師晴晴

江蘇安科瑞電器制造有限公司 江蘇江陰 214405

摘要：本文介紹了基于Acrel-3000電力監(jiān)控電能管理系統(tǒng)及網(wǎng)絡(luò)多功能儀表，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一套分散采集集中管理的自動(dòng)化配電系統(tǒng)。通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，對(duì)變配電設(shè)備實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程精細(xì)、實(shí)時(shí)監(jiān)控，避免人工采集數(shù)據(jù)的偏差，提高了供電質(zhì)量和管理水平，具有簡(jiǎn)明實(shí)用、投資少等優(yōu)點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：電力監(jiān)控軟件；網(wǎng)絡(luò)電力儀表；配電自動(dòng)化監(jiān)測(cè)；應(yīng)用

0   引言
    配電自動(dòng)化，是一項(xiàng)集計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)、控制技術(shù)、現(xiàn)代化設(shè)備及管理于一體的綜合信息管理系統(tǒng)。其目的是提高供電可靠性，電能質(zhì)量，向用戶提供服務(wù)，降低運(yùn)行費(fèi)用，減輕運(yùn)行人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。

    隨著電力網(wǎng)絡(luò)的不斷發(fā)展，用電負(fù)荷的持續(xù)增長，各種新型負(fù)載不斷涌現(xiàn)，用戶更加關(guān)注電能質(zhì)量問題，同時(shí)也對(duì)電能質(zhì)量提出了更加嚴(yán)格的要求。用戶需要更加有效的電力監(jiān)控管理解決方案來應(yīng)對(duì)上述變化帶來的挑戰(zhàn)，以實(shí)現(xiàn)配電系統(tǒng)持續(xù)可靠、低耗的運(yùn)行。

    本文以新宏博通訊科技有限公司電力監(jiān)控系統(tǒng)為例子，簡(jiǎn)單介紹變電站的配電自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

1   項(xiàng)目簡(jiǎn)介

    蘇州工業(yè)園區(qū)新宏博通訊科技有限公司（以下簡(jiǎn)稱新宏博）是一家中外合資企業(yè)，由（中資）蘇州工業(yè)園區(qū)新宏博通訊科技有限公司與（港資）香港潤宏實(shí)業(yè)有限公司投資1200萬成立的合資公司——公司座落在蘇州工業(yè)園區(qū)（三區(qū)）蘇勝東路勝港街88號(hào)，占地14000平方米，總建筑面積為12767平方米，已建成綜合辦公樓與一期生產(chǎn)車間4000平方米。公司從事通訊行業(yè)防范產(chǎn)品研制開發(fā)、生產(chǎn)制造和市場(chǎng)銷售為一體的綜合型企業(yè)。由于新宏博工廠用電量比較大，并且為響應(yīng)國務(wù)院制定的一系列節(jié)能減排的政策措施，更好的對(duì)配電系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控管理。因此建立了后臺(tái)電力監(jiān)控與電能管理系統(tǒng)，對(duì)配電進(jìn)行智能化管理。

    變配電系統(tǒng)主要由工廠一樓配電柜和倉庫配電柜進(jìn)行變配電管理，工廠一樓配電柜提供整個(gè)新宏博生產(chǎn)所需電力，倉庫配電柜提供新宏博全部辦公及后勤用電。進(jìn)線由外邊開閉所引來，并且監(jiān)控值班室設(shè)置在主樓的三樓監(jiān)控室。因此，為實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)新宏博公司電力系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控及對(duì)各區(qū)用電的電能管理，在值班室設(shè)立了監(jiān)控中心，基于ACREL-3000的電力監(jiān)控與電能管理系統(tǒng)后臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)配電系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控與電能管理。現(xiàn)場(chǎng)共計(jì)一個(gè)進(jìn)線回路，21個(gè)出線回路。其中進(jìn)線回路配置安科瑞的ACR330ELH，實(shí)現(xiàn)對(duì)該回路的主要電參量的測(cè)量，其中包括三相電壓、三相電流、有功功率、無功功率、有功電度、無功電度、頻率、功率因數(shù)、電能的峰平谷電能、電流的2-31次諧波以及斷路器分合狀態(tài)信號(hào)等。配電柜出線回路，配置ACR220E電力儀表，ACR220E多功能電表，為嵌入式安裝，可安裝在動(dòng)力箱或低壓出線柜門板上，面板尺寸為80mm×80mm，規(guī)格為220/380V、，電流經(jīng)互感器接入，精度0.5級(jí)，廣泛應(yīng)用于高、低壓進(jìn)線柜、聯(lián)絡(luò)柜、出線柜、動(dòng)力柜等場(chǎng)合，帶RS485接口，Modbus通訊協(xié)議，詳細(xì)配置清單如表一所示： 

表1：

2  用戶需求

    由于本企業(yè)用電量較大，為了響應(yīng)國務(wù)院制定的一系列節(jié)能減排的政策措施，更好的對(duì)配電系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控管理，需配置一套電力監(jiān)控及電能管理系統(tǒng)，完成對(duì)整個(gè)企業(yè)主要回路用電狀況的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并能通過歷史數(shù)據(jù)對(duì)企業(yè)內(nèi)部各部門用電情況進(jìn)行分析，以提出有效的節(jié)能整改方案及措施。

3   設(shè)計(jì)方案

3.1 設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

    GB2887-2000            《計(jì)算站場(chǎng)地技術(shù)要求》

    GB/T13729-2002         《遠(yuǎn)動(dòng)終端通用技術(shù)條件》

    DL478-2001             《靜態(tài)繼電保護(hù)及自動(dòng)裝置通用技術(shù)條件》

    DL/T400-2010           《繼電器和自動(dòng)裝置技術(shù)規(guī)程》

    DL/T 814-2002          《配電自動(dòng)化系統(tǒng)功能規(guī)范》

    DL/T634-2002           《遠(yuǎn)動(dòng)設(shè)備和系統(tǒng)傳輸規(guī)約基本遠(yuǎn)動(dòng)任務(wù)配套標(biāo)準(zhǔn)》

    DL/T721-2000           《配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)遠(yuǎn)方終端》

    DL/T770-2001           《微機(jī)變壓器保護(hù)裝置通用技術(shù)條件》

    GB/T50063-2008         《電力裝置的電測(cè)量?jī)x表裝置設(shè)計(jì)規(guī)范》

    GB-14285-2006          《繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置技術(shù)規(guī)程》

    GBJ232-2002            《建筑電氣工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》

    GB/T15145-2001         《微機(jī)線路保護(hù)裝置通用技術(shù)條件》

    GB50171-2006           《電氣裝置安裝工作盤、柜及二次回路結(jié)線施工及驗(yàn)收規(guī)范》

    GB/50198-2011          《監(jiān)控系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范》

    GB/T17626.5            《浪涌（沖擊）抗擾度試驗(yàn)》

    DL/T5003-2005          《電力系統(tǒng)調(diào)度自動(dòng)化設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》

3.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

    Acrel-3000電力監(jiān)控與電能管理系統(tǒng)以監(jiān)控主機(jī)、通訊設(shè)備、測(cè)控單元為基本工具，為大型公共建筑的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、開關(guān)狀態(tài)監(jiān)測(cè)及遠(yuǎn)程管理與控制提供了基礎(chǔ)平臺(tái)，它可以和檢測(cè)、控制設(shè)備構(gòu)成任意復(fù)雜的監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要采用分層分布式計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，如圖1所示：站控管理層、網(wǎng)絡(luò)通訊層和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層。

1）站控管理層

    站控管理層針對(duì)電力監(jiān)控系統(tǒng)的管理人員，是人機(jī)交互的直接窗口，也是系統(tǒng)的上層部分。主要由系統(tǒng)軟件和必要的硬件設(shè)備，如工業(yè)級(jí)計(jì)算機(jī)、打印機(jī)、UPS電源等組成。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件具有良好的人機(jī)交互界面，對(duì)采集的現(xiàn)場(chǎng)各類數(shù)據(jù)信息計(jì)算、分析與處理，并以圖形、數(shù)顯、聲音等方式反映現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)行狀況。

    監(jiān)控主機(jī)：用于數(shù)據(jù)采集、處理和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。為系統(tǒng)內(nèi)或外部提供數(shù)據(jù)接口，進(jìn)行系統(tǒng)管理、維護(hù)和分析工作。

    打印機(jī)：系統(tǒng)召喚打印或自動(dòng)打印圖形、報(bào)表等。

    UPS：保證計(jì)算機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的正常供電，在整個(gè)系統(tǒng)發(fā)生供電問題時(shí)，保證站控管理層設(shè)備的正常運(yùn)行，提供足夠的時(shí)間進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。

2）網(wǎng)絡(luò)通訊層

    通訊層設(shè)備為NPORT5232I串口服務(wù)器。該層是數(shù)據(jù)信息交換的橋梁，負(fù)責(zé)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備回送的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行采集、分類和傳送等工作的同時(shí)，轉(zhuǎn)達(dá)上位機(jī)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的各種控制命令。

    通訊介質(zhì)：系統(tǒng)主要采用屏蔽雙絞線，以RS485接口，MODBUS通訊協(xié)議實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備與上位機(jī)的實(shí)時(shí)通訊。

3）現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層

    現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層是數(shù)據(jù)采集終端，主要由智能儀表組成，采用具有高可靠性、帶有現(xiàn)場(chǎng)總線連接的分布式I/O控制器構(gòu)成數(shù)據(jù)采集終端，向數(shù)據(jù)中心上傳采集的數(shù)據(jù)。測(cè)量?jī)x表擔(dān)負(fù)著基層的數(shù)據(jù)采集任務(wù)，其監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)必須完整、準(zhǔn)確并實(shí)時(shí)傳送至監(jiān)控主機(jī)。

3.3   系統(tǒng)功能

數(shù)據(jù)采集與管理

    配電系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集主要通過現(xiàn)ACR網(wǎng)絡(luò)多功能儀表、PT、CT將現(xiàn)場(chǎng)各回路電力系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)，包括電流、電壓、功率等遙測(cè)信息以及斷路器分合閘狀態(tài)、保護(hù)信息以及故障等開關(guān)量狀態(tài)；現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備將所采集和處理過的信號(hào)經(jīng)屏蔽雙絞線上傳只通訊管理機(jī)經(jīng)光纖或者五類線等媒介上傳至站控管理層。各間隔級(jí)單元相互獨(dú)立的存在于整個(gè)通訊網(wǎng)絡(luò)中，增強(qiáng)了整個(gè)系統(tǒng)的可靠性及可用性。

    ACR網(wǎng)絡(luò)多功能儀表采用RS485接口和MODBUS-RTU通訊協(xié)議，RS485采用屏蔽線雙絞線傳輸，接線簡(jiǎn)單方便；通訊接口是半雙工通信，數(shù)據(jù)高傳輸速率為10Mbps。RS-485接口是采用平衡驅(qū)動(dòng)器和差分接收器的組合，抗噪聲干擾能力增強(qiáng)，總線上允許連接多達(dá)32個(gè)設(shè)備，大傳輸距離為1.2km。

信息處理

    對(duì)信號(hào)采集系統(tǒng)所采集實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、分析、計(jì)算，將數(shù)據(jù)進(jìn)行定時(shí)存儲(chǔ)。并通過計(jì)算產(chǎn)生每日/周/月/年用電量；每日/周/月/年大負(fù)荷及大負(fù)荷出現(xiàn)時(shí)間，對(duì)存在故障隱患的設(shè)備及時(shí)提出整改；通過電能分時(shí)計(jì)量累計(jì)電費(fèi)，對(duì)不合理用電單位提出科學(xué)合理的改進(jìn)；通過邏輯運(yùn)算計(jì)算出設(shè)備正常、異常出現(xiàn)次數(shù)，存儲(chǔ)事故發(fā)生時(shí)間、原因。電能報(bào)表如圖2所示：

畫面顯示

    19寸彩色液晶顯示作為人機(jī)交互界面，實(shí)時(shí)顯示配電系統(tǒng)各種信息畫面，包括各斷路器當(dāng)前狀態(tài)、各回路當(dāng)前電壓、電流、功率等測(cè)量值的實(shí)時(shí)信息。聲光提示報(bào)警信息、保護(hù)設(shè)備動(dòng)作及復(fù)位信息。實(shí)時(shí)畫面如圖3所示：

畫面顯示

    負(fù)荷趨勢(shì)曲線提供了某一段時(shí)間內(nèi)該回路的負(fù)荷趨勢(shì)，方便管理員掌握用電設(shè)備的運(yùn)行狀況，對(duì)存在故障隱患的設(shè)備及時(shí)提出整改，對(duì)不合理用電單位提出科學(xué)合理的改進(jìn)。如圖4所示：

系統(tǒng)特點(diǎn)

    通訊線接點(diǎn)少，畫面顯示直觀，數(shù)據(jù)刷新快，及時(shí)反應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行狀況，同時(shí)系統(tǒng)操作簡(jiǎn)單，方便用戶使用，各種功能可根據(jù)用戶的需求靈活變化，系統(tǒng)的設(shè)計(jì)快捷方便，修改軟件也不繁瑣。 

4   結(jié)束語

    本文的配電自動(dòng)化監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)功能平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)的是基于B/S結(jié)構(gòu)模式下的一種監(jiān)測(cè)軟件，在電力監(jiān)控系統(tǒng)中配置網(wǎng)絡(luò)電力儀表，方便實(shí)時(shí)地監(jiān)控配電系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的用電設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一管理，免去工作人員到現(xiàn)場(chǎng)記錄的繁瑣工作，逐步提高配電自動(dòng)化監(jiān)測(cè)報(bào)警的水平。

參考文獻(xiàn)

[1]《電力電測(cè)數(shù)字儀表原理與應(yīng)用指南》，任致程、周中，中國電力出版社