綠色醫(yī)院變配電智能運維系統(tǒng)

【摘要】本文重點介紹在現(xiàn)代大型綜合醫(yī)院中，運用智能化、數(shù)字化平臺對醫(yī)院變配電系統(tǒng)的運維管理。結(jié)合醫(yī)院建設案例，改變傳統(tǒng)變配電運維模式，采用數(shù)字化平臺，有效地提升了醫(yī)院變配電系統(tǒng)的運行效率，減少維護工時，從而逐步實現(xiàn)對電力系統(tǒng)的精細化管理，提高現(xiàn)代綜合綠色醫(yī)院后勤的信息化程度。 

關鍵詞:變配電系統(tǒng)、智能化運維平臺、精細化管理、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

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)構設置為1座20kV 開閉所、4座20k變電所。

2運維現(xiàn)狀及潛在隱患

2.1.1 運維現(xiàn)狀

傳統(tǒng)的變電站運維基本設置為在高壓側(cè)各斷路器配設有微機保護裝置，集中監(jiān)測20kV高壓側(cè)各電氣信號；但未對變壓器狀態(tài)及0.4kV低壓側(cè)各回路電氣量實行集中監(jiān)測。在人員配置上配電室運維目前仍以人工值守為主。配置專職值班管理人員，負責配電室24小時運行維護和數(shù)據(jù)記錄。

2.1.2 潛在隱患及問題

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

正常運行過程中，電氣設備出現(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間是無所事事的，存在較嚴重的人力浪費情況。

（2）不能通過信息化手段查看配電室運行情況，故障識別及響應速度慢。

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

（3）對電氣設備老化缺乏預見性，無法實現(xiàn)狀態(tài)預警，易突發(fā)故障造成重大損失。

由于電氣設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備運行的表象，設備的老化程度無法掌握，極易埋下事故隱患，提高了配電運維應急處理的難度。

（4）未實施用電分類采集，能效合理性無從談起。

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

3變、配電室智能運維概念

3.1  數(shù)字化智能運維平臺介紹

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

通過分布在配電室內(nèi)的各類傳感器、采集與通信設備，將各種電氣信號、運行參數(shù)和環(huán)境數(shù)據(jù)傳送到基于云平臺的智能運維監(jiān)控平臺上，對配電室進行遠程、集中、實時監(jiān)控，實現(xiàn)配電室“無人值班”。同時，配合院區(qū)內(nèi)專業(yè)電力人工資源，開展日常巡視、檢修、應急響應、事故處理等現(xiàn)場處理工作，可通過移動運維搶修平臺及移動APP對現(xiàn)場服務進行全程調(diào)度和質(zhì)量監(jiān)控，從而實現(xiàn)“線上+線下”的服務閉環(huán)。

在此基礎上，智能運維特有的電務大數(shù)據(jù)平臺、能效管理平臺、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行、故障診斷、狀態(tài)預警和能效改善提供智能分析與精確指導，方便醫(yī)院更安全、可靠、便宜用電。

4智能運維平臺的搭建

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

4.1智能運維監(jiān)測范圍及內(nèi)容

配電室配電監(jiān)測、內(nèi)容如下：

（1）20kV高壓側(cè)：

監(jiān)測：20kV所有開關柜母線的相電流、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。所有開關柜的斷路器所有位置信號及各故障告警信號。

控制：20kV所有出現(xiàn)開關柜具備遙分、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，風機狀態(tài)、變壓器報警信號狀態(tài)。

（3）0.4kV低壓側(cè)： 

監(jiān)測：低壓進線開關三相電壓、電流、功率、無功功率、功率因數(shù)、頻率、有功電量、無功電量。低壓進線、出線開關斷路器運行狀態(tài)、電容器投切狀態(tài)。

控制：0.4kV進線、出線開關柜具備遙分、合閘功能。

4.2  智能運維線上線下的配合

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

4.3運維平臺的系統(tǒng)設計結(jié)構

結(jié)合人民醫(yī)院的電力系統(tǒng)結(jié)構，規(guī)劃的平臺將由遠程監(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)構框圖如圖1所示。

圖1 監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構框圖

配電室配置通過優(yōu)化設計采用以下結(jié)構，由底層監(jiān)測設備、電力綜合測控終端、非電量綜合監(jiān)測終端、聯(lián)動控制模塊和通信設備等組成，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)需實現(xiàn)的功能

4.4.1 實時數(shù)據(jù)采集

采集配電室的遙測、遙信數(shù)據(jù)。包括：

表1  配電室20kV電壓等級采集數(shù)據(jù)表

表2  配電室0.4kV電壓等級采集數(shù)據(jù)表

4.4.2 實時數(shù)據(jù)處理

經(jīng)過處理的數(shù)據(jù)成為配電管理系統(tǒng)各種應用功能的基礎，在確保數(shù)據(jù)處理可靠的同時，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用功能的判斷。

表3 20kV電壓等級數(shù)據(jù)處理

表4  配電室0.4kV電壓等級數(shù)據(jù)處理

4.4.3  報警處理

表5  配電室20kV電壓等級報警處理表

表6  配電室380V電壓等級報警處理表

4.4.4  畫面生成及顯示

以圖形方式實時顯示設備運行數(shù)據(jù)和以不同的顏色表示設備的運行狀態(tài)。

圖3 用戶端顯示主界面

4.4.5  在線計算

提供的計算指標包括：電量統(tǒng)計；功率總加計算；三相電流不平衡度計算；三相電壓不平衡度計算；電壓合格率計算等。所有在線計算可定時存儲如歷史數(shù)據(jù)庫。可按時間、站點、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

具備基本報表，歷史數(shù)據(jù)查詢、顯示等。根據(jù)選擇的設備及輸入的日期，可以查詢歷史數(shù)據(jù)形成報表、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

平臺提供能效分析軟件，可以通過軟件對用戶設備用能情況進行實時的分析和對比，從而找到設備用電的差異和規(guī)律，進而找到節(jié)能降耗的方法，降低用電成本。

圖4 能效監(jiān)測界面

4.4.8   三相不平衡監(jiān)測

三相不平衡是配網(wǎng)普遍存在的問題，也是配網(wǎng)電能浪費的主要原因。平臺提供三相不平衡監(jiān)測，通過對三相不平衡的監(jiān)測，可以發(fā)現(xiàn)用戶負荷分配不合理的問題，可及時提示用戶，合理分配負荷，達到節(jié)能的目的。

圖5 三相不平衡監(jiān)測畫面

4.4.9設備壽命監(jiān)控

開關的分合次數(shù)和電容器的投入時間是其壽命的判斷標準，平臺對開關分合次數(shù)及電容器投入時間進行統(tǒng)計，可提前預警其壽命的終結(jié)，可避免因設備自身損壞導致更大的電氣事故。

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，提供界面配置遠程瀏覽接口，可同時增加/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運維平臺實施的目的及意義

（1）智能運維提升自動化管理水平，順應智能物業(yè)的發(fā)展趨勢。

通過監(jiān)控中心365*24小時的全天候在線監(jiān)測，隨時隨地全面了解配電室各電氣設備的實時狀態(tài)，第一時間獲悉故障發(fā)生的準確信息，縮短故障處理時間，降低故障影響，提升應對故障的響應質(zhì)量，提高自動化管理水平。

（2）智能診斷設備狀態(tài)，提升用電可靠性，防患于未然。

通過對各電氣設備的數(shù)據(jù)采集及大數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，對電氣設備的各電氣參數(shù)進行實時診斷，根據(jù)各電氣參數(shù)的正常值與實際值的對比及運行時間等參數(shù)進行修正計算，映射電器元件的衰耗情況，采取預警措施，及時消除故障隱患。

（3）集約化人員管理，優(yōu)化人員配置，降低人工成本。

通過配電室智能運維系統(tǒng)，將多座變/配電室各電氣設備的數(shù)據(jù)進行集中監(jiān)控，對片區(qū)內(nèi)所有物業(yè)電工進行集約化管理，在提高用電安全性和可靠性的同時，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。

通過對重點用電回路的用電時間、用電習慣、負荷分配、用電量等用電情況的分類監(jiān)測，可動態(tài)分析重點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，最終實現(xiàn)便宜購電。 

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年已實現(xiàn)有條件放開）。基于實時用電監(jiān)測，可為商業(yè)項目提供精準的用電負荷預測，有力支撐商業(yè)項目參與售電交易，實現(xiàn)更加市場化、更加便宜地購電。

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本文作者：連云港市第一人民醫(yī)院（楊晨暉）