山東恒濤節(jié)能環(huán)保有限公司電能管理系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用

0 概述 

       山東恒濤集團是專業(yè)從事電站鍋爐、余熱鍋爐研發(fā)、制造、安裝、節(jié)能改造以及熱電供應(yīng)、光伏能源、鍛壓機床、汽車服務(wù)，教育服務(wù)于一體的綜合性集團公司，集團公司總注冊資金4.7億元，廠區(qū)面積140多萬平方米，員工2000余人，總資產(chǎn)30多億元。

       本項目為山東恒濤節(jié)能環(huán)保有限公司的車間設(shè)備用電監(jiān)測，現(xiàn)場主要監(jiān)測點位為車間配電箱內(nèi)的智能儀表。

1 需求分析       

       為保證生產(chǎn)管理用電負(fù)荷的統(tǒng)計與分析及對危險源實時監(jiān)控。需要對項目現(xiàn)場的配電箱等電氣設(shè)備進行電壓、電流、功率等參數(shù)進行實時在線監(jiān)控。一旦監(jiān)控點被監(jiān)視參數(shù)異常，能夠及時檢測報警，有關(guān)人員采取必要的措施，避免**事故的發(fā)生。自動抄表功能節(jié)省了人力物力，功率趨勢曲線功能能夠直觀的顯示各回路的工作狀態(tài)與時間，方便用戶找出非正常用電回路并且及時進行整改，建立電能多級計量體系提供用能分析依據(jù)。

       本技術(shù)條件適用于山東恒濤節(jié)能環(huán)保有限公司的回路進出線回路。供方產(chǎn)品應(yīng)具有高**性與可靠性、易于擴展、便于維修與維護。供方提供的產(chǎn)品應(yīng)至少滿足本技術(shù)條件，但不**于此，其技術(shù)性能應(yīng)滿足對樓層配電箱數(shù)據(jù)監(jiān)控的要求。       

數(shù)據(jù)采集

       自動采集現(xiàn)場所有電量儀表的模擬量數(shù)據(jù)，自動采集現(xiàn)場開關(guān)狀態(tài)以及故障狀態(tài)等開關(guān)量數(shù)據(jù)。

       支持實時采集、自動周期采集（定時采集）可配置周期（1分鐘～24小時）。

       支持?jǐn)?shù)據(jù)傳輸正確性檢驗，異常數(shù)據(jù)自動處理。

       支持多線程處理機制，提高數(shù)據(jù)采集效率，能同時對多個設(shè)備進行數(shù)據(jù)采集。

       數(shù)據(jù)實時顯示采用配電箱主接線圖直觀顯示模式，各回路開關(guān)斷合以及故障狀態(tài)直觀可見。

數(shù)據(jù)分析與處理

       數(shù)據(jù)的綜合統(tǒng)計、分析需要實現(xiàn)以下功能：

       各設(shè)備用電數(shù)據(jù)小時、日、月、年等時間段內(nèi)的統(tǒng)計、計算。

       各設(shè)備的用電負(fù)荷（有功、無功）*大、*小、平均值計算。

       統(tǒng)計各分站及整體的用電量（有功、無功）。

數(shù)據(jù)查詢與展示

       要求能方便實現(xiàn)客戶端查詢和各級管理人員的查詢，查詢界面能適應(yīng)各級管理人員的要求能夠支持靈活的條件組合查詢和對比分析，各類統(tǒng)計分析的數(shù)據(jù)可靈活采用報表等多種圖表方式直觀的展示功能。

       數(shù)據(jù)展示功能按照不同用戶的不同的權(quán)限，分為操作層、管理層、決策層三層用能展示。

       操作層具備用能分析、累計用量、實時監(jiān)測、運行記錄及比例、對比、對標(biāo)分析等功能。

       管理層具備用能數(shù)據(jù)統(tǒng)計和分析、分類分項的對比、對標(biāo)分析等功能。

       決策層具備用能數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)刪除、數(shù)據(jù)庫導(dǎo)入/導(dǎo)出等功能。

權(quán)限管理

       要求對不同用戶賦予不同角色的權(quán)限，能授權(quán)到功能子菜單、具體檔案記錄、數(shù)據(jù)記錄等。

       系統(tǒng)要求具備合理完善的用戶**控制機制，能使應(yīng)用環(huán)境中的信息資源得到有效地保護，防止信息的丟失、失竊和破壞。

節(jié)能改造及效果評估

       要求為生產(chǎn)節(jié)能改造提供數(shù)據(jù)支撐，并能提供節(jié)能改造前后的效果評估。

參數(shù)設(shè)置

       可通過采集柜設(shè)置各回路互感器變比，各種電流電壓保護整定值。

       故障判斷與報警具有故障自動判斷并采用聲光方式報警功能。報警類型包括開關(guān)故障，電壓、電流超限，現(xiàn)場采集模塊通訊故障，與監(jiān)控系統(tǒng)通訊故障等。報警時間自動記入系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，方便用戶查詢，工作人員可隨時掌握變配電站實時運行狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)變配電運行故障并作出相應(yīng)處理，提高變配電的管理效率，提升電力系統(tǒng)**性、可靠性。

2  系統(tǒng)方案

安科瑞Acrel-3000系統(tǒng)根據(jù)山東恒濤節(jié)能環(huán)保有限公司的現(xiàn)場實際情況，整體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)采用屏蔽雙絞線直接接至監(jiān)控室的對應(yīng)的數(shù)據(jù)采集器然后通過網(wǎng)線直接接至監(jiān)控主機，保障了電能管理監(jiān)控系統(tǒng)傳輸?shù)姆€(wěn)定性與實時性。如下圖所示：站控管理層、網(wǎng)絡(luò)通訊層和現(xiàn)場設(shè)備層。

       現(xiàn)場共計22只多功能儀表分為4條RS485總線接至配電房的監(jiān)控工控機，實現(xiàn)總線上儀表與監(jiān)控主機的數(shù)據(jù)連通。

1）站控管理層

       站控管理層針對電力監(jiān)控系統(tǒng)的管理人員，是人機交互的直接窗口。在山東恒濤節(jié)能環(huán)保有限公司中主要指置于配電房的監(jiān)控主機。

2）網(wǎng)絡(luò)通訊層

        通訊層主要是由監(jiān)控工控機的通訊串口、以太網(wǎng)設(shè)備及總線網(wǎng)絡(luò)組成。串口主要功能是監(jiān)測現(xiàn)場智能儀表；以太網(wǎng)設(shè)備及總線網(wǎng)絡(luò)的主要功能是實現(xiàn)分站與主站之間的數(shù)據(jù)交互，使配電系統(tǒng)管理集中化、信息化、智能化，提高了配電系統(tǒng)的**性、可靠性和穩(wěn)定性，真正達到了無人值守的目的。

3）現(xiàn)場設(shè)備層

       現(xiàn)場設(shè)備層是數(shù)據(jù)采集終端，主要由智能儀表組成，智能儀表通過屏蔽雙絞線RS485接口，采用MODBUS通訊協(xié)議總線型連接接入通訊服務(wù)器，經(jīng)通訊服務(wù)器到達該配電間監(jiān)控主機進行組網(wǎng)，實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。

智能儀表現(xiàn)場連接示意

       現(xiàn)場儀表以手拉手方式通過屏蔽雙絞線(RVSP2*1.0)進行通訊連接，每根總線連接智能儀表數(shù)量在20只左右，不同種類的智能裝置連接在不同的總線上，然后將數(shù)據(jù)上傳至串口服務(wù)器，進而將數(shù)據(jù)上傳至當(dāng)?shù)乇O(jiān)控終端。具體連接示意圖如下所示：

3  系統(tǒng)功能

       現(xiàn)場實時監(jiān)控系統(tǒng)圖為主監(jiān)控畫面，主要實時監(jiān)測變電所所有回路的運行狀態(tài)，紅色代表合閘，綠色代表分閘。在系統(tǒng)圖中可以直觀的看到每路進線和出線的運行參數(shù)和狀態(tài)，可以看到變壓器出線側(cè)的所有常規(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、有功電度等。如下圖所示：

系統(tǒng)一次圖

       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，如下圖所示：

                報警功能歷史查詢

       事件告警記錄功能，主要完成對查詢時間段內(nèi)出現(xiàn)的報警信息事件記錄以及發(fā)生時間，為值班人員提供依據(jù)并且分析事故發(fā)生的原因，如下圖所示：

       參數(shù)抄表功能，主要對低壓各出線回路的電參數(shù)進線查詢。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。該報表查詢一科大廈樓層配電箱進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。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

                    電參數(shù)抄表

       用電量報表功能，可選擇時間段進行查詢，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。為值班人員提供了準(zhǔn)確可靠的電能報表。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，顯示辦公樓實驗樓配電回路的準(zhǔn)確用電量，用戶可以直接打印報表，可以以EXCEL格式另存到其他位置。 

       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。下圖為變電所通訊狀態(tài)示意圖。

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。如下圖所示：

趨勢曲線圖

4  結(jié)束語

       在當(dāng)今配電設(shè)施的應(yīng)用中，工業(yè)項目的配電**性至關(guān)重要，本文介紹的Acrel-3000電能管理系統(tǒng)在山東恒濤節(jié)能環(huán)保有限公司的應(yīng)用，可以實現(xiàn)對車間配電回路用電的實時監(jiān)控，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、計算機等組成電能管理系統(tǒng)。系統(tǒng)實現(xiàn)對采集數(shù)據(jù)的分析、處理，實時顯示配電房內(nèi)各配電回路的運行狀態(tài)，對負(fù)載越限具有彈出報警對話框、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，為工業(yè)項目解決用電問題提供了**可靠的依據(jù)，取得了較好的企業(yè)效益。

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

[2]《電力監(jiān)控系統(tǒng)在供配電設(shè)計中的應(yīng)用》，高士宏，科技風(fēng)[3]《電力監(jiān)控運用于10kv供配電設(shè)計》，姚強，科技天地

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

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