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提高设施电力可用性和可靠性的五大途径

来源:业界供稿    2021-05-11 16:11:03

关键字: 配电系统

电力作为唯一可以实现零碳排的二次能源,对于我国在2060年实现“碳中和”目标至关重要。

电力作为唯一可以实现零碳排的二次能源,对于我国在2060年实现“碳中和”目标至关重要。此外,当绿色可持续成为全球各国关注的焦点话题,清洁电气化在使用端的高比例应用,之于国家发展、企业经营、大众生活等的正常维持,都将发挥重要作用,因而需要更好地保障电力可用性,避免因此而造成严重的安全事故或巨大的经济损失。

通常来说,由停机造成电力不可用而带来的损失,在很大程度上取决于电力的不同应用场景。以数据中心行业为例,平均每起停机事件的成本超过74万美元。在医疗行业,停机事件平均每分钟损失成本8662美元,连续停机8小时带来的成本损失可能高达410万美元,这还不包括对病患人身安全造成的致命影响。

作为中低压配电领域专家,施耐德电气认为应从全生命周期的角度出发提升电力可用性,才可以更好地激发配电系统在不同场景应用中的可持续活力。

那么,什么是配电系统的电力可用性?

与电力可靠性强调的“尽可能延长设施内电力的正常运行时间”不同,国际电工委员会(IEC)将可用性定义为“处于可执行规定功能状态的能力”。简单来说,可用性指正常运行时间。以数据中心的行业术语来说,可用性指“9的数量”。例如,99.999%的正常运行时间是“五个9”,意味着每年的停机时间仅约为5分钟。

那么造成这些电力中断事故的原因是什么呢?导致断电等事故发生,进而影响电力可用性的原因众多,其中部分是由于频发恶劣天气导致主电网电力中断所引起,另一方面则源自用电场景内部的配电基础设施带来的问题,例如配电基础设施的可靠性,以及配电系统在遭遇停机事件后的恢复速度等。

如今,随着碳中和目标的推动,越来越多清洁能源并网导致电力来源日趋分散化,部署于电气网络的海量电力敏感型设备、元器件也正在“复杂化”电气网络,导致电力质量和可用性,更增添了“敏感”属性。而作为既连接电力供给侧,又连接电力消费侧的配电系统,如果其设计、保护、监控和维护存在问题,会给人们生产生活所依赖的电力可用性埋下隐患。

因此,如何从提高电力可用性的角度出发,以系统全周期视角进一步提高电力供应的连续性,提高管理水平,快速处理故障,降低断电风险,已变得逾加重要。

通过5种途径,在全生命周期提升电力可用性

1.预制化设计

在配电领域,配电系统的设计直接关系到后期运营的可靠性以及电力可用性。一般而言,在充分保障安全性的前提下,整个配电系统的设计需要根据项目性质,以及负荷的重要性,对供电连续性加以考量。而预制中低压配电系统则依托上述思路,并已通过特定应用领域的验证。

预制化中低压配电系统中包含核心电力系统设计方案,以及适用于电力管理的数字化智能。为了进一步增强系统韧性,设计中还可以纳入备用电源和电力调节装置,如发电机、不间断电源、自动转换开关、谐波滤波等。此外,设计还应符合当地法规及国际标准,并针对安全性进行优化,避免造成人身伤害和设备损坏。

预制中低压配电系统可以大大简化从设计到建设的过程,降低系统构建和操作的总体风险与成本。同时,专业配电设计软件还能够结合当前和未来的所有预期运行条件和环境条件,针对特定应用领域优化配电系统的各个方面,从而有助于配电系统更好地满足未来发展需求。

去年,施耐德电气发布了新一代预制低压成套设备,包括BlokSeT、Okken、PrismaSeT 系列,可实现标准网关、无线连接、测温等多种功能的预制化搭载,打造出厂即自带数字化基因的新型智能成套设备,不但能帮助设计院、盘厂等合作伙伴及最终用户以更低投入且“轻量化”的方式享有数字化体验,而且结合多款数字化软件,还能随时监测设备运行状态,并能够实现现场及云端的高效管理,从而全面优化配电资产从设计、建造到部署、营维的全生命周期数字化管理,提高用电可靠性,提升供配电系统的运维效率。

2.智能化断路器

通过应用最新的断路器技术,能够在维持设施正常运行的同时,保护人员和设备的安全。当配电系统中某一点发生故障时,整个设施的电力可用性有可能因此受到影响。为此,应用具有选择性配合和级联技术功能的断路器,不但能够加强对主干路的保护,同时加强限流能力,提高下级断路器的分断能力,由此可以快速隔离故障部分,保障仅位于故障部分上游的断路器发生跳闸,而配电网络的其余部分不受影响。

结合对配电的专业化设计,用户可以选择更具适用性的断路器尺寸及组合方式,以便增强配电网络所有部分的“全面”选择性配合能力。

除此之外,智能化断路器还具有易维护、可拆卸、可插拔功能,更易于管理,同时还支持嵌入式计量功能,可与电力监控系统配合,及时发现配电系统中可能存在的潜在隐患。

从主干路中应用的Masterpact MTZ空气断路器,到分电路中用到的Compact NSX系列塑壳断路器,再到贴近用户端的Acti 9系列微型断路器,施耐德电气丰富的产品能够做到全部覆盖。完整的产品线不但质量卓越,还拥有更宽的电流覆盖范围和自身强大的限流能力,内嵌的电子脱扣单元则成为实现全面选择性和级联技术的基础。此外,这些系列的断路器经过多年的技术发展,如今都已内置了强大的数字化功能,这也为后期运营管理,维护维修的提质提速打下了基础。而对于设计师群体特别值得一提的是,施耐德电气可提供极其全面和完整的选择性对照表,将经过反复验证和应用的断路器搭配方案一同呈现,从而可极大提高设计效率和质量。

3.电能管理系统

为了防止运行中的配电系统受潜在可靠性隐患的影响,更多数字化技术的应用正成为“刚需”,全面数字化的电气系统能够更好地承受电力干扰,抵御停机事件的发生。数字化的电能管理系统能够从互联互通的设备中获取数据,作用好比电气系统中的显微镜,可持续监控系统性能和与系统相连的资产。当检测到意外情形时,管理系统会向工作人员发出警报通知,以便他们能够立即找到问题所在,并采取措施防止出现危急情况。

互联互通的电力网络中包含多种智能化、互联互通的先进仪表,可快速揭示电能质量问题(如高谐波或电压骤降等)或其他类型故障,而诊断工具有助于设施团队快速确定问题的根本原因,预防停电事件发生。

此外,数字化的解决方案中还应纳入无线温度传感器,有助于尽早检测到导体及连接点位置的异常温升。无线温度传感器还有助于降低火灾和故障风险(以及缩短相关停机时间),同时节约红外(IR)测试的时间和成本。同时,包括监测断路器健康和老化的创新功能如今也已得到了应用,结合高级分析工具,还可实现主动式维护,避免发生因性能下降导致故障发生,并延长断路器寿命。这些新的能力可以在降低运行成本的同时,保障电力的全天候高度可用性。

4.预测性维护专家服务

如果用户缺乏必要的现场设施运维管理技术支持或专业知识,那么基于云技术的电力管理专家级应用将发挥重要的作用,这种“数字化服务”可以帮助用户降低配电系统管理工作的复杂性和所需的时间,同时提高电能质量、可靠性和可用性。

施耐德电气能够提供包括侧重资产健康诊断的Asset Advisor千里眼顾问,侧重能效诊断的Building Advisor云能效顾问和侧重电能质量的Power Advisor电力顾问,这一系列专家顾问可以全天候监控设施运行状态,并针对设施内电气系统健康状况和资产性能提供深度的分析报告和洞察,有利于帮助用户采取更具预测性的维护方法,从而减少操作失误带来的风险,并将停机时间缩短30%-50%。此外,依托EcoXpert™合作伙伴计划,施耐德电气还能够帮助各类型的客户促进其系统和业务在整个生命周期内可持续发展。

5.故障定位与电力恢复

即便将上述所有措施落实到位,在很多情况下,还是很难彻底杜绝意外停机事故。因此一旦发生故障发生,需要尽可能地缩短故障持续时间并降低故障影响。施耐德电气推出的一系列数字化产品、工具和软件能够帮助现场设施团队自动关联整个系统的数据,并掌握故障扩散情况,彻底隔离故障源。此外,智能化保护继电器、脱扣器和附件(如辅助触点等)有助于更快地定位故障,确定发生跳闸的断路器及相关负载。用户可以通过智能终端应用程序了解事故发生的根本原因,并根据相应的分步指导信息,快速恢复电力供应。

在更加复杂、电力敏感性更高的“新电气化世界”,企业面临着意外停机、电气操作效率低下、设备故障频发等风险。这些风险有可能导致企业运营成本居高不下,甚至给企业造成重大财务损失。为此,施耐德电气正基于EcoStruxure架构与平台,不断为客户打造更加创新、适用的产品、技术和服务,形成更加完善的整体解决方案,从而全面提升电力可靠性和可用性,创造更大的价值。

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