勝利油田物探院低壓配電系統改造

摘    要：介紹一種基于數字式智能儀表在配電系統改造中的應用，現場層采用智能數顯儀表（SCADA）采集配電現場的U、I、P、COS¢、 Ep等電參量和開關信號；現場儀表組網通訊并遠傳至后臺監控系統，同時通過智能儀表的輸出控制繼電器，遠程控制斷路器的合、分閘操作，達到低壓配電系統的自動化綜合管理。
關鍵詞：低壓智能配電系統  Acrel-2000 型  三遙   RS485通訊

0　 概述
 　　勝利油田物探院配電室于1992年建成投產，已安全運行16年，配電系統分為高、低壓兩大部分，高壓部分有聊城甲線和淄博甲線兩條10KV進線，有6臺1250KVA有載調壓變壓器。物探院屬于重要電力負荷用戶，主要包括網絡二樓處理機房機群及其配套用電設備；網絡三樓解釋機房、局域網服務器及其配套用電設備、局信息中心ERP機房計算機及其配套用電設備；綜合樓處理和解釋機房用電設備；制冷機組及其配套用電設備以及全院的生產，生活用電。
高、低壓一次設備是十四年前安裝的，原配電系統采用的是MS-2801數據庫定義系統，所用備件多，通訊線接點多，易出故障，操作系統是Windows NT 4.0，應用、維護起來比較繁瑣。近幾年來隨著全院電力負荷的增加和SP2機群的擴容，變壓器容量和配電回路開關的容量和數量已不能滿足當前用電負荷的需求，并且設備嚴重老化，斷路器分斷能力差；另外，供電公司正在進行油田線路升壓，原6KV進線已升為10KV，原低壓母線和變壓器出線開關容量不夠，電容補償柜也已老化，起不到無功補償的作用。為了保證全院科研、生產的正常運行，我們對低壓配電系統進行了一次全面的系統改造。
由于物探院屬于一級供電用戶，供電系統要求絕對安全、可靠。根據場地設備實現遠程監控和集中管理的要求，改造后的配電系統采用了Acrel-2000型低壓智能配電系統實現對高低壓設備的遙測、遙信、遙控即“三遙”功能。
Acrel-2000型低壓智能配電系統，充分利用了現代電子技術、計算機技術、網絡技術和現場總線技術的最新發展，對變配電系統進行分散數據采集和集中監控管理。對配電系統的二次設備進行組網，通過計算機和通訊網絡，將分散的配電所的現場設備連接為一個有機的整體，實現電網運行的遠程監控和集中管理。

1　 配電監控系統構成
本系統采用分層分布式計算機網絡結構即間隔層、通訊層和站控層如下圖所示：

間隔層主要的設備為：多功能網絡電力儀表、開關量、模擬量采集模塊和智能斷路器等。這些裝置分別對應相應的一次設備安裝在電氣柜內，這些裝置均采用RS485通訊接口，通過現場MODBUS總線組網通訊，實現數據現場采集。
中間層主要為：通訊服務器，其主要功能為把分散在現場采集裝置集中采集，同時遠傳至站控層，完成現場層和站控層之間的數據交互。
站控層：設有高性能工業計算機、顯示器、UPS電源、打印機、報警蜂鳴器等設備。監控系統安裝在計算機上，集中采集顯示現場設備運行狀況，以人機交互的形式顯示給用戶，同時用戶可以通過系統軟件發送指令至現場設備，實現遠程遙控功能。
以上網絡儀表均采用RS485接口和MODBUS-RTU通訊協議，RS485采用屏蔽線傳輸，一般都采用二根連線，接線簡單方便；通訊接口是半雙工通信即通信的雙方都可以接收、發送數據但是在同一時刻只能發送或接收數據，數據最高傳輸速率為10Mbps。RS-485接口是采用平衡驅動器和差分接收器的組合，抗噪聲干擾能力增強，總線上允許連接多達32個設備，最大傳輸距離為1.2km。

2　 監控系統的主要功能

1)數據采集與處理
數據采集是配電監控的基礎，數據采集主要由底層多功能網絡儀表采集完成，實現遠程數據的本地實時顯示。需要完成采集的信號包括：三相電壓U、三相電流I、頻率Hz、功率P、功率因數COSφ、電度Ep、遠程設備運行狀態等數據。
數據處理主要是把按要求采集到的電參量實時準確的顯示給用戶，達到配電監控的自動化化和智能化要求，同時把采集到的數據存入數據庫供用戶查詢。
2)人機交互
系統提供簡單、易用、良好的用戶使用界面。采用全中文界面，CAD圖形顯示低壓配電系統電氣一次主接線圖，顯示配電系統設備狀態及相應實時運行參數，畫面定時輪巡切換；畫面實時動態刷新；模擬量顯示；開關量顯示；連續記錄顯示等
3)故障報警及事故追憶
在配電系統發生運行故障時，會及時發出聲光報警提示用戶及時響應故障回路，同時自動記錄事件發生的時間地點，以被用戶查詢，追憶故障原因。
4)數據庫建立與查詢
主要完成遙測量和遙信量定時采集，并且建立數據庫，定期生成報表，以供用戶查詢打印。
5)用戶權限管理
針對不同級別的用戶，設置不同的權限組，防止因人為誤操作給生產，生活帶來的損失，實現配電系統的安全，可靠運行。
6)電能成本管理
自動進行日、月、年的電能統計，可以進行尖、峰、平、谷時段設定，實現具有電能分時計費功能，同時生成日、月、年報表。
7)運行負荷曲線
定時采集進線及重要回路電流負荷參量，自動生成運行負荷趨勢曲線的，方便用戶及時了解設備的運行負荷狀況。

3　 案例分析
勝利油田物探研究院低壓配電系統主要有6臺10kv/0.4kv配電變壓器，本系統主要負責對低壓進線及相應配出回路的實時動態監控。
進線回來采用ACR320EK多功能網絡電力儀表，其是針對電力系統、工礦企業、公共設施、智能大廈的電力監控需求而設計的網絡電力儀表，它能測量所有常規電力參數，如：三相電壓、電流、有功功率、無功功率，功率因數、頻率、有功電度、無功電度等多種電參量。并且本儀表帶有4路光電隔離開關量輸入接點和2路繼電器控制輸出接點，這些接點可以配合智能斷路器實現斷路器的遙信、遙控操作。該系列網絡電力儀表主要應用于變電站自動化、配電網自動化、小區電力監控、工業自動化、能源管理系統及智能建筑等領域。
重要配出回路采用ACR100K系列網絡電力儀表，該儀表主要完成三相電流、三相電壓、有功電度的測量以及開關信號的檢測和繼電器遙控輸出。
一般配出回路采用Pz42-AI/KC系列網絡儀表，該儀表主要完成三相電流測量、開關信號檢測和繼電器遙控輸出。
圖(1)為系統主監控畫面，實時顯示遙測數值，斷路器運行狀態信息，運行事件報警，畫面快捷切換，系統功能菜單等主要功能。

圖（1）　主監控畫面

　　①遙測：主要監測運行設備的電參量，其中包括：進線三相電壓，電流，功率，功率因數，電能，頻率等電參量及配出回路的三相電流；
②遙信：實現顯示現場設備的運行狀態主要包括：開關的分、合閘運行狀態和通訊故障報警；
③遙控：主要實現對智能斷路器的遠程分/合閘操作，所有操作均要通過嚴格的權限驗證，以防止運行人員誤操作。
報表統計功能：主要完成對進線回路的事件記錄報表（見圖（2））；遠程抄表（見圖（3））以及用電統計報表統計（見圖（4）），支持時間查詢及報表打印輸出。

圖（2）　事件記錄報表

圖（3）　遠程抄表報表

圖（4）　電能統計報表