浅谈智能配电能效平台与照明系统在地下污水处理厂中的应用

一、引言

随着互联网、芯片技术、通信传输的技术革新和成熟，智能照明已经广泛应用于居民生活和工业发展领域。传统的工业照明设计，常在门口附近设置集中控制箱，由控制箱内相应开关控制照明。当工厂面积较大，照明区域需求不同、负荷较大时，传统的开关箱就无法灵活控制现场照明。智能照明就是对传统照明进行技术改造，实现对现有照明设备的智能控制，符合绿色建筑要求。

1. 智能照明的意义

根据调查统计，不同类型的建筑照明负荷相差不大，平均为总负荷的10%~20％。针对目前大多数建筑物内灯具设备分布范围广，而控制端又过于集中的特点，传统的随手关灯已经不适宜目前照明控制的要求，一种新的“现场智能总控开关”系统应运而生。同时，系统还可以对用户使用习惯和照明设备工作中的实时数据进行智能分析，提高能源效率，降低系统运行和维护的成本，实现操作习惯和照明能耗高度和谐统一。

1. 工程概况

某建筑面积约为4万㎡的地下污水处理厂为主体工程一体化区域，全部为地下设施，整体共两层，设8个分区，分别为污水处理过程池，局部3层。

1. 预见效果

①出水区入口设计单控开关。当巡检或者操作人员进入出水区时，打开照明灯，进入下一区域时无法自动关闭当前区域照明，只能返回入口关灯，操作麻烦效率低下。

②在出入口设计双控灯具开关。设置照明双控开关可解决①的问题，较大程度上提高了操作便捷化，但是双控开关的设计需要增加回路数量，增加的线路造成施工和材料成本增加。

③照明节能。地下污水处理厂照明灯具较多，若没有电脑后台监控系统，人工无法巡视到位，无法保证每一个灯具的状态符合需求。当采用智能照明系统后，不仅可以自动检测到照明灯具的状态，还可以远程或者程序化启停照明，提高灯具的使用效率，达到节能效果。

④延长灯具寿命。智能照明系统利用自动控制技术进行程序化控制照明，程序化软件启动方式可以减少电流对电路和灯具的直接冲击，提高灯具使用年限。

⑤改善照明质量。与传统的灯具硬开关不同，智能照明系统可以通过控制面板根据现场需求调节照明亮度，不仅可以达到能源利用效率好，还可以减少灯具频闪现象。

⑥丰富照明效果。智能照明系统可以根据照明场景需求不同，按照不同时间、不同用途、不同效果设置不同的照明方案，实现多种照明效果。

⑦维护检修方便。智能照明控制系统根据照明需求编制方案，按照方案编写好照明程序，通过可更改的程序控制灯具照明。现场控制采用模块控制，人工控制为辅，灯具寿命的提高使现场检修维护频率低、操作便捷。

1. 设计原则

①电路安全可靠。智能照明系统控制总线和各种模块电压为24V，实现低压控制高压的安全控制方式。

②实现地下污水厂照明灵活控制。智能照明系统控制灵活多样，可以根据现场需求设置不同的控制方式，并且具有远程控制、定时控制、亮度调节、根据现场亮度自动调节等功能。

③降低建设和改造成本。污水厂照明布线按照常规方式直接接入配电箱，采用2根信号线与控制开关串联的方式实现控制功能。

1. AcrelEMS-SW智慧水务能效管理平台

1.平台概述

安科瑞电气具备从终端感知、边缘计算到能效管理平台的产品生态体系，AcrelEMS-SW智慧水务能效管理平台通过在污水厂源、网、荷、储、充的各个关键节点安装保护、监测、分析、治理装置，用于监测污水厂能耗总量和能耗强度，监测主要用能设备能效，保护污水厂运行安全可靠，提高污水厂能效，为污水处理的能效管理提供科学、精细的解决方案。

2.平台组成

AcrelEMS智慧水务综合能效管理系统由变电站综合自动化系统、电力监控及能效管理系统组成，涵盖了水务中压变配电系统、电气安全、应急电源、能源管理、照明控制、设备运维等，贯穿水务能源流的始终，帮助运维管理人员通过一套平台、一个APP实时了解水务配电系统运行状况，并且根据权限可以适用于水务后勤部门管理需要。

3.平台拓扑图

4.平台子系统

4.1变电站综合自动化系统及电力监控

对水务配电系统中35kV、10kV电压等级配置继电保护和弧光保护，实现遥测、遥信、遥控、遥调等功能，对异常情况及时预警。

监测变压器、水泵、鼓风机的电流、电压、有功/无功功率、功率因数、负荷率、温度、三相平衡、异常报警等数据。

4.2电能质量监测与治理

水务中大量的大功率电机、水泵变频启动导致配电系统中存在大量谐波，通过监测其配电系统的谐波畸变、电压波动、闪变和容忍度指标分析其电能质量，并配置对应的电能质量治理措施提高供电电能质量。

4.3电动机管理

马达监控实现水务中电机的保护、遥测、遥信、遥控功能，电动机保护器能对过载、短路、缺相、漏电等异常情况进行保护、监测和报警。准确地反映出故障状态、故障时间、故障地点、及相关信息，对电机进行健康诊断和预防性维护。同时支持与PLC、软启、变频器等配合，实现电动机自动或远程控制，监视、控制各个工艺设备,保障正常生产。

4.4能耗管理

为水务搭建计量体系，显示水务的能源流向和能源损耗，通过能源流向图帮助水务分析能源消耗去向，找出能源消耗异常区域。

将所有有关能源的参数集中在一个看板中，从多个维度对比分析，实现各个工艺环节的能耗对比，帮助领导掌控整个工厂的能源消耗，能源成本，标煤排放等的情况。

能耗数据统计采集水务中污水厂、自来水厂、水泵站等的用电、用水、燃气、冷热量消耗量，同环比对比分析，能耗总量和能耗强度计算，标煤计算和CO2排放统计趋势。

能效分析按三级计量架构，分别进行能效分析，契合能源管理体系要求，可对各车间/职能部门的能效水平进行分析，同比、环比、对标等。通过污水处理产量以及系统采集的能耗数据，在污水单耗中生成污水单耗趋势图，并进行同比和环比分析，同时将污水的单耗与行业/国家/国际先进指标对标，以便企业能够根据产品单耗情况来调整生产工艺，从而降低能耗。

4.5智能照明控制

系统为污水厂、自来水厂、水泵站等提供了照明控制管理方案，支持单控、区域控制、自动控制、感应控制、定时控制、场景控制、调光控制等多种控制方式，模块可根据经纬度自动识别日出日落时间实现自动控制功能，尽量利用自然光照，实现室内、厂区照明的智能控制达到安全、节能、舒适的目的。

4.6电气安全

（1）电气火灾监测

监测配电系统回路的漏电电流和线缆温度，实现对污水厂、自来水厂、水泵站的电气安全预警。

（2）消防应急照明和疏散指示

根据预先设置的应急预案快速启动疏散方案引导人员疏散。系统接入消防应急照明指示系统数据，通过平面图显示疏散指示灯具工作状态和异常情况。

（3）消防设备电源监测

监测消防设备的工作电源是否正常，保障在发生火灾时消防设备可以正常投入使用。

（4）防火门监控系统

防火门监控系统集中控制其各终端设备即防火门监控模块、电动闭门器、电磁释放器的工作状态，实时监测疏散通道防火门的开启、关闭及故障状态，显示终端设备开路、短路等故障信号。系统采用消防二总线将具有通信功能的监控模块相互连接起来，当终端设备发生短路、断路等故障时，防火门监控器能发出报警信号，能指示报警部位并保存报警信息，保障了电气安全的可靠性。

4.7环境监测

污水厂、自来水厂、水泵站等场所温湿度、烟雾、积水浸水、视频、UPS电池间可燃气体浓度展示和预警，保障污水厂、自来水厂、水泵站等安全运行。当可燃气体或有害气体浓度超标可自动启动排风风机或新风系统，排除隐患，保持良好的水处理环境。

4.8分布式光伏监测

实时监测低压并网柜每路的电流、电压、功率等电气参数及断路器开关状态，逆变器运行监视，对逆变器直流侧每一光伏组串的输入直流电压、直流电流、直流功率，逆变器交流电压、交流电流、频率、功率因数、当前发电功率、累计发电量进行监测，以曲线方式绘制上述监测的各个参量的历史数据。

平台结合厂区实际分布情况，通过3D或2.5D平面图显示分布式光伏组件在屋顶、车棚的分布情况，显示汇流箱、并网点位置，各个屋顶的装机容量。

4.9工艺仿真监控

平台通过2D、3D方式实时监视粗格栅、污水提升、细格栅、曝气沉砂、改良生化处理、二沉、加氯接触消毒、污泥浓缩压滤、生物除臭等工艺设备运行状态。在格栅清渣机、污水提升泵、回流泵、曝气风机、加药泵、浓缩压滤机、吸沙泵、吸泥泵等低压电动机控制柜或低压馈电柜安装电动机保护，进行短路、过流、过载、起动超时、断相、不平衡、低功率、接地/漏电、te保护、堵转、逆序、温度等保护以及外部故障连锁停机，与PLC、软启、变频器等配合，实现电动机自动或远程控制，监视、控制各个工艺设备,保障正常生产。

七、结语

在传统的照明方式下，大空间地下污水处理场因面积大、照明系统所需回路多、材料管线及施工成本高，无法对大面积照明灯具实现自动灵活管控。通过引入智能照明系统，不仅节省了施工和后续改造成本，同时智能照明系统的自适应、远程性实现了照明的智慧灵活控制，增加了厂区的照明的舒适度，有效提高了厂区的自动化、现代化和电能利用水平。

参考文献

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[5]安科瑞企业微电网设计应用手册.2020.06版.