二次动力柜,再到终端配电柜的监测需求。另外,这套智能配电方案还可以通过API的编译,将平台数据或电路共享到客户现有的监控系统。

典型的智能配电方案如图1所示,它的核心其实就是网关层,采用的是ABB低压电器产品,例如Emax2框架、X T塑壳式断路器、TruONE快切双电源及Ekip UP数字升级装置等,采用嵌入式或外置式的网关模块,将数据直接上传到云端,用以监测电能的数据、设备的状况以及运行设备的预测性的维护,并且可以将额外的水、气、温度等非电量的信息通过数字信号或模拟信号展现。目前,越来越多的产品已经加入到智能配电大家庭,这些产品可以便捷地连接到云平台,通过通信的方式实现数据共享。未来,智能配电是发展的方向。

图1 ABB智能配电方案

ABB智能配电解决方案的价值

作为一个有特色的智能方案,具有完善的产品线还是远远不够的,在覆盖面广的同时,ABB智能监测方案还做到了技术上的高精尖。有别于传统的监测系统,它具有高技术含量的即插即用的网络架构,所有相关的产品都具有高度集成的体系结构,能够做到现场即插即用,快速升级,可以减少60%的布线以及25%的传统监控方案中的组件,并且不需要第三方组网介入,大大减少了调试部署的时间。

目前智能配电的用户数量正在快速增长,但整个配电系统数字化的比例还不足10%,除了新项目、新设备,市场上其实还存在着大量的老旧设备,越是老旧设备的运行情况越值得关注,升级改造的需求也很明显。ABB针对这一市场需求,推出了Ekip UP外置式数字化单元,对原有开关设备快速升级,用最小的改造和投入成本,使老旧产品也能升级为具有测量、通信和上云等功能的智能配电设备。

另一方面,借助互联网以及云端技术,ABB智能配电监测方案还支持多站点同步实时监测,如果客户的设备位于同一城市的不同地点,或者工厂位于不同城市,都可以对不同设备的性能进行横向对比,根据用户访问级别,提供数据报告,做到足不出户却知晓天下事。尤其是像当前这种特殊时期,在家中点开手机就可以知道所有的设备状态和用电情况,对这些数据一览无遗。

作为一套具有市场竞争力的智能配电方案,一定也需要有市场竞争力的价格。以一间配电室为例,大约3台框架式断路器,80台塑壳式断路器,传统的组网方案成本大约60万元。而使用ABB智能配电方案,无论是通过表计实现的部分智能方案还是通过低压元器件实现的全智能方案,总成本在四五十万元区间,并且在付出较少的初始投入的同时,换来的是更多的收益,例如云服务、电能及能效管理、资产健康管理、主动报警提升及系统在线升级等非常先进的功能,即花费更少的资金可以得到更多的监控功能。

在现今复杂的电气系统中,我们所关注的关键信息也随着行业的不同呈现差异化。ABB智能监控方案不论是电能、温度、变压器容量,以及电力实际需求量、功率因数、电力质量和设备工作的情况都有对应的产品解决方案,所有的关键信息都可以实时上传或发送。

有了监测到的数据,怎么处理这些数据的背后问题也非常重要,对应各个差异化信息的是ABB更加广阔而具有针对性的优质产品系列,例如各类智能监测设备可以更清晰地了解能耗,温度监测设备和火灾报警EFPS产品可以及时应对异常的温升,有源滤波器、低压电容器和电能质量分析仪等产品可以完善的提高电能质量,清洁能源发电可以通过光伏逆变器来实现,还有弧光保护、不间断电源UPS的监测也可以接入智能配电系统。另外,如果想做到削峰填谷,减少电费开支,还有PMS产品来实现。所有详细和可靠的运维建议都可以通过云端来提供给用户。

通过这些智能配电产品和方案,以及纵向和横向的优化对比,达到的结果是全面的效率提升和成本的减少。例如:通过纵向对比,变压器容量的优化和电能质量的优化可以减少超额用电;通过同类型的多站点比较,找出差异化的能耗较高的设备和节能机会,使我们对能耗状况一目了然,满足了能效优化的过程。

ABB智能配电诊断机制可以优化系统和设备的运行条件,这种分析结合了不同的关键因素,比如低压元器件或设备的动作次数、额定电流、过载、短路等情况及环境条件,例如湿度、温度、振动和腐蚀等不利因素,ABB基于大数据功能的预测性的维护算法,分析不同的使用工况,例如清洁工况下和污染工况下的不同运维要求,实现了从无目的性的定期运维到基于需求的维护升级,显著降低了意外停机的风险,从而最大限度提高了工作的连续性,最高可以节省40%的运维成本。

最后,电费超支的主要原因是由于阶梯电价模式的存在,为了避免上升到更高一级的电价,用户可以在智能断路器的PMS逻辑功能的辅助下,精细地区分重要负载和非重要负载,设定对应的负载能耗,使系统自动控制最终负载的分合闸,实现两个目的:一是维持关键设备的持续运行;二是不超过当前电价的阶梯,从而实现避开用电高峰,最终减少高达20%的用电成本。

图2 ABB产品和方案

结束语

回顾最初提到的企业老总、运维经理和采购经理面临的困惑,ABB智能配电给出的解答是:①电费成本优化。随时监控电能需求、用电量和功率因数等电能参数,随时随地导出数据,协助管理者了解电费构成,规避力调电费罚款,优化基础电费构成,真正降低电费成本;②运维成本优化:轻松实现多个站点的监控,任何潜在风险第一时间推送至手机或邮箱,随时随地掌握用电状况,借助预测性维护功能,优化运维成本,帮助运维经理节省巡检抄表的人工和时间成本;③优化初始投资:不仅可以实现能效监测,同时可以借助ABB厂家百年设备经验实现全生命周期管理,即插即用的云平台方案节省本地硬件及组网调试费用,降低初始投资,后续可根据使用需要随时增减功能,按需付费。

ABB智能配电系统可靠、高效、便捷,可以随时实现智能化监控,帮助客户从一知半解到运筹帷幄。建筑和基础设施行业将会持续发展,智能配电的市场潜力和需求也日益庞大,未来对智能配电发展的技术要求也会日益增多,所以ABB的智能配电方案也将保持进步,抓住新基建带来的机遇和挑战,力求为客户和市场带来更加优质的服务和体验。