綠色醫院變配電智能運維系統

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

關鍵詞:變配電系統、智能化運維平臺、精細化管理、綠色醫院后勤

1第一人民醫院高新院區配電系統結構

連云港市第一人民醫院高新院區醫院總建筑面積30萬平方米。變、配電結構設置為1座20kV 開閉所、4座20k變電所。

2運維現狀及潛在隱患

2.1.1 運維現狀

傳統的變電站運維基本設置為在高壓側各斷路器配設有微機保護裝置，集中監測20kV高壓側各電氣信號；但未對變壓器狀態及0.4kV低壓側各回路電氣量實行集中監測。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小時運行維護和數據記錄。

2.1.2 潛在隱患及問題

（1）配電運維人員素質參差不齊，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測功能，重要回路發生跳閘故障未能及時發現，運維人員在故障發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，如發生突發情況也將面臨較大的維護挑戰。

（3）對電氣設備老化缺乏預見性，無法實現狀態預警，易突發故障造成重大損失。

由于電氣設備的損耗往往是隱性的，現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據監測，分析用電合理性，從而調整用電方式，降低用電成本。

3變、配電室智能運維概念

3.1  數字化智能運維平臺介紹

配電智能運維是將云計算、物聯網、大數據技術與配電室運維、用電服務相結合的創新型用電運維方式。

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

在此基礎上，智能運維特有的電務大數據平臺、能效管理平臺、資產管理系統和專家診斷系統等輔助支撐系統，可為配電室的安全運行、故障診斷、狀態預警和能效改善提供智能分析與精確指導，方便醫院更安全、可靠、便宜用電。

4智能運維平臺的搭建

以第一人民醫院高新院區建設方案為例，規劃監控內容，為運維操作提供更好地操作平臺。

4.1智能運維監測范圍及內容

配電室配電監測、內容如下：

（1）20kV高壓側：

監測：20kV所有開關柜母線的相電流、有功功率、無功功率、功率因數、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、變壓器報警信號狀態。

（3）0.4kV低壓側： 

監測：低壓進線開關三相電壓、電流、功率、無功功率、功率因數、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、電容器投切狀態。

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

數字化平臺提供了良好的參考界面，能夠及時配合現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。線上線下的工作內容如下：

4.3運維平臺的系統設計結構

結合人民醫院的電力系統結構，規劃的平臺將由遠程監控系統由監控中心和配電室兩部分組成，系統結構框圖如圖1所示。

圖1 監控系統結構框圖

配電室配置通過優化設計采用以下結構，由底層監測設備、電力綜合測控終端、非電量綜合監測終端、聯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  系統需實現的功能

4.4.1 實時數據采集

采集配電室的遙測、遙信數據。包括：

表1  配電室20kV電壓等級采集數據表

表2  配電室0.4kV電壓等級采集數據表

4.4.2 實時數據處理

經過處理的數據成為配電管理系統各種應用功能的基礎，在確保數據處理可靠的同時，既能抓住電網突發的瞬變，又不能讓壞信息干擾其它應用功能的判斷。

表3 20kV電壓等級數據處理

表4  配電室0.4kV電壓等級數據處理

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據和以不同的顏色表示設備的運行狀態。

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據庫。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，歷史數據查詢、顯示等。根據選擇的設備及輸入的日期，可以查詢歷史數據形成報表、曲線等直觀形式；根據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律，進而找到節能降耗的方法，降低用電成本。

圖4 能效監測界面

4.4.8   三相不平衡監測

三相不平衡是配網普遍存在的問題，也是配網電能浪費的主要原因。平臺提供三相不平衡監測，通過對三相不平衡的監測，可以發現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，達到節能的目的。

圖5 三相不平衡監測畫面

4.4.9設備壽命監控

開關的分合次數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及電容器投入時間進行統計，可提前預警其壽命的終結，可避免因設備自身損壞導致更大的電氣事故。

4.4.10與其它系統接口

系統提供界面配置數據庫接口，提供界面配置遠程瀏覽接口，可同時增加/修改/刪除接口數據庫用戶、密碼、訪問內容、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，順應智能物業的發展趨勢。

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

（2）智能診斷設備狀態，提升用電可靠性，防患于未然。

通過對各電氣設備的數據采集及大數據分析系統，對電氣設備的各電氣參數進行實時診斷，根據各電氣參數的正常值與實際值的對比及運行時間等參數進行修正計算，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，優化人員配置，降低人工成本。

通過配電室智能運維系統，將多座變/配電室各電氣設備的數據進行集中監控，對片區內所有物業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電工配置數量，優化人員分工。

（4）基于能效分析合理調整用電方式，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測，可動態分析重點用電回路的能效情況，便于采取節能措施，降低能耗成本。

（5）為即將到來的售電交易鋪路架橋，最終實現便宜購電。 

未來2-3年內，售電交易將向一般工商業用戶最終開放（山西省在2017年已實現有條件放開）。基于實時用電監測，可為商業項目提供精準的用電負荷預測，有力支撐商業項目參與售電交易，實現更加市場化、更加便宜地購電。

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本文作者：連云港市第一人民醫院（楊晨暉）