綠色醫(yī)院變配電智能運(yùn)維系統(tǒng)

【摘要】本文重點(diǎn)介紹在現(xiàn)代大型綜合醫(yī)院中，運(yùn)用智能化、數(shù)字化平臺(tái)對(duì)醫(yī)院變配電系統(tǒng)的運(yùn)維管理。結(jié)合醫(yī)院建設(shè)案例，改變傳統(tǒng)變配電運(yùn)維模式，采用數(shù)字化平臺(tái)，有效地提升了醫(yī)院變配電系統(tǒng)的運(yùn)行效率，減少維護(hù)工時(shí)，從而逐步實(shí)現(xiàn)對(duì)電力系統(tǒng)的精細(xì)化管理，提高現(xiàn)代綜合綠色醫(yī)院后勤的信息化程度。 

關(guān)鍵詞:變配電系統(tǒng)、智能化運(yùn)維平臺(tái)、精細(xì)化管理、綠色醫(yī)院后勤

1第一人民醫(yī)院高新院區(qū)配電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

連云港市第一人民醫(yī)院高新院區(qū)醫(yī)院總建筑面積30萬平方米。變、配電結(jié)構(gòu)設(shè)置為1座20kV 開閉所、4座20k變電所。

2運(yùn)維現(xiàn)狀及潛在隱患

2.1.1 運(yùn)維現(xiàn)狀

傳統(tǒng)的變電站運(yùn)維基本設(shè)置為在高壓側(cè)各斷路器配設(shè)有微機(jī)保護(hù)裝置，集中監(jiān)測(cè)20kV高壓側(cè)各電氣信號(hào)；但未對(duì)變壓器狀態(tài)及0.4kV低壓側(cè)各回路電氣量實(shí)行集中監(jiān)測(cè)。在人員配置上配電室運(yùn)維目前仍以人工值守為主。配置專職值班管理人員，負(fù)責(zé)配電室24小時(shí)運(yùn)行維護(hù)和數(shù)據(jù)記錄。

2.1.2 潛在隱患及問題

（1）配電運(yùn)維人員素質(zhì)參差不齊，且人工成本不斷提升，人力配置存在浪費(fèi)。

正常運(yùn)行過程中，電氣設(shè)備出現(xiàn)故障的頻率并不高，但配電室往往配置專職的值班人員，而這些值班人員大部分時(shí)間是無所事事的，存在較嚴(yán)重的人力浪費(fèi)情況。

（2）不能通過信息化手段查看配電室運(yùn)行情況，故障識(shí)別及響應(yīng)速度慢。

因配電室不具備集中監(jiān)測(cè)功能，重要回路發(fā)生跳閘故障未能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，運(yùn)維人員在故障發(fā)生很長(zhǎng)時(shí)間后才獲悉、且無法迅速定位故障位置，極大降低運(yùn)維效率我院低壓共有526個(gè)回路，如發(fā)生突發(fā)情況也將面臨較大的維護(hù)挑戰(zhàn)。

（3）對(duì)電氣設(shè)備老化缺乏預(yù)見性，無法實(shí)現(xiàn)狀態(tài)預(yù)警，易突發(fā)故障造成重大損失。

由于電氣設(shè)備的損耗往往是隱性的，現(xiàn)有的人工巡視僅僅只能看到設(shè)備運(yùn)行的表象，設(shè)備的老化程度無法掌握，極易埋下事故隱患，提高了配電運(yùn)維應(yīng)急處理的難度。

（4）未實(shí)施用電分類采集，能效合理性無從談起。

配電運(yùn)維部門所轄區(qū)域的用電實(shí)際情況往往與設(shè)計(jì)時(shí)存在比較大的出入，既有的運(yùn)維方式只能被動(dòng)的支付用電費(fèi)用，而不能有效的利用數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)，分析用電合理性，從而調(diào)整用電方式，降低用電成本。

3變、配電室智能運(yùn)維概念

3.1  數(shù)字化智能運(yùn)維平臺(tái)介紹

配電智能運(yùn)維是將云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)技術(shù)與配電室運(yùn)維、用電服務(wù)相結(jié)合的創(chuàng)新型用電運(yùn)維方式。

通過分布在配電室內(nèi)的各類傳感器、采集與通信設(shè)備，將各種電氣信號(hào)、運(yùn)行參數(shù)和環(huán)境數(shù)據(jù)傳送到基于云平臺(tái)的智能運(yùn)維監(jiān)控平臺(tái)上，對(duì)配電室進(jìn)行遠(yuǎn)程、集中、實(shí)時(shí)監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)配電室“無人值班”。同時(shí)，配合院區(qū)內(nèi)專業(yè)電力人工資源，開展日常巡視、檢修、應(yīng)急響應(yīng)、事故處理等現(xiàn)場(chǎng)處理工作，可通過移動(dòng)運(yùn)維搶修平臺(tái)及移動(dòng)APP對(duì)現(xiàn)場(chǎng)服務(wù)進(jìn)行全程調(diào)度和質(zhì)量監(jiān)控，從而實(shí)現(xiàn)“線上+線下”的服務(wù)閉環(huán)。

在此基礎(chǔ)上，智能運(yùn)維特有的電務(wù)大數(shù)據(jù)平臺(tái)、能效管理平臺(tái)、資產(chǎn)管理系統(tǒng)和專家診斷系統(tǒng)等輔助支撐系統(tǒng)，可為配電室的安全運(yùn)行、故障診斷、狀態(tài)預(yù)警和能效改善提供智能分析與精確指導(dǎo)，方便醫(yī)院更安全、可靠、便宜用電。

4智能運(yùn)維平臺(tái)的搭建

以第一人民醫(yī)院高新院區(qū)建設(shè)方案為例，規(guī)劃監(jiān)控內(nèi)容，為運(yùn)維操作提供更好地操作平臺(tái)。

4.1智能運(yùn)維監(jiān)測(cè)范圍及內(nèi)容

配電室配電監(jiān)測(cè)、內(nèi)容如下：

（1）20kV高壓側(cè)：

監(jiān)測(cè)：20kV所有開關(guān)柜母線的相電流、有功功率、無功功率、功率因數(shù)、有功電量、無功電量、電壓不平衡、電流不平衡。所有開關(guān)柜的斷路器所有位置信號(hào)及各故障告警信號(hào)。

控制：20kV所有出現(xiàn)開關(guān)柜具備遙分、合閘功能（不包含PT柜、隔離柜）。

（2）20/0.4kV變壓器： 

變壓器三相鐵芯溫度，風(fēng)機(jī)狀態(tài)、變壓器報(bào)警信號(hào)狀態(tài)。

（3）0.4kV低壓側(cè)： 

監(jiān)測(cè)：低壓進(jìn)線開關(guān)三相電壓、電流、功率、無功功率、功率因數(shù)、頻率、有功電量、無功電量。低壓進(jìn)線、出線開關(guān)斷路器運(yùn)行狀態(tài)、電容器投切狀態(tài)。

控制：0.4kV進(jìn)線、出線開關(guān)柜具備遙分、合閘功能。

4.2  智能運(yùn)維線上線下的配合

數(shù)字化平臺(tái)提供了良好的參考界面，能夠及時(shí)配合現(xiàn)場(chǎng)電力工作人員的線下工作，形成配電智能運(yùn)維的完整閉環(huán)。線上線下的工作內(nèi)容如下：

4.3運(yùn)維平臺(tái)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)

結(jié)合人民醫(yī)院的電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，規(guī)劃的平臺(tái)將由遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)由監(jiān)控中心和配電室兩部分組成，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

圖1 監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

配電室配置通過優(yōu)化設(shè)計(jì)采用以下結(jié)構(gòu)，由底層監(jiān)測(cè)設(shè)備、電力綜合測(cè)控終端、非電量綜合監(jiān)測(cè)終端、聯(lián)動(dòng)控制模塊和通信設(shè)備等組成，如下圖2所示。

圖2 配電室采集裝置通信示意圖

4.4  系統(tǒng)需實(shí)現(xiàn)的功能

4.4.1 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集

采集配電室的遙測(cè)、遙信數(shù)據(jù)。包括：

表1  配電室20kV電壓等級(jí)采集數(shù)據(jù)表

表2  配電室0.4kV電壓等級(jí)采集數(shù)據(jù)表

4.4.2 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理

經(jīng)過處理的數(shù)據(jù)成為配電管理系統(tǒng)各種應(yīng)用功能的基礎(chǔ)，在確保數(shù)據(jù)處理可靠的同時(shí)，既能抓住電網(wǎng)突發(fā)的瞬變，又不能讓壞信息干擾其它應(yīng)用功能的判斷。

表3 20kV電壓等級(jí)數(shù)據(jù)處理

表4  配電室0.4kV電壓等級(jí)數(shù)據(jù)處理

4.4.3  報(bào)警處理

表5  配電室20kV電壓等級(jí)報(bào)警處理表

表6  配電室380V電壓等級(jí)報(bào)警處理表

4.4.4  畫面生成及顯示

以圖形方式實(shí)時(shí)顯示設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)和以不同的顏色表示設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。

圖3 用戶端顯示主界面

4.4.5  在線計(jì)算

提供的計(jì)算指標(biāo)包括：電量統(tǒng)計(jì)；功率總加計(jì)算；三相電流不平衡度計(jì)算；三相電壓不平衡度計(jì)算；電壓合格率計(jì)算等。所有在線計(jì)算可定時(shí)存儲(chǔ)如歷史數(shù)據(jù)庫。可按時(shí)間、站點(diǎn)、類別查詢并以表格、曲線、圖形等方式輸出。

4.4.6  制表及曲線

具備基本報(bào)表，歷史數(shù)據(jù)查詢、顯示等。根據(jù)選擇的設(shè)備及輸入的日期，可以查詢歷史數(shù)據(jù)形成報(bào)表、曲線等直觀形式；根據(jù)輸入的日期可以查詢歷史事件順序記錄等。 

4.4.7   能效分析

平臺(tái)提供能效分析軟件，可以通過軟件對(duì)用戶設(shè)備用能情況進(jìn)行實(shí)時(shí)的分析和對(duì)比，從而找到設(shè)備用電的差異和規(guī)律，進(jìn)而找到節(jié)能降耗的方法，降低用電成本。

圖4 能效監(jiān)測(cè)界面

4.4.8   三相不平衡監(jiān)測(cè)

三相不平衡是配網(wǎng)普遍存在的問題，也是配網(wǎng)電能浪費(fèi)的主要原因。平臺(tái)提供三相不平衡監(jiān)測(cè)，通過對(duì)三相不平衡的監(jiān)測(cè)，可以發(fā)現(xiàn)用戶負(fù)荷分配不合理的問題，可及時(shí)提示用戶，合理分配負(fù)荷，達(dá)到節(jié)能的目的。

圖5 三相不平衡監(jiān)測(cè)畫面

4.4.9設(shè)備壽命監(jiān)控

開關(guān)的分合次數(shù)和電容器的投入時(shí)間是其壽命的判斷標(biāo)準(zhǔn)，平臺(tái)對(duì)開關(guān)分合次數(shù)及電容器投入時(shí)間進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，可提前預(yù)警其壽命的終結(jié)，可避免因設(shè)備自身損壞導(dǎo)致更大的電氣事故。

4.4.10與其它系統(tǒng)接口

系統(tǒng)提供界面配置數(shù)據(jù)庫接口，提供界面配置遠(yuǎn)程瀏覽接口，可同時(shí)增加/修改/刪除接口數(shù)據(jù)庫用戶、密碼、訪問內(nèi)容、訪問方式等。

5運(yùn)維平臺(tái)實(shí)施的目的及意義

（1）智能運(yùn)維提升自動(dòng)化管理水平，順應(yīng)智能物業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)。

通過監(jiān)控中心365*24小時(shí)的全天候在線監(jiān)測(cè)，隨時(shí)隨地全面了解配電室各電氣設(shè)備的實(shí)時(shí)狀態(tài)，第一時(shí)間獲悉故障發(fā)生的準(zhǔn)確信息，縮短故障處理時(shí)間，降低故障影響，提升應(yīng)對(duì)故障的響應(yīng)質(zhì)量，提高自動(dòng)化管理水平。

（2）智能診斷設(shè)備狀態(tài)，提升用電可靠性，防患于未然。

通過對(duì)各電氣設(shè)備的數(shù)據(jù)采集及大數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，對(duì)電氣設(shè)備的各電氣參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)診斷，根據(jù)各電氣參數(shù)的正常值與實(shí)際值的對(duì)比及運(yùn)行時(shí)間等參數(shù)進(jìn)行修正計(jì)算，映射電器元件的衰耗情況，采取預(yù)警措施，及時(shí)消除故障隱患。

（3）集約化人員管理，優(yōu)化人員配置，降低人工成本。

通過配電室智能運(yùn)維系統(tǒng)，將多座變/配電室各電氣設(shè)備的數(shù)據(jù)進(jìn)行集中監(jiān)控，對(duì)片區(qū)內(nèi)所有物業(yè)電工進(jìn)行集約化管理，在提高用電安全性和可靠性的同時(shí)，可最大程度減少物業(yè)電工配置數(shù)量，優(yōu)化人員分工。

（4）基于能效分析合理調(diào)整用電方式，提高用電效率并降低用電成本。

通過對(duì)重點(diǎn)用電回路的用電時(shí)間、用電習(xí)慣、負(fù)荷分配、用電量等用電情況的分類監(jiān)測(cè)，可動(dòng)態(tài)分析重點(diǎn)用電回路的能效情況，便于采取節(jié)能措施，降低能耗成本。

（5）為即將到來的售電交易鋪路架橋，最終實(shí)現(xiàn)便宜購(gòu)電。 

未來2-3年內(nèi)，售電交易將向一般工商業(yè)用戶最終開放（山西省在2017年已實(shí)現(xiàn)有條件放開）。基于實(shí)時(shí)用電監(jiān)測(cè)，可為商業(yè)項(xiàng)目提供精準(zhǔn)的用電負(fù)荷預(yù)測(cè)，有力支撐商業(yè)項(xiàng)目參與售電交易，實(shí)現(xiàn)更加市場(chǎng)化、更加便宜地購(gòu)電。

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本文作者：連云港市第一人民醫(yī)院（楊晨暉）