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    提高設施電力可用性和可靠性的五大途徑

    電力作為唯一可以實現零碳排的二次能源,對于我國在2060年實現“碳中和”目標至關重要。此外,當綠色可持續成為全球各國關注的焦點話題,清潔電氣化在使用端的高比例應用,之于國家發展、企業經營、大眾生活等的正常維持,都將發揮重要作用,因而需要更好地保障電力可用性,避免因此而造成嚴重的安全事故或巨大的經濟損失。

    通常來說,由停機造成電力不可用而帶來的損失,在很大程度上取決于電力的不同應用場景。以數據中心行業為例,平均每起停機事件的成本超過74萬美元。在醫療行業,停機事件平均每分鐘損失成本8662美元,連續停機8小時帶來的成本損失可能高達410萬美元,這還不包括對病患人身安全造成的致命影響。

    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,才可以更好地激發配電系統在不同場景應用中的可持續活力。

    那么,什么是配電系統的電力可用性?

    與電力可靠性強調的“盡可能延長設施內電力的正常運行時間”不同,國際電工委員會(IEC)將可用性定義為“處于可執行規定功能狀態的能力”。簡單來說,可用性指正常運行時間。以數據中心的行業術語來說,可用性指“9的數量”。例如,99.999%的正常運行時間是“五個9”,意味著每年的停機時間僅約為5分鐘。

    那么造成這些電力中斷事故的原因是什么呢?導致斷電等事故發生,進而影響電力可用性的原因眾多,其中部分是由于頻發惡劣天氣導致主電網電力中斷所引起,另一方面則源自用電場景內部的配電基礎設施帶來的問題,例如配電基礎設施的可靠性,以及配電系統在遭遇停機事件后的恢復速度等。

    如今,隨著碳中和目標的推動,越來越多清潔能源并網導致電力來源日趨分散化,部署于電氣網絡的海量電力敏感型設備、元器件也正在“復雜化”電氣網絡,導致電力質量和可用性,更增添了“敏感”屬性。而作為既連接電力供給側,又連接電力消費側的配電系統,如果其設計、保護、監控和維護存在問題,會給人們生產生活所依賴的電力可用性埋下隱患。

    因此,如何從提高電力可用性的角度出發,以系統全周期視角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。

    通過5種途徑,在全生命周期提升電力可用性

    1.預制化設計

    在配電領域,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。而預制中低壓配電系統則依托上述思路,并已通過特定應用領域的驗證。

    預制化中低壓配電系統中包含核心電力系統設計方案,以及適用于電力管理的數字化智能。為了進一步增強系統韌性,設計中還可以納入備用電源和電力調節裝置,如發電機、不間斷電源、自動轉換開關、諧波濾波等。此外,設計還應符合當地法規及國際標準,并針對安全性進行優化,避免造成人身傷害和設備損壞。

    預制中低壓配電系統可以大大簡化從設計到建設的過程,降低系統構建和操作的總體風險與成本。同時,專業配電設計軟件還能夠結合當前和未來的所有預期運行條件和環境條件,針對特定應用領域優化配電系統的各個方面,從而有助于配電系統更好地滿足未來發展需求。

    去年,施耐德電氣發布了新一代預制低壓成套設備,包括BlokSeT、Okken、PrismaSeT 系列,可實現標準網關、無線連接、測溫等多種功能的預制化搭載,打造出廠即自帶數字化基因的新型智能成套設備,不但能幫助設計院、盤廠等合作伙伴及最終用戶以更低投入且“輕量化”的方式享有數字化體驗,而且結合多款數字化軟件,還能隨時監測設備運行狀態,并能夠實現現場及云端的高效管理,從而全面優化配電資產從設計、建造到部署、營維的全生命周期數字化管理,提高用電可靠性,提升供配電系統的運維效率。

    2.智能化斷路器

    通過應用最新的斷路器技術,能夠在維持設施正常運行的同時,保護人員和設備的安全。當配電系統中某一點發生故障時,整個設施的電力可用性有可能因此受到影響。為此,應用具有選擇性配合和級聯技術功能的斷路器,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,由此可以快速隔離故障部分,保障僅位于故障部分上游的斷路器發生跳閘,而配電網絡的其余部分不受影響。

    結合對配電的專業化設計,用戶可以選擇更具適用性的斷路器尺寸及組合方式,以便增強配電網絡所有部分的“全面”選擇性配合能力。

    除此之外,智能化斷路器還具有易維護、可拆卸、可插拔功能,更易于管理,同時還支持嵌入式計量功能,可與電力監控系統配合,及時發現配電系統中可能存在的潛在隱患。

    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。完整的產品線不但質量卓越,還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全面選擇性和級聯技術的基礎。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。

    3.電能管理系統

    為了防止運行中的配電系統受潛在可靠性隱患的影響,更多數字化技術的應用正成為“剛需”,全面數字化的電氣系統能夠更好地承受電力干擾,抵御停機事件的發生。數字化的電能管理系統能夠從互聯互通的設備中獲取數據,作用好比電氣系統中的顯微鏡,可持續監控系統性能和與系統相連的資產。當檢測到意外情形時,管理系統會向工作人員發出警報通知,以便他們能夠立即找到問題所在,并采取措施防止出現危急情況。

    互聯互通的電力網絡中包含多種智能化、互聯互通的先進儀表,可快速揭示電能質量問題(如高諧波或電壓驟降等)或其他類型故障,而診斷工具有助于設施團隊快速確定問題的根本原因,預防停電事件發生。

    此外,數字化的解決方案中還應納入無線溫度傳感器,有助于盡早檢測到導體及連接點位置的異常溫升。無線溫度傳感器還有助于降低火災和故障風險(以及縮短相關停機時間),同時節約紅外(IR)測試的時間和成本。同時,包括監測斷路器健康和老化的創新功能如今也已得到了應用,結合高級分析工具,還可實現主動式維護,避免發生因性能下降導致故障發生,并延長斷路器壽命。這些新的能力可以在降低運行成本的同時,保障電力的全天候高度可用性。

    4.預測性維護專家服務

    如果用戶缺乏必要的現場設施運維管理技術支持或專業知識,那么基于云技術的電力管理專家級應用將發揮重要的作用,這種“數字化服務”可以幫助用戶降低配電系統管理工作的復雜性和所需的時間,同時提高電能質量、可靠性和可用性。

    施耐德電氣能夠提供包括側重資產健康診斷的Asset Advisor千里眼顧問,側重能效診斷的Building Advisor云能效顧問和側重電能質量的Power Advisor電力顧問,這一系列專家顧問可以全天候監控設施運行狀態,并針對設施內電氣系統健康狀況和資產性能提供深度的分析報告和洞察,有利于幫助用戶采取更具預測性的維護方法,從而減少操作失誤帶來的風險,并將停機時間縮短30%-50%。此外,依托EcoXpert?合作伙伴計劃,施耐德電氣還能夠幫助各類型的客戶促進其系統和業務在整個生命周期內可持續發展。

    5.故障定位與電力恢復

    即便將上述所有措施落實到位,在很多情況下,還是很難徹底杜絕意外停機事故。因此一旦發生故障發生,需要盡可能地縮短故障持續時間并降低故障影響。施耐德電氣推出的一系列數字化產品、工具和軟件能夠幫助現場設施團隊自動關聯整個系統的數據,并掌握故障擴散情況,徹底隔離故障源。此外,智能化保護繼電器、脫扣器和附件(如輔助觸點等)有助于更快地定位故障,確定發生跳閘的斷路器及相關負載。用戶可以通過智能終端應用程序了解事故發生的根本原因,并根據相應的分步指導信息,快速恢復電力供應。

    在更加復雜、電力敏感性更高的“新電氣化世界”,企業面臨著意外停機、電氣操作效率低下、設備故障頻發等風險。這些風險有可能導致企業運營成本居高不下,甚至給企業造成重大財務損失。為此,施耐德電氣正基于EcoStruxure架構與平臺,不斷為客戶打造更加創新、適用的產品、技術和服務,形成更加完善的整體解決方案,從而全面提升電力可靠性和可用性,創造更大的價值。


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