昆山之奇美材料科技有限公司10KV變電所電能管理系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用

張娟1

0  概述 

  昆山之奇美材料科技有限公司10KV變電所項目將建設(shè)6座工廠、12條產(chǎn)線，年銷售額約150億元。其中，一期投資3億美元，計劃建設(shè)1座工廠、2條產(chǎn)線，年產(chǎn)偏光片1200萬平方米，年產(chǎn)值20億元。

  本項目為昆山之奇美材料科技有限公司10KV變電所電能管理系統(tǒng)。根據(jù)配電系統(tǒng)管理的要求，需要對昆山之奇美材料科技有限公司內(nèi)的兩個變電所內(nèi)的低壓配進(jìn)出線回路進(jìn)行電能管理，以保證用電的**、可靠和高效。

  Acrel-3000型低壓智能配電系統(tǒng)，充分利用了現(xiàn)代電子技術(shù)、計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和現(xiàn)場總線技術(shù)的新發(fā)展，對變配電系統(tǒng)進(jìn)行分散數(shù)據(jù)采集和集中監(jiān)控管理。對配電系統(tǒng)的二次設(shè)備進(jìn)行組網(wǎng)，通過計算機和通訊網(wǎng)絡(luò)，將分散的配電所的現(xiàn)場設(shè)備連接為一個有機的整體，實現(xiàn)電網(wǎng)運行的遠(yuǎn)程監(jiān)控和集中管理。

1  系統(tǒng)結(jié)構(gòu)描述

  本監(jiān)控系統(tǒng)主要實現(xiàn)昆山之奇美材料科技有限公司兩個變電所的0.4kV配電系統(tǒng)進(jìn)行用電監(jiān)控與電能管理，監(jiān)控范圍為FAB1變電所的14臺PZ96L-E4/KC，98臺PZ72L-E4/KC，CUB1變電所的7臺PZ96L-E4/KC，41臺PZ72L-E4/KC，F(xiàn)AB1變電所分5條總線直接拉至值班室采集器后接入變電所電能管理系統(tǒng)，CUB1變電所分2條總線拉至該變電所采集箱，后通過光纖網(wǎng)絡(luò)接入值班室監(jiān)控主機，從而實現(xiàn)總線上儀表與監(jiān)控主機的數(shù)據(jù)連通。

  本監(jiān)控系統(tǒng)采用分層分布式結(jié)構(gòu)，即站控層，通訊層與間隔層；

  如圖（1）所示：

  圖（1）網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

  間隔設(shè)備層主要為：多功能網(wǎng)絡(luò)電力儀表。這些裝置分別對應(yīng)相應(yīng)的一次設(shè)備安裝在電氣柜內(nèi)，這些裝置均采用RS485通訊接口，通過現(xiàn)場MODBUS總線組網(wǎng)通訊，實現(xiàn)數(shù)據(jù)現(xiàn)場采集。

  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)場采集裝置集中采集，同時遠(yuǎn)傳至站控層，完成現(xiàn)場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)計算機、顯示器、UPS電源、打印機等設(shè)備。監(jiān)控系統(tǒng)安裝在計算機上，集中采集顯示現(xiàn)場設(shè)備運行狀況，以人機交互的形式顯示給用戶。

  以上網(wǎng)絡(luò)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)但是在同一時刻只能發(fā)送或接收數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)高傳輸速率為10Mbps。RS485接口是采用平衡驅(qū)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(dá)32個設(shè)備，大傳輸距離為1.2km。

2  電能管理系統(tǒng)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(yuǎn)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Epi、遠(yuǎn)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(zhǔn)確的顯示給用戶，達(dá)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)，畫面定時輪巡切換；畫面實時動態(tài)刷新；模擬量顯示；開關(guān)量顯示；連續(xù)記錄顯示等。

  2.3  歷史事件

  歷史事件查看界面主要為用戶查看曾經(jīng)發(fā)生過的故障記錄、信號記錄、操作記錄、越限記錄提供方便友好的人機交互，通過歷史事件查看平臺，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，為您把握整個系統(tǒng)的運行情況提供了良好的軟件支持。

  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  用戶權(quán)限管理

  針對不同級別的用戶，設(shè)置不同的權(quán)限組，防止因人為誤操作給生產(chǎn)，生活帶來的損失，實現(xiàn)配電系統(tǒng)的**，可靠運行?？梢酝ㄟ^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，方便用戶對賬號和權(quán)限的修改。

  2.6  運行負(fù)荷曲線

  負(fù)荷趨勢曲線功能主要負(fù)責(zé)定時采集進(jìn)線及重要回路電流和功率負(fù)荷參量，自動生成運行負(fù)荷趨勢曲線的，方便用戶及時了解設(shè)備的運行負(fù)荷狀況。點擊畫面相應(yīng)按鈕或菜單項可以完成相應(yīng)功能的切換；可以查看實時趨勢曲線或歷史趨勢線；對所選曲線可以進(jìn)行平移、縮放、量程變換等操作，幫助用戶進(jìn)線趨勢分析和故障追憶，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。

  2.7  遠(yuǎn)程報表查詢

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

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

3  案例分析

  昆山之奇美材料科技有限公司10KV變電所電能管理系統(tǒng)分兩個變電所（FAB1變電所和CUB1變電所），本項目針對這兩個變電所的0.4kV配電系統(tǒng)進(jìn)行電能管理，根據(jù)這兩個變電所的監(jiān)控，完成變電所的運行管理，以及對于整個廠房耗能的全掌控。

  配電所進(jìn)線回路采用PZ96L-E4/KC多功能儀表，其是針對電力系統(tǒng)、工礦企業(yè)、公共設(shè)施、智能大廈的電力監(jiān)控需求而設(shè)計的網(wǎng)絡(luò)電力儀表，它能測量所有常規(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、無功電度等多種電參量。并且本儀表帶有2路光電隔離開關(guān)量輸入接點，這些接點可以配合智能斷路器實現(xiàn)斷路器的遙信操作。該系列網(wǎng)絡(luò)電力儀表主要應(yīng)用于變電站自動化、配電網(wǎng)自動化、小區(qū)電力監(jiān)控、工業(yè)自動化、能源管理系統(tǒng)及智能建筑等領(lǐng)域。

  出線回路采用PZ72L-E4/KC系列網(wǎng)絡(luò)電力儀表，該儀表主要測量所有常規(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、無功電度。

  低壓配電二次圖見圖（2），功能有電量遙測主要監(jiān)測運行設(shè)備的電參量，其中包括：線三相電壓，電流，功率，功率因數(shù)，電能，頻率等電參量及配出回路的三相電流；遙信功能實現(xiàn)顯示現(xiàn)場設(shè)備的運行狀態(tài)，主要包括：開關(guān)的分、合閘運行狀態(tài)和通訊故障報警；斷路器變位時會發(fā)出報警信號，提醒用戶及時處理故障。

圖（2）低壓配電二次圖

  遙信和遙測報警功能，主要完成對低壓各出線回路的開關(guān)運行狀態(tài)和負(fù)載進(jìn)線監(jiān)控，對開關(guān)變位和負(fù)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(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。見圖（3）和圖（4）。

圖（3） 實時遙信報警信息

圖（4）歷史遙測報警信息查詢

  參數(shù)抄表功能，主要對低壓各出線回路的電參數(shù)進(jìn)線查詢。支持任意時刻電參數(shù)查詢，具備數(shù)據(jù)導(dǎo)出和報表打印等功能。該報表查詢供兩個變電所6臺變壓器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及變壓器溫度。該報表各回路名稱和數(shù)據(jù)庫關(guān)聯(lián)，方便用戶修改回路名稱。見圖（5）。

       圖（5） 參數(shù)抄表

  用電量報表功能，可選擇時間段進(jìn)行查詢，支持任意時間段電度累計查詢，具備數(shù)據(jù)導(dǎo)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(guān)聯(lián)，方便用戶修改回路名稱。如下圖所示，變電所內(nèi)的各配電回路的**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。 見圖（6）。

圖（6） 電能報表

  系統(tǒng)通訊結(jié)構(gòu)示意圖，主要顯示系統(tǒng)的組網(wǎng)結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)采用分層分布式結(jié)構(gòu)，同時監(jiān)測間隔層設(shè)備的通信狀態(tài)。紅色表示通訊正常，綠色表示通訊故障。見圖（7）。

圖（7）系統(tǒng)通訊結(jié)構(gòu)示意圖

  負(fù)荷趨勢曲線界面中可直觀的查看回路的負(fù)荷運行情況。查看實時和歷史趨勢曲線，點擊畫面相應(yīng)按鈕或菜單項可以完成相應(yīng)功能的切換；幫助用戶進(jìn)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。見圖（8）。

圖（8）趨勢曲線圖

4  結(jié)束語

  隨著社會的發(fā)展及電力的廣泛應(yīng)用，電力監(jiān)控系統(tǒng)已成為國內(nèi)各地重點工程項目、標(biāo)志性建筑/大型公共設(shè)施等大面積多變電所用戶的必然選擇，本文介紹的Acrel-3000電能管理系統(tǒng)在昆山之奇美材料科技有限公司10KV變電所的應(yīng)用，可以實現(xiàn)對變電所高低壓配電回路用電的實時監(jiān)控與電能管理，不僅能顯示回路用電狀況，還具有網(wǎng)絡(luò)通訊功能，可以與串口服務(wù)器、計算機等組成電力監(jiān)控系統(tǒng)。系統(tǒng)實現(xiàn)對采集數(shù)據(jù)的分析、處理，實時顯示變電所內(nèi)各配電回路的運行狀態(tài)，對分合閘、負(fù)載越限具有彈出報警對話框及語音提示，并生成各種電能報表、分析曲線、圖形等，便于電能的遠(yuǎn)程抄表以及分析、研究。該系統(tǒng)運行**、可靠、穩(wěn)定，為變電所用戶解決用電問題提供了真實可靠的依據(jù)，取得了較好的社會效益。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡介：

張娟，女，本科，安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向為智能電網(wǎng)供配電