橫琴天羽隧道Acrel-2000電力監(jiān)控系統(tǒng)的研究與應(yīng)用

摘要：介紹橫琴天羽隧道，采用智能電力儀表、采集配電現(xiàn)場的各種電參量和開關(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)場總線通訊并遠傳至后臺，通過Acrel-2000型電力監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)配電室配電回路用電的實時監(jiān)控和管理。

0 概述 

天羽道隧道全長1.2公里，由雙向4車道車行隧道和單洞行人與非機動車混行隧道組成，位于珠海市橫琴新區(qū)，建成后將有效優(yōu)化城市布局，快速連接環(huán)島北路和港澳大道，打通小橫琴山南北兩側(cè)的交通網(wǎng)絡(luò)，將原有20分鐘的車程縮短至2分鐘。安科瑞電氣股份有限公司為橫琴新區(qū)天羽道隧道進口端變電所低壓室配電工程提供電力監(jiān)控系統(tǒng)，保證變配電的運行的可靠性。

本次項目主要涉及橫琴天羽隧道中配電室內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)多功能儀表，監(jiān)控主機位于1層的值班室。

1 需求分析

為保證生產(chǎn)管理用電負荷的統(tǒng)計與分析及對危險源實時監(jiān)控。需要對項目現(xiàn)場的配電室中進線及出線回路進行電壓、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)條件適用于橫琴天羽隧道配電室。供方產(chǎn)品應(yīng)具有高安全性與可靠性、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)滿足對配電室數(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）。

支持數(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)庫導入/導出等功能。

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)安全性、可靠性。

2  系統(tǒng)方案

安科瑞Acrel-2000系統(tǒng)根據(jù)橫琴天羽隧道現(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數(shù)據(jù)采集器然后通過網(wǎng)線直接接至配電室的監(jiān)控主機，保障了電力監(jiān)控監(jiān)控系統(tǒng)傳輸?shù)姆€(wěn)定性與實時性。

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。在橫琴天羽隧道工程中主要指置于地下一層配電室的監(jiān)控主機。

2）網(wǎng)絡(luò)通訊層

 通訊層主要是由采集器、以太網(wǎng)設(shè)備及總線網(wǎng)絡(luò)組成。串口服務(wù)器主要功能是監(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)的安全性、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)遠程控制。

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

3  系統(tǒng)功能

變電所實時監(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：

一次系統(tǒng)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)和負載進線監(jiān)控，對開關(guān)變位和負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。負載越限值在相應(yīng)權(quán)限下可自由設(shè)置。       

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：

報警功能實時查詢

參數(shù)抄表功能，主要對低壓各出線回路的電參數(shù)進線查詢。支持任意時刻電參數(shù)查詢，具備數(shù)據(jù)導出和報表打印等功能。該報表查詢橫琴天羽隧道配電室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)導出和報表打印等功能。為值班人員提供了精確可靠的電能報表。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，用戶可以直接打印報表，可以以EXCEL格式另存到其他位置。 如下圖所示：

 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。下圖為變電所通訊狀態(tài)示意圖。

通訊結(jié)構(gòu)示意圖

4  結(jié)束語

在當今配電設(shè)施的應(yīng)用中，項目的配電安全性至關(guān)重要，本文介紹的Acrel-2000電力監(jiān)控系統(tǒng)在橫琴天羽隧道的應(yīng)用，可以實現(xiàn)對配電室供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，實時顯示配電室內(nèi)各配電回路的運行狀態(tài)，對負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，便于電能的遠程抄表以及分析、研究，該系統(tǒng)運行安全、可靠、穩(wěn)定，為該項目解決用電問題提供了真實可靠的依據(jù)，取得了較好的效益。