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(jì)與應(yīng)用

淮亞利

安科瑞電氣股份有限公司，上海 嘉定 201906；

摘要：介紹山東恒濤節(jié)能環(huán)保有限公司，采用智能電力儀表、采集配電現(xiàn)場的各種電參量、開關(guān)信號。系統(tǒng)采用現(xiàn)場就地組網(wǎng)的方式，組網(wǎng)后通過現(xiàn)場總線通訊并遠(yuǎn)傳至后臺，通過Acrel-3000型電能管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)車間及配電房回路用電的實(shí)時(shí)監(jiān)控和管理。

關(guān)鍵詞：智能電力儀表;Acrel-3000;電能管理系統(tǒng);

0 概述 

       山東恒濤集團(tuán)是從事電站鍋爐、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(jī)床、汽車服務(wù)，教育服務(wù)于一體的綜合性集團(tuán)公司，集團(tuán)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(xiàng)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(diǎn)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(jì)與分析及對危險(xiǎn)源實(shí)時(shí)監(jiān)控。需要對項(xiàng)目現(xiàn)場的配電箱等電氣設(shè)備進(jìn)行電壓、電流、功率等參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)在線監(jiān)控。一旦監(jiān)控點(diǎn)被監(jiān)視參數(shù)異常，能夠及時(shí)檢測報(bào)警，有關(guān)人員采取必要的措施，避免安全事故的發(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(shí)間，方便用戶找出非正常用電回路并且及時(shí)進(jìn)行整改，建立電能多級計(jì)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(jìn)出線回路。供方產(chǎn)品應(yīng)具有高安全性與可靠性、易于擴(kuò)展、便于維修與維護(hù)。供方提供的產(chǎn)品應(yīng)至少滿足本技術(shù)條件，但不僅限于此，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(shí)時(shí)采集、自動周期采集（定時(shí)采集）可配置周期（1分鐘～24小時(shí)）。

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

       支持多線程處理機(jī)制，提高數(shù)據(jù)采集效率，能同時(shí)對多個(gè)設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。

       數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)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(jì)、分析需要實(shí)現(xiàn)以下功能：

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

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

       統(tǒng)計(jì)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(shí)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(jì)分析的數(shù)據(jù)可靈活采用報(bào)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(jì)用量、實(shí)時(shí)監(jiān)測、運(yùn)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(jì)和分析、分類分項(xiàng)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安全控制機(jī)制，能使應(yīng)用環(huán)境中的信息資源得到有效地保護(hù)，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(hù)整定值。

       故障判斷與報(bào)警具有故障自動判斷并采用聲光方式報(bào)警功能。報(bào)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(bào)警時(shí)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(shí)掌握變配電站實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)變配電運(yùn)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)安全性、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(shí)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(jī)，保障了電能管理監(jiān)控系統(tǒng)傳輸?shù)姆€(wěn)定性與實(shí)時(shí)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(jì)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(jī)，實(shí)現(xiàn)總線上儀表與監(jiān)控主機(jī)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(jī)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(jī)。

2）網(wǎng)絡(luò)通訊層

        通訊層主要是由監(jiān)控工控機(jī)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(shí)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)的安全性、可靠性和穩(wěn)定性，真正達(dá)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(dá)該配電間監(jiān)控主機(jī)進(jìn)行組網(wǎng)，實(shí)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(jìn)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(jìn)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(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)圖為主監(jiān)控畫面，主要實(shí)時(shí)監(jiān)測變電所所有回路的運(yùn)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(jìn)線和出線的運(yùn)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(bào)警功能，主要完成對低壓各出線回路的開關(guān)運(yùn)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(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，如下圖所示：

                報(bào)警功能歷史查詢

       事件告警記錄功能，主要完成對查詢時(shí)間段內(nèi)出現(xiàn)的報(bào)警信息事件記錄以及發(fā)生時(shí)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(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。該報(bào)表查詢一科大廈樓層配電箱進(jìn)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(bào)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(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。為值班人員提供了準(zhǔn)確可靠的電能報(bào)表。該報(bào)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(shí)驗(yàn)樓配電回路的準(zhǔn)確用電量，用戶可以直接打印報(bào)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(shí)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(yùn)行情況。查看實(shí)時(shí)和歷史趨勢曲線，點(diǎn)擊畫面相應(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。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(xiàng)目的配電安全性至關(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(shí)現(xiàn)對車間配電回路用電的實(shí)時(shí)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(jì)算機(jī)等組成電能管理系統(tǒng)。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對采集數(shù)據(jù)的分析、處理，實(shí)時(shí)顯示配電房內(nèi)各配電回路的運(yùn)行狀態(tài)，對負(fù)載越限具有彈出報(bào)警對話框、語音提示，并生成各種電能報(bào)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(yùn)行安全、可靠、穩(wěn)定，為工業(yè)項(xiàng)目解決用電問題提供了安全可靠的依據(jù)，取得了較好的企業(yè)效益。

參考文獻(xiàn)：

[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(jì)中的應(yīng)用》，高士宏，科技風(fēng)[3]《電力監(jiān)控運(yùn)用于10kv供配電設(shè)計(jì)》，姚強(qiáng)，科技天地