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ABB智能配電提升電氣效率, 助力新基建

施錫波
ABB中國電氣事業部智慧電力產品專家

建筑和基礎設施行業的飛速發展,提供了強勁的經濟動力,隨之而來的是巨量的能源消耗和環境污染。考慮到我國的發展潛力,以及包含七個與電力傳輸與應用息息相關的新基建概念的提出,建筑和基礎設施行業將有超過5%的年復合增長率,而這些能耗的排放所帶來的最直接的反應就是全球的溫室效應。在不影響環境的同時,還要保持市場的增長,就必須提高現有的能源使用效率。

計量和監測系統的發展

面對著發展和環保這個全球性兩難的問題,國際性組織開始制訂相關標準,許多國家和地區也在制訂相應的地方性標準。在這些標準中,最重要的就是提高現有的能源使用效率,相應的計量和監測技術的使用和普及隨之變得更加關鍵。

事實上,設備計量和監控的概念早已誕生。相對于傳統方案,數字化的能效監控系統可以使設備的能源效率提升7%左右,而其對應獲得收益的回報周期則普遍不超過3年,同時,計量和監視解決方案有助于實現綠色建筑。

過去,由于計量和監測設備的缺乏,以及人們對計量和監測不夠重視,大部分電氣裝置現場只會使用一個高精度的外接電能表用于就地監控。如果有強制要求,才會相應的增加測量儀表,用于擴展監控。隨著技術和意識的進步,當下的監測系統有了明顯的變化,不僅在設備分布沿線增設中、高精度的計量裝置或局部監測系統,傳統的就地監測也逐步向遠程監控發展。可以想象,在未來,所有的電氣參數均可進行高精度的測量,設備之間的信息交互會變得更加便捷,絕大部分本地監控方案將向著高效的云端方案轉移。

針對市場需求的解決方案

市場上對于智能配電的需求在哪里?作為電氣設備供應商,ABB一直致力于了解客戶的需求。工業企業總經理可能會面臨的是毫無頭緒的電費支出,配電系統突發故障導致的嚴重損失,人員的嚴重短缺等問題。大型基礎設施例如水處理廠運維經理可能會面臨的是不清楚設備的真實能耗情況,巡檢工作煩瑣復雜、效率低下等問題。大型建筑例如醫院的采購經理可能面臨現有監測系統質量參差不齊,整體方案設計選型復雜,或者前期投入過大,后期調試錯誤頻出等問題。

為了滿足這些迫切的需求,ABB推出了具有獨特技術代表性的智能配電監控方案,這套方案的關鍵在于具有安全可靠、即插即用和一步到位的云端部署技術,同時配合ABB高精度的產品測量技術,全面滿足了從一次配電柜到二次動力柜,再到終端配電柜的監測需求。另外,這套智能配電方案還可以通過API的編譯,將平臺數據或電路共享到客戶現有的監控系統。

典型的智能配電方案如圖1所示,它的核心其實就是網關層,采用的是ABB低壓電器產品,例如Emax2框架、X T塑殼式斷路器、TruONE快切雙電源及Ekip UP數字升級裝置等,采用嵌入式或外置式的網關模塊,將數據直接上傳到云端,用以監測電能的數據、設備的狀況以及運行設備的預測性的維護,并且可以將額外的水、氣、溫度等非電量的信息通過數字信號或模擬信號展現。目前,越來越多的產品已經加入到智能配電大家庭,這些產品可以便捷地連接到云平臺,通過通信的方式實現數據共享。未來,智能配電是發展的方向。

圖1 ABB智能配電方案

ABB智能配電解決方案的價值

作為一個有特色的智能方案,具有完善的產品線還是遠遠不夠的,在覆蓋面廣的同時,ABB智能監測方案還做到了技術上的高精尖。有別于傳統的監測系統,它具有高技術含量的即插即用的網絡架構,所有相關的產品都具有高度集成的體系結構,能夠做到現場即插即用,快速升級,可以減少60%的布線以及25%的傳統監控方案中的組件,并且不需要第三方組網介入,大大減少了調試部署的時間。

目前智能配電的用戶數量正在快速增長,但整個配電系統數字化的比例還不足10%,除了新項目、新設備,市場上其實還存在著大量的老舊設備,越是老舊設備的運行情況越值得關注,升級改造的需求也很明顯。ABB針對這一市場需求,推出了Ekip UP外置式數字化單元,對原有開關設備快速升級,用最小的改造和投入成本,使老舊產品也能升級為具有測量、通信和上云等功能的智能配電設備。

另一方面,借助互聯網以及云端技術,ABB智能配電監測方案還支持多站點同步實時監測,如果客戶的設備位于同一城市的不同地點,或者工廠位于不同城市,都可以對不同設備的性能進行橫向對比,根據用戶訪問級別,提供數據報告,做到足不出戶卻知曉天下事。尤其是像當前這種特殊時期,在家中點開手機就可以知道所有的設備狀態和用電情況,對這些數據一覽無遺。

作為一套具有市場競爭力的智能配電方案,一定也需要有市場競爭力的價格。以一間配電室為例,大約3臺框架式斷路器,80臺塑殼式斷路器,傳統的組網方案成本大約60萬元。而使用ABB智能配電方案,無論是通過表計實現的部分智能方案還是通過低壓元器件實現的全智能方案,總成本在四五十萬元區間,并且在付出較少的初始投入的同時,換來的是更多的收益,例如云服務、電能及能效管理、資產健康管理、主動報警提升及系統在線升級等非常先進的功能,即花費更少的資金可以得到更多的監控功能。

在現今復雜的電氣系統中,我們所關注的關鍵信息也隨著行業的不同呈現差異化。ABB智能監控方案不論是電能、溫度、變壓器容量,以及電力實際需求量、功率因數、電力質量和設備工作的情況都有對應的產品解決方案,所有的關鍵信息都可以實時上傳或發送。

有了監測到的數據,怎么處理這些數據的背后問題也非常重要,對應各個差異化信息的是ABB更加廣闊而具有針對性的優質產品系列,例如各類智能監測設備可以更清晰地了解能耗,溫度監測設備和火災報警EFPS產品可以及時應對異常的溫升,有源濾波器、低壓電容器和電能質量分析儀等產品可以完善的提高電能質量,清潔能源發電可以通過光伏逆變器來實現,還有弧光保護、不間斷電源UPS的監測也可以接入智能配電系統。另外,如果想做到削峰填谷,減少電費開支,還有PMS產品來實現。所有詳細和可靠的運維建議都可以通過云端來提供給用戶。

通過這些智能配電產品和方案,以及縱向和橫向的優化對比,達到的結果是全面的效率提升和成本的減少。例如:通過縱向對比,變壓器容量的優化和電能質量的優化可以減少超額用電;通過同類型的多站點比較,找出差異化的能耗較高的設備和節能機會,使我們對能耗狀況一目了然,滿足了能效優化的過程。

ABB智能配電診斷機制可以優化系統和設備的運行條件,這種分析結合了不同的關鍵因素,比如低壓元器件或設備的動作次數、額定電流、過載、短路等情況及環境條件,例如濕度、溫度、振動和腐蝕等不利因素,ABB基于大數據功能的預測性的維護算法,分析不同的使用工況,例如清潔工況下和污染工況下的不同運維要求,實現了從無目的性的定期運維到基于需求的維護升級,顯著降低了意外停機的風險,從而最大限度提高了工作的連續性,最高可以節省40%的運維成本。

最后,電費超支的主要原因是由于階梯電價模式的存在,為了避免上升到更高一級的電價,用戶可以在智能斷路器的PMS邏輯功能的輔助下,精細地區分重要負載和非重要負載,設定對應的負載能耗,使系統自動控制最終負載的分合閘,實現兩個目的:一是維持關鍵設備的持續運行;二是不超過當前電價的階梯,從而實現避開用電高峰,最終減少高達20%的用電成本。

圖2 ABB產品和方案

結束語

回顧最初提到的企業老總、運維經理和采購經理面臨的困惑,ABB智能配電給出的解答是:①電費成本優化。隨時監控電能需求、用電量和功率因數等電能參數,隨時隨地導出數據,協助管理者了解電費構成,規避力調電費罰款,優化基礎電費構成,真正降低電費成本;②運維成本優化:輕松實現多個站點的監控,任何潛在風險第一時間推送至手機或郵箱,隨時隨地掌握用電狀況,借助預測性維護功能,優化運維成本,幫助運維經理節省巡檢抄表的人工和時間成本;③優化初始投資:不僅可以實現能效監測,同時可以借助ABB廠家百年設備經驗實現全生命周期管理,即插即用的云平臺方案節省本地硬件及組網調試費用,降低初始投資,后續可根據使用需要隨時增減功能,按需付費。

ABB智能配電系統可靠、高效、便捷,可以隨時實現智能化監控,幫助客戶從一知半解到運籌帷幄。建筑和基礎設施行業將會持續發展,智能配電的市場潛力和需求也日益龐大,未來對智能配電發展的技術要求也會日益增多,所以ABB的智能配電方案也將保持進步,抓住新基建帶來的機遇和挑戰,力求為客戶和市場帶來更加優質的服務和體驗。

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