徐玉麗

　　(江蘇安科瑞電器制造有限公司 江蘇 江陰 214405)

　　摘要：介紹安科瑞電能管理系統(tǒng)，采用智能電力儀表采集6個(gè)地點(diǎn)分配電現(xiàn)場(chǎng)的各種電參量。系統(tǒng)采用現(xiàn)場(chǎng)就地組網(wǎng)的方式，組網(wǎng)后通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線通訊遠(yuǎn)傳至監(jiān)控后臺(tái)，通過(guò)電能管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)變電所配電回路用電的實(shí)時(shí)監(jiān)控和管理。

　　關(guān)鍵詞：變電所;智能電力儀表;電能管理系統(tǒng);

　　概述

　　

 

　　云南省昆明市第十污水處理廠是亞洲首家大規(guī)模采用膜生物反應(yīng)器污水處理工藝的環(huán)保項(xiàng)目，每天可處理污水15萬(wàn)噸，采用全地埋式集中布置，在節(jié)約土地的同時(shí)，還可在地上建成園林景觀，這個(gè)地下式污水處理廠，位于官渡區(qū)石虎關(guān)立交橋，占地約59畝，服務(wù)面積59平方公里，服務(wù)人口43萬(wàn)人，總投資7億元，主要處理西起環(huán)城東路-東二環(huán)，東至東三環(huán)，北始穿金路，南止昆石高速區(qū)域的城市污水。

　　該污水處理廠有6個(gè)變配電室，97路0.4KV出線。

　　1客戶需求

　　污水處理廠是國(guó)內(nèi)首個(gè)大型地下式污水處理廠，在配電室分布在6個(gè)地點(diǎn)，對(duì)用電管理人員很大的不便，根據(jù)其實(shí)際情況提出以下需求：

　　1)由于該污水處理廠配電室分布于6個(gè)地點(diǎn)比較分散，本次設(shè)計(jì)、集成的主要目的對(duì)分散配電的集中管理，通過(guò)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。

　　2)各個(gè)分變的電流越限時(shí)無(wú)法實(shí)時(shí)被管理人員得知，安全用電存在隱患，系統(tǒng)需能實(shí)現(xiàn)聲光告警功能。

　　3)需實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)主變和直變的實(shí)時(shí)電流、電壓、功率的波動(dòng)情況。

　　4)能夠查看具體某個(gè)回路或幾個(gè)回路每天的用電量，并可通過(guò)報(bào)表進(jìn)行對(duì)比。

　　5)系統(tǒng)數(shù)據(jù)可以通過(guò)局域網(wǎng)轉(zhuǎn)發(fā)至異地SQL Server數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。

　　根據(jù)用戶需求，需要對(duì)第十污水處理廠6個(gè)變配電所進(jìn)行組網(wǎng)并建立電能管理系統(tǒng)(主要是數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控)，在控制中心值班室內(nèi)設(shè)置監(jiān)控平臺(tái)，對(duì)97個(gè)回路實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、統(tǒng)計(jì)、分析，以保證用電的安全、可靠和高效。

　　安科瑞電能管理系統(tǒng)，充分利用了現(xiàn)代電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的最新發(fā)展，對(duì)變配電系統(tǒng)進(jìn)行分散數(shù)據(jù)采集和集中監(jiān)控管理。對(duì)配電系統(tǒng)的二次設(shè)備進(jìn)行組網(wǎng)，通過(guò)計(jì)算機(jī)和通訊網(wǎng)絡(luò)，將分散的配電所的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備連接為一個(gè)有機(jī)的整體，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)運(yùn)行的遠(yuǎn)程監(jiān)控、集中管理。

　　2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)描述

　　本系統(tǒng)采用分層分布式結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，即站控管理層、網(wǎng)絡(luò)通訊層和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層，項(xiàng)目組網(wǎng)圖如下，現(xiàn)場(chǎng)6網(wǎng)絡(luò)個(gè)地點(diǎn)的ACR220EL網(wǎng)絡(luò)電力儀表經(jīng)RS485現(xiàn)場(chǎng)總線連接至串口服務(wù)器，然后通過(guò)以太網(wǎng)經(jīng)光纖傳輸至現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控主機(jī)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集，存儲(chǔ)，處理，顯示和上傳如圖(1)所示：

　　

 

　　圖(1)電能管理系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

　　間隔設(shè)備層主要為：ACR220EL多功能網(wǎng)絡(luò)電力儀表，分別對(duì)應(yīng)相應(yīng)的一次設(shè)備分散安裝在6個(gè)配電室的電氣柜內(nèi)，這些裝置均采用RS485通訊接口，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)MODBUS總線組網(wǎng)通訊，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)現(xiàn)場(chǎng)采集。

　　網(wǎng)絡(luò)通訊層主要為：通訊服務(wù)器，其主要功能為把分散在現(xiàn)場(chǎng)采集裝置集中采集，同時(shí)遠(yuǎn)傳至站控層，完成現(xiàn)場(chǎng)層和站控層之間的數(shù)據(jù)交互。

　　站控管理層：設(shè)有高性能工業(yè)計(jì)算機(jī)、顯示器、UPS電源、打印機(jī)等設(shè)備。監(jiān)控系統(tǒng)安裝在計(jì)算機(jī)上，集中采集顯示現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備運(yùn)行狀況，以人機(jī)交互的形式顯示給用戶。

　　建設(shè)完成后的多功能網(wǎng)絡(luò)電力儀表均采用RS485接口和MODBUS-RTU通訊協(xié)議，RS485采用屏蔽線傳輸，一般都采用二根連線，接線簡(jiǎn)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(fā)送數(shù)據(jù)但是在同一時(shí)刻只能發(fā)送或接收數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)最高傳輸速率為10Mbps。

　　RS485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，最大傳輸距離為1.2km。

　　3 電能管理系統(tǒng)主要功能

　　3.1 數(shù)據(jù)采集與處理

　　數(shù)據(jù)采集是電能管理的基礎(chǔ)，數(shù)據(jù)采集主要由底層多功能網(wǎng)絡(luò)儀表采集完成，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)的本地實(shí)時(shí)顯示。需要完成采集的信號(hào)包括：三相電壓U、三相電流I、頻率Hz、功率P、功率因數(shù)COSφ、電度Epi、遠(yuǎn)程設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)等數(shù)據(jù)。

　　數(shù)據(jù)處理主要是把按要求采集到的電參量實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的顯示給用戶，達(dá)到電能管理的自動(dòng)化化和智能化要求，同時(shí)把采集到的數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫(kù)供用戶查詢。

　　3.2 歷史事件

　　歷史事件查看界面主要為用戶查看曾經(jīng)發(fā)生過(guò)的故障記錄、信號(hào)記錄、操作記錄、越限記錄提供方便友好的人機(jī)交互，通過(guò)歷史事件查看平臺(tái)，您可以根據(jù)自己的要求和查詢條件方便定位您所要查看的歷史事件，為您把握整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行情況提供了良好的軟件支持。

　　3.3 數(shù)據(jù)庫(kù)建立與查詢

　　主要完成遙測(cè)量和遙信量定時(shí)采集，并且建立數(shù)據(jù)庫(kù)，定期生成報(bào)表，以供用戶查詢打印。

　　34 用戶權(quán)限管理

　　針對(duì)不同級(jí)別的用戶，設(shè)置不同的權(quán)限組，防止因人為誤操作給生產(chǎn)，生活帶來(lái)的損失，實(shí)現(xiàn)配電系統(tǒng)的安全，可靠運(yùn)行。可以通過(guò)用戶管理進(jìn)行用戶登錄、用戶注銷、修改密碼、添加刪除等操作，方便用戶對(duì)賬號(hào)和權(quán)限的修改。

　　3.5 運(yùn)行負(fù)荷曲線

　　負(fù)荷趨勢(shì)曲線功能主要負(fù)責(zé)定時(shí)重要回路電流和功率負(fù)荷參量，自動(dòng)生成運(yùn)行負(fù)荷趨勢(shì)曲線的，方便用戶及時(shí)了解設(shè)備的運(yùn)行負(fù)荷狀況。點(diǎn)擊畫(huà)面相應(yīng)按鈕或菜單項(xiàng)可以完成相應(yīng)功能的切換;可以查看實(shí)時(shí)趨勢(shì)曲線或歷史趨勢(shì)線;對(duì)所選曲線可以進(jìn)行平移、縮放、量程變換等操作，幫助用戶進(jìn)線趨

　　勢(shì)分析和故障追憶，為分析整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行狀況提供了直觀而方便的軟件支持。

　　3.6 遠(yuǎn)程報(bào)表查詢

　　報(bào)表管理程序的主要功能是根據(jù)用戶的需要設(shè)計(jì)報(bào)表樣式，把系統(tǒng)中處理的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)篩選、組合和統(tǒng)計(jì)生成用戶需要的報(bào)表數(shù)據(jù)。本程序還可以根據(jù)用戶的需要對(duì)報(bào)表文件采用定時(shí)保存、打印或者召喚保存、打印模式。同時(shí)本程序還向用戶提供了對(duì)生成的報(bào)表文件管理功能。

　　報(bào)表具有自由設(shè)置查詢時(shí)間實(shí)現(xiàn)日、月、年的電能統(tǒng)計(jì)，數(shù)據(jù)導(dǎo)出和報(bào)表打印等功能。

　　3.7 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)功能

　　電能管理系統(tǒng)通過(guò)廠內(nèi)局域網(wǎng)將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)至控制中心的SQL Server數(shù)據(jù)庫(kù)中，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享，避免數(shù)據(jù)的重復(fù)采集。

　　4 案例分析

　　本監(jiān)控系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)云南省昆明市第十污水處理廠6個(gè)0.4KV變電所97個(gè)回路配電實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、分析及管理，監(jiān)控范圍如下表2所示：

　　編號(hào)設(shè) 備

　　名 稱數(shù)量(臺(tái))PLC站

　　1電力總線儀表3預(yù)處理PLC站

　　2高壓柜電力總線儀表15總低壓配電房 PLC站

　　低壓柜電力總線儀表15

　　電力變壓器2

　　3電力總線儀表121#MBR 生化區(qū)PLC站

　　4電力總線儀表122#MBR 生化區(qū)PLC站

　　5電力總線儀表181#MBR設(shè)備區(qū)PLC站

　　6電力總線儀表201#MBR設(shè)備區(qū)PLC站

　　表1 監(jiān)測(cè)點(diǎn)位分布表

　　安科瑞電氣股份有限公司為其選用ACR220EL的多功能網(wǎng)絡(luò)電力儀表。

　　ACR220EL尺寸及詳細(xì)參數(shù)如下圖2所示：

　　

 

　　圖2 ACR220EL尺寸

　　功能功能說(shuō)明ACR220EL

　　電能計(jì)量有功電能計(jì)量(正、反向)■

　　無(wú)功電能計(jì)量(正、反向)■

　　電量測(cè)量U、I■

　　P、Q、S、PF、F■

　　LCD顯示8位段式LCD顯示■

　　按鍵編程4按鍵可編程通信、變比等參數(shù)■

　　通訊RS485接口，支持Modbus、■

　　系統(tǒng)監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)所有點(diǎn)的通訊狀態(tài)，紅色綠色分別代表儀表通訊異常和正常，便于用戶查看各監(jiān)測(cè)點(diǎn)通訊狀態(tài)，如圖3：

　　

 

　　圖(3) 通訊狀態(tài)圖

　　遙測(cè)報(bào)警功能，主要完成對(duì)直變和主變負(fù)載越限彈出報(bào)警界面指示具體的報(bào)警位置并聲音報(bào)警，提醒值班人員及時(shí)處理。負(fù)載越限值在相應(yīng)權(quán)限下可自由設(shè)置。具備歷史查詢功能，見(jiàn)圖(4)。

　　

 

　　圖(4) 越限報(bào)警信息

　　用電量報(bào)表功能，可選擇時(shí)間段進(jìn)行查詢，支持任意時(shí)間段電度累計(jì)查詢，具備數(shù)據(jù)導(dǎo)出和報(bào)表打印等功能。為值班人員提供了精確可靠的電能報(bào)表。該報(bào)表各回路名稱和數(shù)據(jù)庫(kù)關(guān)聯(lián)，方便用戶修改回路名稱，用戶可以直接打印報(bào)表，并導(dǎo)出為EXCEL格式如圖(5)所示：

　　

 

　　圖(5) 電能報(bào)表

　　參數(shù)抄表功能，主要所有回路的電參數(shù)進(jìn)線查詢。支持任意時(shí)刻電參數(shù)查詢，具備數(shù)據(jù)導(dǎo)出和報(bào)表打印等功能。電參數(shù)主要包括：三相電壓、三相電流、有功功率、無(wú)功功率、頻率和有功電度。如圖(6)所示。

　　

 

　　圖(6) 參數(shù)抄表

　　負(fù)荷趨勢(shì)曲線界面中可直觀的查看回路的負(fù)荷運(yùn)行情況。查看實(shí)時(shí)和歷史趨勢(shì)曲線，點(diǎn)擊畫(huà)面相應(yīng)按鈕或菜單項(xiàng)可以完成相應(yīng)功能的切換;幫助用戶進(jìn)線趨勢(shì)分析和故障追憶，具備曲線打印功能。為分析整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行狀況提供了直觀而方便的軟件支持，見(jiàn)圖(7)。

　　

 

　　圖(7)電流趨勢(shì)曲線圖

　　系統(tǒng)可針對(duì)不同級(jí)別的用戶，設(shè)置不同的權(quán)限組，防止因人為誤操作給生產(chǎn)，生活帶來(lái)的損失，實(shí)現(xiàn)配電系統(tǒng)的安全，可靠運(yùn)行。可以通過(guò)用戶管理進(jìn)行用戶登錄、用戶注銷、修改密碼、添加刪除等操作，方便用戶對(duì)賬號(hào)和權(quán)限的修改，如圖(8)所示。

　　

 

　　圖(8)用戶權(quán)限操作示意圖

　　4 結(jié)束語(yǔ)

　　1)本系統(tǒng)于2013年9月完成現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試，順利通過(guò)用戶驗(yàn)收并投入運(yùn)行，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，至今未出現(xiàn)任何故障，得到用戶好評(píng)。

　　2)本項(xiàng)目的成功實(shí)施表明：本項(xiàng)目的技術(shù)方案是科學(xué)的、合理的、可行的。

　　3)本系統(tǒng)采用對(duì)分布式配電的集中監(jiān)控，達(dá)到了預(yù)期的效果，電能管理軟件運(yùn)行界面滿足了用戶需求，并有效降低了設(shè)計(jì)和施工成本。