实验室电能管理&智慧安全用电系统解决方案
一、政策背景
近年来，国家出台了一系列政策推动绿色低碳发展和校园建设，包括：
- 2021年10月24日，中共中央、国务院印发的《关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》。
- 2022年10月26日，教育部关于印发《绿色低碳发展国民教育体系建设实施方案》的通知。
- 2022年8月，科技部、国家发展改革委、工业和信息化部等9部门印发《科技支撑碳达峰碳中和实施方案（2022—2030年）》。
- 2021年12月28日国务院关于印发《“十四五”节能减排综合工作方案的通知》。
- 2017年国务院安全生产委员会下发了《关于开展电气火灾综合治理工作的通知》。
- 2017年6月26日国务院教育部办公厅发布了《关于开展教育系统电气火灾综合治理自查检查的通知》。
二、项目背景
随着我国经济的快速发展，能源消耗不断增加，特别是实验室作为电能消耗大户之一，实现实验室电气节能，是建设节约型社会，实现科学发展观，促进我国经济与社会可持续发展的重要举措。实验室用电管理存在诸多问题，如供电线路老化、易燃易爆化学原料、人为疏忽管理不当、实验材料保管不当等，容易引发火灾事故。
三、实验室用电管理现状
- 用电需求日益增长：实验室精密仪器设备多、易燃易爆物品多、用电设备多，用电环境复杂，用能需求也相应攀升。
- 节能队伍建设薄弱：实验室节能降耗工作基本由后勤保障，缺乏专业技术和专业培训。
- 用电安全监管不够：部分实验室存在供电和用电设备老化严重，易出现漏电、短路、过载等安全隐患。
- 节能意识有待提高：实验室能源利用率存在浪费现象，“人走灯熄，随手关水”等节能习惯尚未养成。
- 管理模式亟待优化：实验室普遍采用手动开关管理为主，人工成本投入大，需定期定时巡检，形成管理漏洞。
四、建设方案
4.1 实验室用电管理痛点
- 能源消耗浪费严重：用电体量大，设备管理不合理导致用能浪费严重，缺乏能源管理平台和能效考核指标。
- 人工排查、事后处置：运维管理主要采用人力巡查为主的方式，容易存在检查疏忽、遗漏，对潜在的安全隐患不能第一时间发现。
- 用电管理手段缺乏：能耗管理手段缺乏，智能化管理程度不够，能源管理缺乏后端数据分析，对潜在的风险预判不足。
- 违规用电、保护能力弱：存在因线路老化、用电设备老化、用电设备功率过大导致的各种电气故障，用电隐患大，容易引起电气火灾。
4.2 建设目标
系统建设以保障电气的安全使用和能耗节能为总体目标，依托大数据、物联网等智能化技术，实现全方位对实验室内所有用电回路的实时数据监测和分析，有效监控实验室内所有用电设备能耗实际情况和发现用电是否存在安全隐患，全面提升实验室内能耗管理和安全用电管理水平。
4.3 详细设计
系统架构
本系统的建设主要采用实验室内网的分布式结构部署，主要包含三层：
- 数据采集层：包括物联网智能断路器、数据网关、电源模块、智慧安全用电管理系统等，部署在实验室区域。
- 传输层：为数据采集层提供网络传输通道，主要是以太网为主链路，结合实际环境可搭配无线手段来实现数据的上传。
- 平台层：采用BS架构Web浏览访问模式，主要包括服务器、平台软件等。
系统实施
系统整体实施方法，针对实验室的配电系统采用物联网智能断路器，安装数据网关（4G、RJ5，可依据实际情况组合选择），平台端主要部署管理服务器、PC客户端、网络交机（依据实际需要）以及智慧用电平台管理软件的部署。整体系统改造不涉及原有供电线的结构改变，不影响和破坏原有配电设施，项目施工简单方便快捷，施工难度小，对实验室总体环境影响非常小。
五、应用价值
5.1 设备智能控制
- 定时控制：根据工作安排预先设置空调、灯光、仪器设备、风机等设备开启、关闭时间，通过定时控制手段，在下班时间实验室无需使用时断电，避免出现无人情况下的开机等情况，有效节电。
- 实时计量：实时监测实验室空调、灯光、仪器设备、风机等设备运行情况及用电量实时监测，根据智能化对比统计和分析，可以实时了解能耗情况，生成报表，为科学调控节能环保、减少能耗成本等提供数据支撑。
- 实时监测：实时监测线路电流、电压、温度、功率、功率因素、三相不平衡、缺相，不间断监测线路，自动生成数据报表，了解用电线路及用电设备的健康状况，最大程度保障用户电路安全。
- 故障预警及报警：实时监测线路温度，当线路温度过高时会实时预警和断电保护报警，当因电气故障引起的电火花、强电弧隐患时会实时预警和断电保护报警。还具备短路保护报警、漏电保护报警、过载保护报警、过欠压保护报警、缺相保护报警、三相不平衡保护报警、外部联动报警等异常报警功能。
5.2 强电远程监控
可在平台或手机APP上总览所有实验室的用能设备运行状态，根据管控要求，通过实验室智慧用电管理系统远程对设备进行一键集中式管控，也可从空间维度进行设备远程操作或从设备维度对某一类设备进行一键式开启/关闭。平台实时显示设备在线状态是否符合节能策略的控制，并远程实时处理或定时控制，实现对用能设备的通断电控制，提高安全性和控制精细度。
5.3 设备智慧运维
智慧用电管理管理平台，满足实验室管理人员对设备进行智能控制的需求。可实现所有接入系统的用电设备管理、运维，设备不仅本地、远程透明化管理，可实现所有接入的用电设备的工作状态、工作性能运行问题做到实时监控、实时反馈、实时统计，真正实现了主动化服务和专业化预警服务。
5.4 能耗统计分析
- 能耗数据采集：定时管控，设置定时场景策略，远程终端控制。
- 节能服务：洞悉能耗结构，定制数据化节能改造方案。
- 安全管理：故障预警，快速定位，实时报警断电，提高用电安全性。
- 数据分析：年、月、日多时间跨度用能统计，导出报表、用能排名对比、能耗同比和环比报表。
六、经济价值
- 提升实验室能耗管理水平：通过建立实验室综合能耗管理平台，解决当前学校如：空调、风机等大功率用电设备能源浪费问题，利用物联网、传感技术对用电设备远程管控，实现权限范围内的自动化控制，科学调控，提高实验室能耗管理水平。
- 助力实验室节能数字化转型：通过数据可视化的方式，用数据图表直观呈现，对用能数据进行分析诊断，实现系统设置，能耗历史数据查询，监督实验室整体用能情况，随时调取用能数据的日报、周报、年报，并依据数据做出能耗优化相关决策，为用能预测提供数据支撑，进一步挖掘节能空间，构建互联互通、节能低碳安全高效、可持续的绿色智慧实验室新形态。
- 落实建设安全实验室目标：针对实验室重点区域，对用电设备智能运维能有效降低用电设备的故障率、减少人工管理成本，减少安全事故的发生，为建设安全实验室提供数据趋势分析和科学研判以辅助决策，保证实验室设施安全稳定的运行，落实建设安全实验室的目标。
七、效益分析
- 消除电气火灾：有效监测这些电气火灾因素（电流、电压、剩余电流、温度）。
- 节约人工成本：实现无人值班，在规避违规的同时至少节省50%以上的人员成本。
- 降低能耗：实时记录用电量、分时段记录用电量，了解各时段的用电情况。
- 提升响应效率：由以前人工通报到查找原因的20分钟，缩减到10秒。
- 缩短应急抢修时间：由以前的3个小时以上，缩减到1小时以内（时刻待命）。
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