電能管理系統(tǒng)在云南建行本部變電所改造的應(yīng)用

概述

    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(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和現(xiàn)場總線技術(shù)的發(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(jī)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(jī)的整體，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)運(yùn)行的遠(yuǎn)程監(jiān)控和集中管理。本項(xiàng)目為中國建設(shè)銀行股份有限公司云南分行本部地下B2變電所改造。根據(jù)配電系統(tǒng)管理的要求，需要對銀行變電所內(nèi)的低壓配出線進(jìn)行電力監(jiān)控，以保證用電的安全、可靠和。

 1  系統(tǒng)結(jié)構(gòu)描述

    本監(jiān)控系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)中國建設(shè)銀行股份有限公司云南分行本部地下B2變電所的0.4kV配電系統(tǒng)進(jìn)行用電監(jiān)測與電能管理；監(jiān)測范圍為改造變電所的T1、T2變壓器的饋線柜、母聯(lián)柜、電容補(bǔ)償柜，變壓器的相間溫度、配電室和發(fā)電機(jī)房的溫濕度，饋線柜和母聯(lián)柜側(cè)儀表進(jìn)行遠(yuǎn)程實(shí)時監(jiān)控和電能管理。該系統(tǒng)總計有29只儀表，分4條總線，都是直接通過屏蔽雙絞線走管道拉至值班室后連接到串口服務(wù)器上，實(shí)現(xiàn)總線上儀表與監(jiān)控主機(jī)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：

    間隔設(shè)備層主要為：多功能網(wǎng)絡(luò)電力儀表、開關(guān)量、模擬量采集模塊和智能斷路器等。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(shí)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(jī)、顯示器、UPS電源、打印機(jī)、報警蜂鳴器等設(shè)備。監(jiān)控系統(tǒng)安裝在計算機(jī)上，集中采集顯示現(xiàn)場設(shè)備運(yùn)行狀況，以人機(jī)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)zui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(qiáng)，總線上允許連接多達(dá)32個設(shè)備，zui大傳輸距離為1.2km。

 2  電力監(jiān)控系統(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(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)的本地實(shí)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、諧波量、遠(yuǎn)程設(shè)備運(yùn)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(shí)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(jī)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(shí)時運(yùn)行參；畫面實(shí)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  歷時事件

    歷時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(jī)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(yùn)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(shí)現(xiàn)配電系統(tǒng)的安全，可靠運(yùn)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(yùn)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(yùn)行負(fù)荷趨勢曲線的，方便用戶及時了解設(shè)備的運(yùn)行負(fù)荷狀況。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；可以查看實(shí)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(yùn)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(shí)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

3.1  客戶要求

     中國建設(shè)銀行股份有限公司云南分行本部變電所的0.4kV配電系統(tǒng)進(jìn)行用電監(jiān)測與電能管理；監(jiān)測范圍為地下B2變電所改造的T1、T2變壓器聯(lián)絡(luò)柜、母聯(lián)柜、電容補(bǔ)償柜、變壓器相間溫度、配電室溫濕度、發(fā)電機(jī)溫濕度，饋線柜側(cè)儀表進(jìn)行遠(yuǎn)程實(shí)時監(jiān)控和電能管理。

      客戶提供的配電室電力監(jiān)測需求表（列舉）：

1. 諧波報表功能，下圖是客戶要求實(shí)現(xiàn)的數(shù)據(jù)顯示，主要完成對低壓出線回路的諧波分量統(tǒng)計，為值班人員提供了直觀、、可靠的電網(wǎng)質(zhì)量報表。

1. 機(jī)房環(huán)境、變壓器相間溫度報表功能，下圖是客戶要求實(shí)現(xiàn)的數(shù)據(jù)顯示，主要完發(fā)電機(jī)房和配電室溫濕度統(tǒng)計，變壓器相間溫度風(fēng)機(jī)啟停的檢測。
2. 機(jī)房環(huán)境、變壓器相間溫度報表功能，下圖是客戶要求實(shí)現(xiàn)的數(shù)據(jù)顯示，主要完發(fā)電機(jī)房和配電室溫濕度統(tǒng)計，變壓器相間溫度風(fēng)機(jī)啟停的檢測。

1. 客戶對報表的要求：對各回路的電流、電壓、功率、功率因數(shù)、2-31各次諧波分量、相間溫度℃，發(fā)電機(jī)房和配電室溫濕度做相應(yīng)的報表并支持查詢歷史數(shù)據(jù)打印功能，用餅圖的形式顯示四個中心機(jī)房的負(fù)載率。

3.2  針對本項(xiàng)目軟件實(shí)現(xiàn)功能

    本改造項(xiàng)目中部分低壓出線回路采用北京愛博II 50多功能網(wǎng)絡(luò)電力儀表，兩個變壓器采用LD-B10-10F溫度巡檢儀，配電室和發(fā)電機(jī)房采用HD 30溫濕度儀表，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、諧波量等多種電參量。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。

    1#主變壓器一次圖見圖（1），功能有電量遙測主要監(jiān)測運(yùn)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(shí)現(xiàn)顯示現(xiàn)場設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，主要包括：開關(guān)的分、合閘運(yùn)行狀態(tài)和通訊故障報警。

   參數(shù)抄表功能，主要完成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。該報表查詢供變電所2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。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（2）。

    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。 見圖（3）。

     電能年、月、日報表功能，主要完成對低壓出線回路的電能進(jìn)線年、月、日統(tǒng)計，還配電能餅圖，為值班人員提供了直觀、、可靠的年、月、日報表。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，具備數(shù)據(jù)導(dǎo)出和報表打印等功能。見圖（4）和圖（5）。

    諧波報表功能，主要完成對低壓出線回路的諧波分量統(tǒng)計，為值班人員提供了直觀、、可靠的電網(wǎng)質(zhì)量報表。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，具備數(shù)據(jù)導(dǎo)出、歷史數(shù)據(jù)查詢和報表打印等功能。見圖（6）。

    機(jī)房環(huán)境、變壓器相間溫度報表功能，左圖是客戶要求右圖是軟件實(shí)現(xiàn)的，主要完發(fā)電機(jī)房和配電室溫濕度統(tǒng)計，變壓器相間溫度風(fēng)機(jī)啟停的檢測。為值班人員提供了直觀、、可靠的變壓器運(yùn)行情況和機(jī)房環(huán)境報表。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，具備數(shù)據(jù)導(dǎo)出、歷史數(shù)據(jù)查詢和報表打印等功能。見圖（7）和圖（8）。

    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（9）。

圖（9）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(yùn)行情況。查看實(shí)時和歷史趨勢曲線，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。為分析整個系統(tǒng)的運(yùn)行狀況提供了直觀而方便的軟件支持。見圖（10）。

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)已成為全國各地重點(diǎn)工程項(xiàng)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)在中國建設(shè)銀行股份有限公司云南分行本部地下B2變電所改造的應(yīng)用，可以實(shí)現(xiàn)對變電所低壓配電回路用電的實(shí)時監(jiān)控和電能管理，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(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)時顯示變電所內(nèi)各配電回路的運(yùn)行狀態(tài)，對模擬分合閘、負(fù)載越限具有彈出報警對話框及報警聲音提示，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(yùn)行安全、可靠、穩(wěn)定，為變電所用戶解決用電問題提供了真實(shí)可靠的依據(jù)，取得了較好的社會效益。

參考文獻(xiàn)：

[1].任致程 周中. 電力電測數(shù)字儀表原理與應(yīng)用指南[M]. 北京. 中國電力出版社. 2007. 4

[2].周中等編著. 智能電網(wǎng)用戶端電力監(jiān)控與電能管理系統(tǒng)產(chǎn)品選型及解決方案[M]. 北京. 機(jī)械工業(yè)出版社. 2011.10

作者簡介：

淮亞利，女，本科，安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向?yàn)橹悄茈娋W(wǎng)供配電