海門行政中心電力監(jiān)控系統(tǒng)系統(tǒng)設(shè)計方案

張娟

摘要：本文介紹基于ACR系列可編程智能電測表的Acrel-3000電力監(jiān)控系統(tǒng)在海門行政中心的應(yīng)用，實現(xiàn)了分散式采集和集中控制管理的智能化電力監(jiān)控。
關(guān)鍵詞：政府機關(guān)；智能電測表；電力監(jiān)控軟件

0　 引言
海門位于有名的長江三角洲，建縣于公元958年（后周顯德5年），因出江入海之門戶而得名，素有"棉糧故里、濱江樂土"之稱。
海門行政中心電力監(jiān)控和電能管理項目是2009年7月份開始的項目，旨在通過該系統(tǒng)實現(xiàn)行政中心A樓，B樓，H樓和主樓電力系統(tǒng)的集中管理和檢測，實現(xiàn)遠程智能化配電系統(tǒng)。該項目實現(xiàn)了海門行政中心4座樓內(nèi)電力系統(tǒng)的智能管理。設(shè)計方案為4個樓內(nèi)的4個配電室，通過光電轉(zhuǎn)換器經(jīng)過光纖拉倒主樓地下一層的配電中心。4個配電室現(xiàn)場放置通訊機柜，儀表數(shù)據(jù)通過485線通過MOXA串口服務(wù)器，光電轉(zhuǎn)換器輸送到配電中心。

1　 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
Acrel-3000電力監(jiān)控軟件是對現(xiàn)場生產(chǎn)數(shù)據(jù)進行采集與過程控制的專用軟件，大特點是能以靈活多樣的“組態(tài)方式”而不是編程方式來進行系統(tǒng)集成，它提供了良好的用戶開發(fā)界面和簡捷的工程實現(xiàn)方法，只要將其預(yù)設(shè)置的各種軟件模塊進行簡單的“組態(tài)”，便可以非常容易地實現(xiàn)和完成監(jiān)控層的各項功能。比如在分布式網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中，所有應(yīng)用（例如趨勢曲線、報警等）對遠程數(shù)據(jù)的引用方法與引用本地數(shù)據(jù)完全相同，通過“組態(tài)”的方式大大縮短了自動化工程師的系統(tǒng)集成時間，提高了集成效率。海門行政中心變配電系統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu)如圖1。

圖1　變配電系統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu)圖

系統(tǒng)采用分布式結(jié)構(gòu)，按功能或區(qū)域進行劃分，模塊化設(shè)計。整個系統(tǒng)分為三層，即站控管理層、網(wǎng)絡(luò)通訊層、現(xiàn)場設(shè)備層。
1.1  現(xiàn)場設(shè)備層
現(xiàn)場設(shè)備層主要任務(wù)是將現(xiàn)場的各種配電系統(tǒng)的運行參數(shù)進行采集和測量，并將采集和測量的各種數(shù)據(jù)經(jīng)網(wǎng)絡(luò)通訊層傳輸至監(jiān)控系統(tǒng)。其中主樓變配電室主要設(shè)備是：ACR220EL/KC、ACR330EL/KC可編程智能電測表共96塊；A樓變配電室主要設(shè)備是：ACR220EL/KC可編程智能電測表共63塊；B樓變配電室主要設(shè)備是：ACR220EL/KC可編程智能電測表共59塊；H樓變配電室主要設(shè)備是：ACR220EL/KC可編程智能電測表共105塊。上述設(shè)備均相互獨立完成各自的功能，不依賴主控計算機運行，具備RS-485 通信接口，通過現(xiàn)場的RS-485總線將檢測到的各項電參數(shù)和狀態(tài)信號實時傳輸?shù)街虚g層的數(shù)據(jù)處理單元—串口服務(wù)器。
ACR系列可編程智能電測表，該系列儀表采用交流采樣技術(shù)，能分別測量電網(wǎng)中的電流、電壓、功率、功率因數(shù)和電能等參數(shù)，可通過面板薄膜開關(guān)設(shè)置倍率。帶RS-485通訊接口，采用Modbus協(xié)議；也可將電量信號轉(zhuǎn)換成標準的直流模擬信號輸出；或帶開關(guān)量輸入／輸出，繼電器報警輸出等功能。
1.2  網(wǎng)絡(luò)通訊層
網(wǎng)絡(luò)通訊層位于現(xiàn)場層與主控層之間，采用高性能、嵌入式通訊服務(wù)器。通訊服務(wù)器負責把現(xiàn)場層儀表采集的數(shù)據(jù)經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)通信聯(lián)接、數(shù)據(jù)交換上傳到主控層，是主控層與現(xiàn)場層的橋梁。
1.3  站控管理層
主控層位于主樓地下一層變配電室內(nèi)，配置高性能、高可靠性工業(yè)級計算機、UPS不間斷電源、打印機等。Acrel-3000電力監(jiān)控軟件安裝在主控計算機上，通過軟件的人機界面和各種管理功能實現(xiàn)對整個行政中心的實時監(jiān)控和報表管理。
海門行政中心的值班室位于主樓負一層變配電室內(nèi)，配置一臺工業(yè)網(wǎng)絡(luò)交換機；A樓變配電室現(xiàn)場采用8根總線，使用一臺8口的串口服務(wù)器，通過光纖連接至主樓值班室內(nèi)的交換機上；B樓變配電室現(xiàn)場采用6根總線，使用一臺8口的串口服務(wù)器，通過光纖連接至主樓值班室內(nèi)的交換機上；H樓變配電室現(xiàn)場采用5根總線，使用一臺8口的串口服務(wù)器，通過光纖連接至主樓值班室內(nèi)的交換機上；再通過交換機把數(shù)據(jù)傳輸?shù)焦た貦C。

2　 電力監(jiān)控系統(tǒng)的主要功能
系統(tǒng)依據(jù)客戶實際需求進行設(shè)計，并實現(xiàn)了一次主接線圖界面顯示；電參量遙測及電參量越限報警；事件記錄；系統(tǒng)運行異常監(jiān)測；故障報警及操作記錄；報表查詢與打印；系統(tǒng)負荷實時、歷史曲線，用戶權(quán)限管理等主要功能。
2.1  數(shù)據(jù)采集與處理
數(shù)據(jù)采集是配電監(jiān)控的基礎(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，實現(xiàn)遠程數(shù)據(jù)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(shù)COSφ、電度Ep、遠程設(shè)備運行狀態(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時準確的顯示給用戶，達到配電監(jiān)控的自動化化和智能化要求，同時把采集到的數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫供用戶查詢。
2.2  人機交互
系統(tǒng)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(tǒng)電氣一次主接線圖，顯示配電系統(tǒng)設(shè)備狀態(tài)及相應(yīng)實時運行參數(shù)；畫面實時動態(tài)刷新；模擬量顯示等。
2.3  故障報警及事故追憶
在配電系統(tǒng)發(fā)生運行故障時，會及時發(fā)出聲光報警提示用戶及時響應(yīng)故障回路，同時自動記錄事件發(fā)生的時間，以被用戶查詢，追憶故障原因。
2.4  數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)庫，定期生成報表，以供用戶查詢打印。
2.5  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(shè)備的運行負荷狀況。
2.6  電能成本管理
自動進行日、月、年的電能統(tǒng)計，同時生成日、月、年報表。

3　 案例分析
海門行政中心低壓配電系統(tǒng)主要有10臺10/0.4 kV配電變壓器，本系統(tǒng)主要負責對低壓進線及相應(yīng)配出回路的實時動態(tài)監(jiān)測。
進線回路采用ACR330EL/KC，它能測量三相電壓、三相電流、有功功率、無功功率、功率因數(shù)、頻率、有功電能、無功電能等多種電參量，并帶有4路光電隔離開關(guān)量輸入接點和2路繼電器控制輸出接點,帶RS485通訊接口。
配出回路采用ACR220EL/KC，它能測量三相電流，帶有4路光電隔離開關(guān)量輸入接點和2路繼電器控制輸出接點，帶RS485通訊接口。
低壓配電系統(tǒng)主要監(jiān)測運行設(shè)備的電參量，其中包括：進線三相電流，功率，功率，電能，頻率等電參量及配出回路的三相電流，見圖2。

圖2　B樓低壓配電系統(tǒng)配電系統(tǒng)圖

系統(tǒng)通訊狀態(tài)圖，可實時查看系統(tǒng)各設(shè)備通訊運行情況，見圖3。

圖3　電力監(jiān)控系統(tǒng)通訊狀態(tài)圖

遠程抄表功能，完成對各主要回路的實時遠程集抄功能，見圖4。

圖4　遠程抄表

事件記錄功能，事件記錄報警可實時歷史查看，見圖5。

圖5　事件記錄

4　 設(shè)備與投資
根據(jù)現(xiàn)場實際情況所配置的系統(tǒng)硬件含采集裝置、電源、工作站主機、打印設(shè)備、系統(tǒng)軟件、弱電安裝施工等總計費用為19萬元左右。配電各環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)均可通過監(jiān)控主機集中顯示，方便配電管理人員及時發(fā)現(xiàn)配電故障環(huán)節(jié)，按月統(tǒng)計用電數(shù)據(jù)，又可以轉(zhuǎn)發(fā)上傳至樓宇自控系統(tǒng)BAS，便于整體調(diào)度。相對于傳統(tǒng)的電工抄表、統(tǒng)計雖增加了一次投入，但智能化程度得到極大提高，節(jié)省了人力資本的投入。省去了值班人員現(xiàn)場抄表的煩瑣，具有投資少、簡明實用、便于智能管理等優(yōu)點。

5　 結(jié)束語
Acrel-3000電力監(jiān)控系統(tǒng)具有通用性好、可靠性高、組態(tài)靈活等優(yōu)點，在海門行政中心項目上得以成功應(yīng)用。隨著計算機信息技術(shù)的普及，低壓配電智能化的要求也越來越高，變配電監(jiān)控及低壓配電管理使得實現(xiàn)配電室的無人職守真正成為現(xiàn)實，系統(tǒng)對各種用電設(shè)備的歷史運行數(shù)據(jù)和狀態(tài)進行管理分析，便于維護人員明確設(shè)備狀況，制定詳細的設(shè)備維護計劃，減少人力投入，提高工作效率，從而降低整個系統(tǒng)的運營成本。

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