長興科技二期廠房電能管理系統(tǒng)的設計與應用

徐霜
安科瑞電氣股份有限公司，上海 嘉定 201906；

摘要：介紹長興科技二期廠房，采用智能電力儀表、采集配電現(xiàn)場的各種電參量、開關信號。系統(tǒng)采用現(xiàn)場就地組網(wǎng)的方式，組網(wǎng)后通過現(xiàn)場總線通訊并遠傳至后臺，通過Acrel-3000型電能管理系統(tǒng)實現(xiàn)樓層及配電房回路用電的實時監(jiān)控和管理。

關鍵詞：智能電力儀表;Acrel-3000;電能管理系統(tǒng);


0概述

  長興科技（二期）廠房項目是由長興科技（上海）有限公司投資，該項目位于上海市徐匯區(qū)宜山路1397號，項目建設用地面積為47218平方米，包括一棟15層研發(fā)辦公室和一棟4層輔助辦公室，地下一層為停車場提供約100個停車位。
本項目為一棟15層寫字樓和一棟4層寫字樓，現(xiàn)場主要監(jiān)測點位為樓層配電箱內(nèi)公共區(qū)域的面板式智能儀表和各辦公室的導軌式IC卡預付費電表?，F(xiàn)場配電房電力監(jiān)控系統(tǒng)由第三方廠家完成接入電能管理系統(tǒng)。
1需求分析
  為保證生產(chǎn)管理用電負荷的統(tǒng)計與分析及對危險源實時監(jiān)控。需要對項目現(xiàn)場的樓層配電箱等電氣設備進行電壓、電流、功率等參數(shù)進行實時在線監(jiān)控。一旦監(jiān)控點被監(jiān)視參數(shù)異常，能夠及時檢測報警，有關人員采取必要的措施，避免安全事故的發(fā)生。自動抄表功能節(jié)省了人力物力，功率趨勢曲線功能能夠直觀的顯示各回路的工作狀態(tài)與時間，方便用戶找出非正常用電回路并且及時進行整改，建立電能多級計量體系提供用能分析依據(jù)。
  本技術條件適用于長興科技二期廠房的回路進出線回路。供方產(chǎn)品應具有高安全性與可靠性、易于擴展、便于維修與維護。供方提供的產(chǎn)品應至少滿足本技術條件，但不于此，其技術性能應滿足對樓層配電箱數(shù)據(jù)監(jiān)控的要求。
數(shù)據(jù)采集
  自動采集現(xiàn)場所有電量儀表的模擬量數(shù)據(jù)，自動采集現(xiàn)場開關狀態(tài)以及故障狀態(tài)等開關量數(shù)據(jù)。
  支持實時采集、自動周期采集（定時采集）可配置周期（1分鐘～24小時）。
  支持數(shù)據(jù)傳輸正確性檢驗，異常數(shù)據(jù)自動處理。
  支持多線程處理機制，提高數(shù)據(jù)采集效率，能同時對多個設備進行數(shù)據(jù)采集。
  數(shù)據(jù)實時顯示采用配電箱主接線圖直觀顯示模式，各回路開關斷合以及故障狀態(tài)直觀可見。
 數(shù)據(jù)分析與處理
  數(shù)據(jù)的綜合統(tǒng)計、分析需要實現(xiàn)以下功能：
  各設備用電數(shù)據(jù)小時、日、月、年等時間段內(nèi)的統(tǒng)計、計算。
  各設備的用電負荷（有功、無功）大、小、平均值計算。
  統(tǒng)計各分站及整體的用電量（有功、無功）。
數(shù)據(jù)查詢與展示
  要求能方便實現(xiàn)客戶端查詢和各級管理人員的查詢，查詢界面能適應各級管理人員的要求能夠支持靈活的條件組合查詢和對比分析，各類統(tǒng)計分析的數(shù)據(jù)可靈活采用報表等多種圖表方式直觀的展示功能。
  數(shù)據(jù)展示功能按照不同用戶的不同的權限，分為操作層、管理層、決策層三層用能展示。
  操作層具備用能分析、累計用量、實時監(jiān)測、運行記錄及比例、對比、對標分析等功能。
  管理層具備用能數(shù)據(jù)統(tǒng)計和分析、分類分項的對比、對標分析等功能。
  決策層具備用能數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)刪除、數(shù)據(jù)庫導入/導出等功能。
權限管理
  要求對不同用戶賦予不同角色的權限，能授權到功能子菜單、具體檔案記錄、數(shù)據(jù)記錄等。
  系統(tǒng)要求具備合理完善的用戶安全控制機制，能使應用環(huán)境中的信息資源得到有效地保護，防止信息的丟失、失竊和破壞。
節(jié)能改造及效果評估
  要求為生產(chǎn)節(jié)能改造提供數(shù)據(jù)支撐，并能提供節(jié)能改造前后的效果評估。
參數(shù)設置
  可通過采集柜設置各回路互感器變比，各種電流電壓保護整定值。
  故障判斷與報警具有故障自動判斷并采用聲光方式報警功能。報警類型包括開關故障，電壓、電流超限，現(xiàn)場采集模塊通訊故障，與監(jiān)控系統(tǒng)通訊故障等。報警時間自動記入系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，方便用戶查詢，工作人員可隨時掌握變配電站實時運行狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)變配電運行故障并作出相應處理，提高變配電的管理效率，提升電力系統(tǒng)安全性、可靠性。

2  系統(tǒng)方案
  安科瑞Acrel-3000系統(tǒng)根據(jù)長興科技二期廠房的現(xiàn)場實際情況，整體網(wǎng)絡結構采用屏蔽雙絞線直接接至監(jiān)控室的對應的數(shù)據(jù)采集器然后通過網(wǎng)線直接接至監(jiān)控主機，保障了電能管理監(jiān)控系統(tǒng)傳輸?shù)姆€(wěn)定性與實時性。如下圖所示：站控管理層、網(wǎng)絡通訊層和現(xiàn)場設備層。

  現(xiàn)場共計255只多功能儀表分為12條RS485總線接至配電房的監(jiān)控工控機，實現(xiàn)總線上儀表與監(jiān)控主機的數(shù)據(jù)連通。
1）站控管理層
  站控管理層針對電力監(jiān)控系統(tǒng)的管理人員，是人機交互的直接窗口。在長興科技二期廠房中主要指置于配電房的監(jiān)控主機。
2）網(wǎng)絡通訊層
   通訊層主要是由監(jiān)控工控機的通訊串口、以太網(wǎng)設備及總線網(wǎng)絡組成。串口主要功能是監(jiān)測現(xiàn)場智能儀表；以太網(wǎng)設備及總線網(wǎng)絡的主要功能是實現(xiàn)分站與主站之間的數(shù)據(jù)交互，使配電系統(tǒng)管理集中化、信息化、智能化，大提高了配電系統(tǒng)的安全性、可靠性和穩(wěn)定性，真正達到了無人值守的目的。
3）現(xiàn)場設備層
  現(xiàn)場設備層是數(shù)據(jù)采集終端，主要由智能儀表組成，智能儀表通過屏蔽雙絞線RS485接口，采用MODBUS通訊協(xié)議總線型連接接入通訊服務器，經(jīng)通訊服務器到達該配電間監(jiān)控主機進行組網(wǎng)，實現(xiàn)遠程控制。
智能儀表現(xiàn)場連接示意
  現(xiàn)場儀表以手拉手方式通過屏蔽雙絞線(RVSP2*1.0)進行通訊連接，每根總線連接智能儀表數(shù)量在20只左右，不同種類的智能裝置連接在不同的總線上，然后將數(shù)據(jù)上傳至串口服務器，進而將數(shù)據(jù)上傳至當?shù)乇O(jiān)控終端。具體連接示意圖如下所示：

3  系統(tǒng)功能
  現(xiàn)場實時監(jiān)控系統(tǒng)圖為主監(jiān)控畫面，主要實時監(jiān)測變電所所有回路的運行狀態(tài)，紅色代表合閘，綠色代表分閘。在系統(tǒng)圖中可以直觀的看到每路進線和出線的運行參數(shù)和狀態(tài)，可以看到變壓器出線側的所有常規(guī)電力參數(shù)，如：三相電壓、電流、有功功率、無功功率、功率因數(shù)、頻率、有功電度等。如下圖所示：

系統(tǒng)一次圖
 

  遙信和遙測報警功能，主要完成對低壓各出線回路的開關運行狀態(tài)和負載進線監(jiān)控，對開關變位和負載越限彈出報警界面指示具體的報警位置并聲音報警，提醒值班人員及時處理。負載越限值在相應權限下可自由設置。具備歷史查詢功能，如下圖所示：

 報警功能歷史查詢
 

  事件告警記錄功能，主要完成對查詢時間段內(nèi)出現(xiàn)的報警信息事件記錄以及發(fā)生時間，為值班人員提供依據(jù)并且分析事故發(fā)生的原因，如下圖所示：

  參數(shù)抄表功能，主要對低壓各出線回路的電參數(shù)進線查詢。支持任意時刻電參數(shù)查詢，具備數(shù)據(jù)導出和報表打印等功能。該報表查詢一科大廈樓層配電箱進出線各低壓回路的電參數(shù)，主要包括：三相電流、有功功率和有功電度。該報表各回路名稱和數(shù)據(jù)庫關聯(lián)，方便用戶修改回路名稱。如下圖所示

  電參數(shù)抄表
 

  用電量報表功能，可選擇時間段進行查詢，支持任意時間段電度累計查詢，具備數(shù)據(jù)導出和報表打印等功能。為值班人員提供了可靠的電能報表。該報表各回路名稱和數(shù)據(jù)庫關聯(lián)，方便用戶修改回路名稱。如下圖所示，顯示辦公樓實驗樓配電回路的用電量，用戶可以直接打印報表，可以以EXCEL格式另存到其他位置。 如下圖所示：

電能報表
 

  系統(tǒng)通訊結構示意圖，主要顯示系統(tǒng)的組網(wǎng)結構，系統(tǒng)采用分層分布式結構，同時監(jiān)測間隔層設備的通信狀態(tài)。紅色表示通訊正常，綠色表示通訊故障。下圖為變電所通訊狀態(tài)示意圖。

通訊結構示意圖
 

  負荷趨勢曲線界面中可直觀的查看回路的負荷運行情況。查看實時和歷史趨勢曲線，點擊畫面相應按鈕或菜單項可以完成相應功能的切換；幫助用戶進線趨勢分析和故障追憶，具備曲線打印功能。為分析整個系統(tǒng)的運行狀況提供了直觀而方便的軟件支持。如下圖所示：

趨勢曲線圖
 

4  結束語
  在當今配電設施的應用中，工業(yè)項目的配電安全性至關重要，本文介紹的Acrel-3000電能管理系統(tǒng)在長興科技二期廠房的應用，可以實現(xiàn)對配電房供配電回路用電的實時監(jiān)控，不僅能顯示回路用電狀況，還具有網(wǎng)絡通訊功能，可以與串口服務器、計算機等組成電能管理系統(tǒng)。系統(tǒng)實現(xiàn)對采集數(shù)據(jù)的分析、處理，實時顯示配電房內(nèi)各配電回路的運行狀態(tài)，對負載越限具有彈出報警對話框、語音提示，并生成各種電能報表、分析曲線、圖形等，便于電能的遠程抄表以及分析、研究，該系統(tǒng)運行安全、可靠、穩(wěn)定，為工業(yè)項目解決用電問題提供了安全可靠的依據(jù)，取得了較好的企業(yè)效益。

參考文獻：
[1]《電力電測數(shù)字儀表原理與應用指南》， 任致程、周中，中國電力出版社
[2]《電力監(jiān)控系統(tǒng)在供配電設計中的應用》，高士宏，科技風
[3]《電力監(jiān)控運用于10kv供配電設計》，姚強，科技天地