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          施耐德電氣:追求配電系統的“雙零”愿景,全面提升電力可用性

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          發布時間:2020-05-22

           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院通電,五天五夜為火神山醫院通電,37小時為武漢最大方艙醫院通電,高峰時段投入15萬余名保電人員、1000余輛應急發電車,保障電力供應安全暢通。同時,聚焦“新基建”項目,全年初步安排電網投資4500億元,可帶動社會投資9000億元,為各行業發展的可靠用電打下更堅實基礎。這雖然只是國家電網近期的成果和規劃,但不難看出,電力與我們的生命、工作、以及當下和未來的生活緊密相關,因而由各類原因導致的電力中斷也成為了“不能承受之輕”。

          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,將可能帶來嚴重的安全事故或巨大的經濟損失,以數據中心行業為例,根據波洛蒙研究所2017年發布的“數據中心成本中斷”報告中顯示,2010年以來,停機時間的平均成本上升38%,平均每起事件成本為740357美元,相當于每分鐘損失成本近9000美元。

          導致斷電等事故發生,進而影響電力可用性的原因眾多,一般包括配電系統設計存在缺陷,短路、過載、電弧等問題引起的設備故障,安裝、維護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等,因此,如何從提高電力可用性的角度出發,進一步提高電力供應的連續性,提高管理水平,快速處理故障,降低斷電風險,已變得逾加重要。

          作為中低壓配電領域專家,施耐德電氣認為,應從全生命周期的角度出發提升電力可用性,才可以無限接近對配電系統“零故障、零風險”的雙零追求。

          基于EcoStruxure架構與平臺,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品,融合更多數字化應用,形成完整的解決方案,利用更豐富的選擇性,更先進的級聯技術和可定制化的配電系統架構,充分保障供電連續性,降低成本及故障停機概率和時間,同時以高度信息化的資產管理方式,幫助用戶時刻清晰掌握系統及設備狀態,預知風險,實現預測性維護,通過設備強大的數字化功能,快速定位、分析故障,并恢復供電,滿足設計院、盤廠、總包商及最終用戶的不同需求,進一步提高電力可用性,保障系統運行、各類生產或服務的高效可持續,從而助力各行業企業免受電力中斷帶來的損失及風險。

          領先技術+完備產品構建配電系統,有效降低故障停機風險

          “質量源于設計(QbD)”是制藥領域具有普遍共識的原則,可謂將設計的重要性定位極高。其實,在配電領域同樣如此,配電系統的設計直接關系到后期運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,整個配電系統的設計需要根據項目性質,以及負荷的重要性,對供電連續性加以考量。在《建筑電氣設計規范》中,負荷等級被分為一級負荷、二級負荷、三級負荷,系統設計因負荷等級的不同而有所差異,對于一級負荷中特別重要的負荷(如消防負荷等),除了往往需要兩路市電進線外,一般還需要配備UPS或柴發機組提供額外的供電保障;此外,在一、二級負荷中,為了確保連續性,往往會使用自動轉換開關(ATS)縮短恢復供電時間。

          以醫院為例,根據IEC 60364-7-710 2018版本的定義,2類場所為醫療電氣設備接觸部件需要與患者體內(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療場所,如手術室,其供電連續需要達到最高級別,包括恢復供電時間需≤0,5s,UPS應使用至少3小時的電源(發電機系統減少至1小時)。而1類及0類場所相對而言不會對患者的安全構成威脅,連續性要求相對較低。因此,在設計醫院配電系統時,一般采用多回路供電方式(市政電網+備用發電機系統或帶電池的UPS),且市電和發電機的切換時間被限制在15秒之內,利用發電機或UPS的N+1 原則提升服務的連續性,而冗余電源也可顯著減少中斷時的平均恢復時間,充分保障病患的人身安全。

          施耐德電氣擁有業內最為完整的配電產品線,針對不同配電系統的設計,可以根據用戶及設計師的需求,可通過回路配置設計,多系列ATS雙電源轉換開關,Galaxy VS/VX系列UPS,柴油發電機,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柜,以及Okken、Blokset、Prisma系列低壓開關柜,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架構,最大化降低系統故障風險發生率,保障供電連續性。

          在此基礎上,施耐德電氣在斷路器方面完整的選擇性和獨特的級聯技術不但能夠加強對主干路的保護,同時加強限流能力,提高下級斷路器的分斷能力,從而有效保持供電連續,并優化成本。

          其中,選擇性是通過過電流和接地故障保護裝置實現的,即意味著如設備中任何一點發生的故障情形被位于故障上游的保護裝置立即清除,則所有其它保護裝置均不受影響。在GB 14048.2–2008 《低壓開關設備和控制設備 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,在我國的項目設計過程中也會遵循這一原則。

          而對于數據中心、醫院等關鍵場所,因為情況可能更為復雜,施耐德電氣基于全球經驗,還提出了根據電流、時間、電能、邏輯因數的選擇性,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,利用級聯技術還能夠進一步加強選擇性的效果,這一技術的誕生還要歸功于由施耐德電氣首先提出的限流技術,限流技術的核心是當短路發生時,依靠限流型過電流保護裝置的快速分斷,使實際故障電流大大低于預期短路電流,得益于對限流技術的不斷完善,如今更為先進的級聯技術更已成為施耐德電氣的“獨門武功”,該技術通過上下級斷路器的聯動保護作用,增強了上下級斷路器的分斷能力和選擇性配合,為整個電路的電力連續性帶來更強保護。

          從主干路中應用的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品能夠做到全部覆蓋,傳承幾十年的優良傳統,質量卓越,擁有更寬的電流覆蓋范圍和自身強大的限流能力,內嵌的電子脫扣單元則成為實現更全面選擇性和利用級聯技術的基礎,由此為電路從上級至下級帶來了更可靠的保障,不但再次加強了限流能力,更可利用上級斷路器提高下級斷路器的分斷能力,并實現成本上的優化。此外,這些系列的斷路器經過多年的技術發展,如今都已內置了強大的數字化功能,這也為后期運營管理,維護維修的提質提速打下了基礎。而對于設計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,將經過反復驗證和應用的斷路器搭配方案一同呈現,從而可極大提高設計效率和質量。

          數字化讓傳統資管模式“蛻變”,實現高水平管理及預測式維護

          配電系統的設計和建設僅僅是保障電力可用性的起始,在后期的運維管理階段,同樣需要利用創新加強對設備和系統的保護,從而形成對電力可用性的全面保障。

          在傳統的配電系統管理中,維修和維護通常是被動式的,或進一步根據需要采取定期執行措施的預防式維護,這些方式往往難以及時發現斷路器等設備發生故障,造成設施不必要的停機。隨著數字化技術的不斷成熟,應用傳感器和軟件技術,基于系統實時狀態數據的預測式維護應運而生,這種進階方法能夠讓管理者實時跟蹤風險并自動生成報告,對斷路器的完好度以及維護或更換的必要性做出科學判斷,降低故障風險,提升安全性并有效避免停機,同時提高維護效率,優化成本。

          作為中低壓配電領域的專家,施耐德電氣基于EcoStruxure架構與平臺,憑借在底層斷路器等設備中融入強大的信息監測和采集功能,利用包括Digital logbook千里眼智聯日志、PME/PSO電能管理軟件、以及EcoStruxure Facility Expert千里眼運維專家和EcoStruxure Asset Advisor施耐德千里眼資產顧問等,能夠幫助用戶對資產信息高效管理和使用,隨時隨地掌握系統及設備狀態,實現更高等級的預測式維護,大幅提升電力可用性。

          其中,Digital logbook千里眼智聯日志是面向電氣設備制造商、運維管理人員、工程公司及運維服務商的電氣資產全生命周期數字化管理平臺,主要功能包括資產快查、完整的資料信息管理、直觀的地圖導航、精準的維護計劃管理、運維工單及運維日志管理,可將電氣資產全部信息錄入系統,用戶只需通過掃描設備二維碼,就能實現對電氣設備信息、圖紙、運維計劃、檢驗報告等的全面獲知,統一管理,高效管理資產,盡享“數字化雙胞胎”帶來的極致便捷。

          通過千里眼智聯日志,最終用戶不但可以隨時隨地查看資產信息,還可以利用預測性專業維護保養,快速響應服務工單等服務,有效降低停電風險。對于合作伙伴而言,可以科學管理項目及用戶信息,提升客戶滿意度,并利用更多的與用戶互動的機會,拓展出覆蓋全生命周期的多樣服務類型。

          此外,施耐德電氣還擁有更貼合用戶日常工作軌跡,以及設施管理場景需求的PME / PSO軟件,其強大的邊緣控制能力,能夠幫助客戶實現包括電力質量監測分析、配電資產及能耗配電系統的現場級整體管理。同時,其增強的網絡安全設置,多點監測、全面事件分析功能及靈活部署能力,將有效保證電力供應最大化與設備性能最優化,從而確保配電系統運行更加安全可靠、智能高效,助力客戶降低能源成本。而利用千里眼運維專家及千里眼資產顧問形成的平臺,從診斷項目部署到服務關系對接,從專業縝密的推送方案到細致完整的設備設施健康報告,以預測式維護形式,用戶可以得到全方位專業守護,這一方案普遍適用于對供電連續性要求高、設備分散且需要集中管理、運維管理難度大的用電場所,如醫院、數據中心、電子廠房等。

          發力“硬件功能軟件化”,以專業數據分析提升故障定位與恢復速度

          眾所周知,引發配電系統發生故障的原因眾多,而且即使擁有完善的系統架構,高水平的管理,也沒有人可以保證系統100%不會發生故障,進而影響電力可用性。因此,對于故障的快速定位和恢復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備擁有信息監測和采集的功能,施耐德電氣認為,對于故障定位與恢復這一問題,應充分利用電氣設備的數字化功能,通過對系統狀態的實時感知,原因查找和自動分析,最終推送處理方案指導操作,乃至自動恢復供電這一路徑,將能夠極大加快對故障處理的速度,降低因故障發生而帶來的對電力可用性的影響,進而降低人身安全,企業資產和經濟方面的損害。

          首先,在狀態感知層面,施耐德電氣擁有覆蓋從中壓直至終端配電系統的智能化斷路器,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,利用數字化創新,將信息監測和采集功能融入斷路器之中,可以實現業內最高精度的電流、電壓等電氣參數實時監測,通過藍牙和WIFI等通訊方式實現數據傳輸和互聯互通,更全面且實時地做到對配電系統地監測。此外,利用創新的終端配電智能化系統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,節約15%柜內空間,以緊湊精簡的安裝,輕松實現配電設備的互聯互通,幫助用戶輕松獲知斷路器狀態,為用戶提供更安全、可靠、高效、智能化的用電體驗。

          在信息采集完畢后,需要快速對故障原因進行查找和分析,過去這些功能是獨立于斷路器之外的,如今,施耐德電氣創新地在Masterpact MTZ中內置Micrologic X控制單元,將硬件功能軟件化,3大類型,共10款數字模塊,從安全性、電力質量和供電連續性三個方面,為MTZ斷路器增加了豐富的功能。其中,電力恢復助手,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:

          電力恢復助手模塊通過顯示事件和斷路器狀態信息,協助運維人員進行電力恢復。它能夠幫助運維人員確定如分閘、手動脫扣、電氣脫扣、或失電等事件的可能原因,同時提供相應的方案指導電力恢復;

          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;

          排查所有故障后,通過操作助手模塊,并使用具備藍牙功能的智能手機,可在幾米范圍內安全地進行斷路器的遠程分合閘。

          利用數字模塊對功能進行豐富,并突破性地把智能手機引入到運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客戶需求進行靈活定制和便捷升級,使故障查找和分析更快速精確,讓配電系統更加安全、穩定、智能和高效。

          查找故障原因并推送方案指導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,達到“自愈”效果。例如在機場的飛行區,燈光系統的正常運行對于飛機起落、地面人員安全有序工作等都極為重要。因此,飛行區的供電系統對可靠性要求更加嚴苛,無論是設備,網絡架構,還是故障斷電恢復時間,都需要達到近乎極致的標準。

          針對諸如此類的特殊要求,施耐德電氣開發的分布式DTU和高品質開關設備組合,目前已經跨越了一二次成套階段,進入一二次高度融合階段;诔商篆h網箱一二次融合理念的分布式DTU環網自愈系統,在優化的網絡架構中嵌入高品質開關設備作為關鍵節點,同時搭載分布式DTU Easergy T300智能配電終端,應用模塊化設計,實現單環網供電系統環網自愈功能,約30秒內實現故障的快速切除以及恢復送電。

          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計理念,分布安裝在各個環網柜單元,就地方便地現實每個開關柜的運行狀態檢測、控制和交流模擬量采樣測量。T300模塊和實物間隔一一對應,避免傳統DTU按錯間隔的可能性,提高標準化程度,即插即用,能夠隨環網柜的擴展而靈活調整。T300可以實現分布式饋線自動化功能,可在現有的通訊網絡(PON,GPRS,4G等等)上,采用對等通訊技術,構建環網自愈SHG通訊體系,適用于多種環網柜型(參數可調),具有較高的容錯性,充分保障電網可靠性。

          提升電力可用性沒有捷徑,亦沒有終點,唯有不斷探索場景,深挖需求,打磨產品,創新技術,才能無限接近對配電系統“零事故、零風險”的追求,施耐德電氣將繼續在此方面精益求精,打造更高品質的產品設備,及完整的解決方案,助力客戶構建更完善的配電系統,為各行業的高效可持續發展護航始終。

          關于施耐德電氣

          在施耐德電氣,我們相信,獲取能源并利用數字技術是人們的基本權力,我們賦能所有人對能源和資源的最大化利用,并確保每一個人,在任何時間,任何地點都能盡享Life Is On。

          我們提供能源與自動化數字解決方案,以實現高效和可持續。我們將世界領先的能源技術、自動化技術、軟件及服務融合于整體解決方案之中,服務于家居、樓宇、數據中心、基礎設施和工業市場。

          我們致力于打造有意義、包容和賦能的企業價值觀,并承諾讓這個開放的,全球化的,創新的生態圈釋放無限可能。https://www.se.com/cn

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