施耐德電氣:追求配電系統(tǒng)的“雙零”愿景,全面提升電力可用性

中國北京,2020年5月9日—— 電力對我們意味著什么?三天三夜為雷神山醫(yī)院通電,五天五夜為火神山醫(yī)院通電,37小時為武漢最大方艙醫(yī)院通電,高峰時段投入15萬余名保電人員、1000余輛應(yīng)急發(fā)電車,保障電力供應(yīng)安全暢通。同時,聚焦“新基建”項(xiàng)目,全年初步安排電網(wǎng)投資4500億元,可帶動社會投資9000億元,為各行業(yè)發(fā)展的可靠用電打下更堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。這雖然只是國家電網(wǎng)近期的成果和規(guī)劃,但不難看出,電力與我們的生命、工作、以及當(dāng)下和未來的生活緊密相關(guān),因而由各類原因?qū)е碌碾娏χ袛嘁渤蔀榱恕安荒艹惺苤�輕”。

各種重要時刻都離不開電力的“時刻在線”,一旦電力的可用性受到影響,將可能帶來嚴(yán)重的安全事故或巨大的經(jīng)濟(jì)損失,以數(shù)據(jù)中心行業(yè)為例,根據(jù)波洛蒙研究所2017年發(fā)布的“數(shù)據(jù)中心成本中斷”報告中顯示,2010年以來,停機(jī)時間的平均成本上升38%,平均每起事件成本為740357美元,相當(dāng)于每分鐘損失成本近9000美元。

導(dǎo)致斷電等事故發(fā)生,進(jìn)而影響電力可用性的原因眾多,一般包括配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)存在缺陷,短路、過載、電弧等問題引起的設(shè)備故障,安裝、維護(hù)等過程中的人為操作失誤,管理水平低下,故障無法自動或快速修復(fù)等,因此,如何從提高電力可用性的角度出發(fā),進(jìn)一步提高電力供應(yīng)的連續(xù)性,提高管理水平,快速處理故障,降低斷電風(fēng)險,已變得逾加重要。

作為中低壓配電領(lǐng)域?qū)＜?施耐德電氣認(rèn)為,應(yīng)從全生命周期的角度出發(fā)提升電力可用性,才可以無限接近對配電系統(tǒng)“零故障、零風(fēng)險”的雙零追求。

基于EcoStruxure架構(gòu)與平臺,施耐德電氣以覆蓋上層主干路,下層分電路及終端配電的完整產(chǎn)品,融合更多數(shù)字化應(yīng)用,形成完整的解決方案,利用更豐富的選擇性,更先進(jìn)的級聯(lián)技術(shù)和可定制化的配電系統(tǒng)架構(gòu),充分保障供電連續(xù)性,降低成本及故障停機(jī)概率和時間,同時以高度信息化的資產(chǎn)管理方式,幫助用戶時刻清晰掌握系統(tǒng)及設(shè)備狀態(tài),預(yù)知風(fēng)險,實(shí)現(xiàn)預(yù)測性維護(hù),通過設(shè)備強(qiáng)大的數(shù)字化功能,快速定位、分析故障,并恢復(fù)供電,滿足設(shè)計(jì)院、盤廠、總包商及最終用戶的不同需求,進(jìn)一步提高電力可用性,保障系統(tǒng)運(yùn)行、各類生產(chǎn)或服務(wù)的高效可持續(xù),從而助力各行業(yè)企業(yè)免受電力中斷帶來的損失及風(fēng)險。

領(lǐng)先技術(shù)+完備產(chǎn)品構(gòu)建配電系統(tǒng),有效降低故障停機(jī)風(fēng)險

“質(zhì)量源于設(shè)計(jì)(QbD)”是制藥領(lǐng)域具有普遍共識的原則,可謂將設(shè)計(jì)的重要性定位極高。其實(shí),在配電領(lǐng)域同樣如此,配電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)直接關(guān)系到后期運(yùn)營的可靠性以及電力可用性。一般而言,在充分保障安全性的前提下,整個配電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要根據(jù)項(xiàng)目性質(zhì),以及負(fù)荷的重要性,對供電連續(xù)性加以考量。在《建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》中,負(fù)荷等級被分為一級負(fù)荷、二級負(fù)荷、三級負(fù)荷,系統(tǒng)設(shè)計(jì)因負(fù)荷等級的不同而有所差異,對于一級負(fù)荷中特別重要的負(fù)荷(如消防負(fù)荷等),除了往往需要兩路市電進(jìn)線外,一般還需要配備UPS或柴發(fā)機(jī)組提供額外的供電保障;此外,在一、二級負(fù)荷中,為了確保連續(xù)性,往往會使用自動轉(zhuǎn)換開關(guān)(ATS)縮短恢復(fù)供電時間。

以醫(yī)院為例,根據(jù)IEC 60364-7-710 2018版本的定義,2類場所為醫(yī)療電氣設(shè)備接觸部件需要與患者體內(nèi)(指心臟或接近心臟部位)接觸以及電源中斷危及患者生命的醫(yī)療場所,如手術(shù)室,其供電連續(xù)需要達(dá)到最高級別,包括恢復(fù)供電時間需≤0,5s,UPS應(yīng)使用至少3小時的電源(發(fā)電機(jī)系統(tǒng)減少至1小時)。而1類及0類場所相對而言不會對患者的安全構(gòu)成威脅,連續(xù)性要求相對較低。因此,在設(shè)計(jì)醫(yī)院配電系統(tǒng)時,一般采用多回路供電方式(市政電網(wǎng)+備用發(fā)電機(jī)系統(tǒng)或帶電池的UPS),且市電和發(fā)電機(jī)的切換時間被限制在15秒之內(nèi),利用發(fā)電機(jī)或UPS的N+1 原則提升服務(wù)的連續(xù)性,而冗余電源也可顯著減少中斷時的平均恢復(fù)時間,充分保障病患的人身安全。

施耐德電氣擁有業(yè)內(nèi)最為完整的配電產(chǎn)品線,針對不同配電系統(tǒng)的設(shè)計(jì),可以根據(jù)用戶及設(shè)計(jì)師的需求,可通過回路配置設(shè)計(jì),多系列ATS雙電源轉(zhuǎn)換開關(guān),Galaxy VS/VX系列UPS,柴油發(fā)電機(jī),Trihal系列干式變壓器,MVnex系列中壓柜、RM/GM/SM AirSeT系列全新無六氟化硫開關(guān)柜,以及Okken、Blokset、Prisma系列低壓開關(guān)柜,貫穿中低壓及終端配電的多系列斷路器等的靈活組合,搭配而成更加可靠的系統(tǒng)架構(gòu),最大化降低系統(tǒng)故障風(fēng)險發(fā)生率,保障供電連續(xù)性。

在此基礎(chǔ)上,施耐德電氣在斷路器方面完整的選擇性和獨(dú)特的級聯(lián)技術(shù)不但能夠加強(qiáng)對主干路的保護(hù),同時加強(qiáng)限流能力,提高下級斷路器的分?jǐn)嗄芰?從而有效保持供電連續(xù),并優(yōu)化成本。

其中,選擇性是通過過電流和接地故障保護(hù)裝置實(shí)現(xiàn)的,即意味著如設(shè)備中任何一點(diǎn)發(fā)生的故障情形被位于故障上游的保護(hù)裝置立即清除,則所有其它保護(hù)裝置均不受影響。在GB 14048.2–2008 《低壓開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備 第2部分:斷路器》 中,對選擇性提出了全選擇性和部分選擇性的要求,在我國的項(xiàng)目設(shè)計(jì)過程中也會遵循這一原則。

而對于數(shù)據(jù)中心、醫(yī)院等關(guān)鍵場所,因?yàn)榍闆r可能更為復(fù)雜,施耐德電氣基于全球經(jīng)驗(yàn),還提出了根據(jù)電流、時間、電能、邏輯因數(shù)的選擇性,以此打造不同的定制化解決方案,以滿足部分場景下更高的需求。

此外,利用級聯(lián)技術(shù)還能夠進(jìn)一步加強(qiáng)選擇性的效果,這一技術(shù)的誕生還要?dú)w功于由施耐德電氣首先提出的限流技術(shù),限流技術(shù)的核心是當(dāng)短路發(fā)生時,依靠限流型過電流保護(hù)裝置的快速分?jǐn)?使實(shí)際故障電流大大低于預(yù)期短路電流,得益于對限流技術(shù)的不斷完善,如今更為先進(jìn)的級聯(lián)技術(shù)更已成為施耐德電氣的“獨(dú)門武功”,該技術(shù)通過上下級斷路器的聯(lián)動保護(hù)作用,增強(qiáng)了上下級斷路器的分?jǐn)嗄芰�和選擇性配合,為整個電路的電力連續(xù)性帶來更強(qiáng)保護(hù)。

從主干路中應(yīng)用的Masterpact MTZ空氣斷路器,到分電路中用到的Compact NSX系列塑殼斷路器,再到貼近用戶端的Acti 9系列微型斷路器,施耐德電氣豐富的產(chǎn)品能夠做到全部覆蓋,傳承幾十年的優(yōu)良傳統(tǒng),質(zhì)量卓越,擁有更寬的電流覆蓋范圍和自身強(qiáng)大的限流能力,內(nèi)嵌的電子脫扣單元則成為實(shí)現(xiàn)更全面選擇性和利用級聯(lián)技術(shù)的基礎(chǔ),由此為電路從上級至下級帶來了更可靠的保障,不但再次加強(qiáng)了限流能力,更可利用上級斷路器提高下級斷路器的分?jǐn)嗄芰?并實(shí)現(xiàn)成本上的優(yōu)化。此外,這些系列的斷路器經(jīng)過多年的技術(shù)發(fā)展,如今都已內(nèi)置了強(qiáng)大的數(shù)字化功能,這也為后期運(yùn)營管理,維護(hù)維修的提質(zhì)提速打下了基礎(chǔ)。而對于設(shè)計(jì)師群體特別值得一提的是,施耐德電氣可提供極其全面和完整的選擇性對照表,將經(jīng)過反復(fù)驗(yàn)證和應(yīng)用的斷路器搭配方案一同呈現(xiàn),從而可極大提高設(shè)計(jì)效率和質(zhì)量。

數(shù)字化讓傳統(tǒng)資管模式“蛻變”,實(shí)現(xiàn)高水平管理及預(yù)測式維護(hù)

配電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和建設(shè)僅僅是保障電力可用性的起始,在后期的運(yùn)維管理階段,同樣需要利用創(chuàng)新加強(qiáng)對設(shè)備和系統(tǒng)的保護(hù),從而形成對電力可用性的全面保障。

在傳統(tǒng)的配電系統(tǒng)管理中,維修和維護(hù)通常是被動式的,或進(jìn)一步根據(jù)需要采取定期執(zhí)行措施的預(yù)防式維護(hù),這些方式往往難以及時發(fā)現(xiàn)斷路器等設(shè)備發(fā)生故障,造成設(shè)施不必要的停機(jī)。隨著數(shù)字化技術(shù)的不斷成熟,應(yīng)用傳感器和軟件技術(shù),基于系統(tǒng)實(shí)時狀態(tài)數(shù)據(jù)的預(yù)測式維護(hù)應(yīng)運(yùn)而生,這種進(jìn)階方法能夠讓管理者實(shí)時跟蹤風(fēng)險并自動生成報告,對斷路器的完好度以及維護(hù)或更換的必要性做出科學(xué)判斷,降低故障風(fēng)險,提升安全性并有效避免停機(jī),同時提高維護(hù)效率,優(yōu)化成本。

作為中低壓配電領(lǐng)域的專家,施耐德電氣基于EcoStruxure架構(gòu)與平臺,憑借在底層斷路器等設(shè)備中融入強(qiáng)大的信息監(jiān)測和采集功能,利用包括Digital logbook千里眼智聯(lián)日志、PME/PSO電能管理軟件、以及EcoStruxure Facility Expert千里眼運(yùn)維專家和EcoStruxure Asset Advisor施耐德千里眼資產(chǎn)顧問等,能夠幫助用戶對資產(chǎn)信息高效管理和使用,隨時隨地掌握系統(tǒng)及設(shè)備狀態(tài),實(shí)現(xiàn)更高等級的預(yù)測式維護(hù),大幅提升電力可用性。

其中,Digital logbook千里眼智聯(lián)日志是面向電氣設(shè)備制造商、運(yùn)維管理人員、工程公司及運(yùn)維服務(wù)商的電氣資產(chǎn)全生命周期數(shù)字化管理平臺,主要功能包括資產(chǎn)快查、完整的資料信息管理、直觀的地圖導(dǎo)航、精準(zhǔn)的維護(hù)計(jì)劃管理、運(yùn)維工單及運(yùn)維日志管理,可將電氣資產(chǎn)全部信息錄入系統(tǒng),用戶只需通過掃描設(shè)備二維碼,就能實(shí)現(xiàn)對電氣設(shè)備信息、圖紙、運(yùn)維計(jì)劃、檢驗(yàn)報告等的全面獲知,統(tǒng)一管理,高效管理資產(chǎn),盡享“數(shù)字化雙胞胎”帶來的極致便捷。

通過千里眼智聯(lián)日志,最終用戶不但可以隨時隨地查看資產(chǎn)信息,還可以利用預(yù)測性專業(yè)維護(hù)保養(yǎng),快速響應(yīng)服務(wù)工單等服務(wù),有效降低停電風(fēng)險。對于合作伙伴而言,可以科學(xué)管理項(xiàng)目及用戶信息,提升客戶滿意度,并利用更多的與用戶互動的機(jī)會,拓展出覆蓋全生命周期的多樣服務(wù)類型。

此外,施耐德電氣還擁有更貼合用戶日常工作軌跡,以及設(shè)施管理場景需求的PME / PSO軟件,其強(qiáng)大的邊緣控制能力,能夠幫助客戶實(shí)現(xiàn)包括電力質(zhì)量監(jiān)測分析、配電資產(chǎn)及能耗配電系統(tǒng)的現(xiàn)場級整體管理。同時,其增強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)置,多點(diǎn)監(jiān)測、全面事件分析功能及靈活部署能力,將有效保證電力供應(yīng)最大化與設(shè)備性能最優(yōu)化,從而確保配電系統(tǒng)運(yùn)行更加安全可靠、智能高效,助力客戶降低能源成本。而利用千里眼運(yùn)維專家及千里眼資產(chǎn)顧問形成的平臺,從診斷項(xiàng)目部署到服務(wù)關(guān)系對接,從專業(yè)縝密的推送方案到細(xì)致完整的設(shè)備設(shè)施健康報告,以預(yù)測式維護(hù)形式,用戶可以得到全方位專業(yè)守護(hù),這一方案普遍適用于對供電連續(xù)性要求高、設(shè)備分散且需要集中管理、運(yùn)維管理難度大的用電場所,如醫(yī)院、數(shù)據(jù)中心、電子廠房等。

發(fā)力“硬件功能軟件化”,以專業(yè)數(shù)據(jù)分析提升故障定位與恢復(fù)速度

眾所周知,引發(fā)配電系統(tǒng)發(fā)生故障的原因眾多,而且即使擁有完善的系統(tǒng)架構(gòu),高水平的管理,也沒有人可以保證系統(tǒng)100%不會發(fā)生故障,進(jìn)而影響電力可用性。因此,對于故障的快速定位和恢復(fù)便同樣需要予以高度重視。

鑒于目前越來越多的電氣元器件和設(shè)備擁有信息監(jiān)測和采集的功能,施耐德電氣認(rèn)為,對于故障定位與恢復(fù)這一問題,應(yīng)充分利用電氣設(shè)備的數(shù)字化功能,通過對系統(tǒng)狀態(tài)的實(shí)時感知,原因查找和自動分析,最終推送處理方案指導(dǎo)操作,乃至自動恢復(fù)供電這一路徑,將能夠極大加快對故障處理的速度,降低因故障發(fā)生而帶來的對電力可用性的影響,進(jìn)而降低人身安全,企業(yè)資產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)方面的損害。

首先,在狀態(tài)感知層面,施耐德電氣擁有覆蓋從中壓直至終端配電系統(tǒng)的智能化斷路器,包括Smart HVX系列中壓斷路器,Masterpact MTZ空氣斷路器, Compact NSX塑殼斷路器,搭配無線電能測量模塊的Acti 9微型斷路器,利用數(shù)字化創(chuàng)新,將信息監(jiān)測和采集功能融入斷路器之中,可以實(shí)現(xiàn)業(yè)內(nèi)最高精度的電流、電壓等電氣參數(shù)實(shí)時監(jiān)測,通過藍(lán)牙和WIFI等通訊方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸和互聯(lián)互通,更全面且實(shí)時地做到對配電系統(tǒng)地監(jiān)測。此外,利用創(chuàng)新的終端配電智能化系統(tǒng)PowerTag,將可形成從低壓主配電到終端配電的完整無線電能測量方案,其即插即用的方式,可提高50%安裝速度,節(jié)約15%柜內(nèi)空間,以緊湊精簡的安裝,輕松實(shí)現(xiàn)配電設(shè)備的互聯(lián)互通,幫助用戶輕松獲知斷路器狀態(tài),為用戶提供更安全、可靠、高效、智能化的用電體驗(yàn)。

在信息采集完畢后,需要快速對故障原因進(jìn)行查找和分析,過去這些功能是獨(dú)立于斷路器之外的,如今,施耐德電氣創(chuàng)新地在Masterpact MTZ中內(nèi)置Micrologic X控制單元,將硬件功能軟件化,3大類型,共10款數(shù)字模塊,從安全性、電力質(zhì)量和供電連續(xù)性三個方面,為MTZ斷路器增加了豐富的功能。其中,電力恢復(fù)助手,波形捕捉和操作助手模塊在故障查找和保障電力可用性方面可給予工作人員極大的幫助:

ž 電力恢復(fù)助手模塊通過顯示事件和斷路器狀態(tài)信息,協(xié)助運(yùn)維人員進(jìn)行電力恢復(fù)。它能夠幫助運(yùn)維人員確定如分閘、手動脫扣、電氣脫扣、或失電等事件的可能原因,同時提供相應(yīng)的方案指導(dǎo)電力恢復(fù);

ž 通過脫扣波形捕捉模塊提供的短脫扣波形捕捉(脫扣前4個周波和脫扣后1個周波)以及長脫扣波形捕捉(脫扣前15個周波和脫扣后35個周波)理清故障起因和程度;

ž 排查所有故障后,通過操作助手模塊,并使用具備藍(lán)牙功能的智能手機(jī),可在幾米范圍內(nèi)安全地進(jìn)行斷路器的遠(yuǎn)程分合閘。

利用數(shù)字模塊對功能進(jìn)行豐富,并突破性地把智能手機(jī)引入到運(yùn)維人員的日常工作場景中,同時,所有的控制單元高級功能都可根據(jù)客戶需求進(jìn)行靈活定制和便捷升級,使故障查找和分析更快速精確,讓配電系統(tǒng)更加安全、穩(wěn)定、智能和高效。

查找故障原因并推送方案指導(dǎo)工作人員操作可顯著提高故障排除效率,但在一些特別的場景中,則需要更低時延地切斷故障線路,達(dá)到“自愈”效果。例如在機(jī)場的飛行區(qū),燈光系統(tǒng)的正常運(yùn)行對于飛機(jī)起落、地面人員安全有序工作等都極為重要。因此,飛行區(qū)的供電系統(tǒng)對可靠性要求更加嚴(yán)苛,無論是設(shè)備,網(wǎng)絡(luò)架構(gòu),還是故障斷電恢復(fù)時間,都需要達(dá)到近乎極致的標(biāo)準(zhǔn)。

針對諸如此類的特殊要求,施耐德電氣開發(fā)的分布式DTU和高品質(zhì)開關(guān)設(shè)備組合,目前已經(jīng)跨越了一二次成套階段,進(jìn)入一二次高度融合階段�；�于成套環(huán)網(wǎng)箱一二次融合理念的分布式DTU環(huán)網(wǎng)自愈系統(tǒng),在優(yōu)化的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中嵌入高品質(zhì)開關(guān)設(shè)備作為關(guān)鍵節(jié)點(diǎn),同時搭載分布式DTU Easergy T300智能配電終端,應(yīng)用模塊化設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)單環(huán)網(wǎng)供電系統(tǒng)環(huán)網(wǎng)自愈功能,約30秒內(nèi)實(shí)現(xiàn)故障的快速切除以及恢復(fù)送電。

作為核心“組件”,施耐德電氣分布式DTU Easergy T300采用面向間隔功能的模塊化設(shè)計(jì)理念,分布安裝在各個環(huán)網(wǎng)柜單元,就地方便地現(xiàn)實(shí)每個開關(guān)柜的運(yùn)行狀態(tài)檢測、控制和交流模擬量采樣測量。T300模塊和實(shí)物間隔一一對應(yīng),避免傳統(tǒng)DTU按錯間隔的可能性,提高標(biāo)準(zhǔn)化程度,即插即用,能夠隨環(huán)網(wǎng)柜的擴(kuò)展而靈活調(diào)整。T300可以實(shí)現(xiàn)分布式饋線自動化功能,可在現(xiàn)有的通訊網(wǎng)絡(luò)(PON,GPRS,4G等等)上,采用對等通訊技術(shù),構(gòu)建環(huán)網(wǎng)自愈SHG通訊體系,適用于多種環(huán)網(wǎng)柜型(參數(shù)可調(diào)),具有較高的容錯性,充分保障電網(wǎng)可靠性。

提升電力可用性沒有捷徑,亦沒有終點(diǎn),唯有不斷探索場景,深挖需求,打磨產(chǎn)品,創(chuàng)新技術(shù),才能無限接近對配電系統(tǒng)“零事故、零風(fēng)險”的追求,施耐德電氣將繼續(xù)在此方面精益求精,打造更高品質(zhì)的產(chǎn)品設(shè)備,及完整的解決方案,助力客戶構(gòu)建更完善的配電系統(tǒng),為各行業(yè)的高效可持續(xù)發(fā)展護(hù)航始終。