徐霜

安科瑞電氣股份有限公司，上海 嘉定 201801

    摘要：介紹安科瑞電能管理系統(tǒng)，采用智能電力儀表采集分布在變電所的66塊多功能網(wǎng)絡(luò)電力儀表的各種電參量。系統(tǒng)采用現(xiàn)場(chǎng)就地組網(wǎng)的方式，組網(wǎng)后通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)通訊遠(yuǎn)傳至監(jiān)控后臺(tái)，通過(guò)電能管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)變電所配電回路用電的實(shí)時(shí)監(jiān)控和管理。

    1 概述

    北京金隅節(jié)能保溫科技公司是金隅集團(tuán)（股份）下屬的全資子公司，是在集團(tuán)單向產(chǎn)品做強(qiáng)、做大的經(jīng)營(yíng)理念指導(dǎo)下，順應(yīng)國(guó)家節(jié)能降耗政策，將原星牌公司重組為專(zhuān)門(mén)研制、生產(chǎn)節(jié)能保溫墻體材料的科技公司，注冊(cè)資金3億元。公司致力于節(jié)能、環(huán)保、綠色建材的研發(fā)、生產(chǎn)及應(yīng)用推廣，目標(biāo)是成為中國(guó)新型節(jié)能環(huán)保建材規(guī)模生產(chǎn)和系統(tǒng)推廣的引領(lǐng)者，主要產(chǎn)品有巖棉保溫板、粒狀棉、玻璃反射鏡三大類(lèi)產(chǎn)品。

    安科瑞電氣股份有限公司于2013年8月承接北京金隅節(jié)能保溫科技公司河北分公司配電室電能管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)施，配電系統(tǒng)共有2路0.4kV電源進(jìn)線(xiàn)，64路0.4kV電源出線(xiàn)組成。

    2 客戶(hù)需求

    現(xiàn)場(chǎng)66個(gè)電壓回路的儀表和6塊燃?xì)獗矸植荚谕�一地點(diǎn)，改造前所有數(shù)據(jù)依靠人工統(tǒng)計(jì)，無(wú)法保證數(shù)據(jù)的正確性和統(tǒng)一性，對(duì)用電管理帶來(lái)很大的不便，根據(jù)其實(shí)際情況提出以下需求：

    1.集中采集66個(gè)回路低壓儀表和6塊燃?xì)獗淼臄?shù)據(jù)并在一次系統(tǒng)圖界面顯示。

    2.各個(gè)回路的電流越限時(shí)，系統(tǒng)通過(guò)聲光告警通知被管理人員，及時(shí)消除安全用電隱患。

    3.需實(shí)時(shí)和歷史分析各個(gè)回路的用電趨勢(shì)，便于削峰填谷，錯(cuò)峰供電和生產(chǎn)。

    4.能夠查看具體某個(gè)回路或幾個(gè)回路每天的用電量，并可通過(guò)報(bào)表進(jìn)行對(duì)比。

    5.采集燃?xì)獗淼臄?shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示。

    根據(jù)用戶(hù)需求，需要對(duì)現(xiàn)場(chǎng)變配電所通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)進(jìn)行組網(wǎng)并建立電能管理系統(tǒng)（主要是數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控），在控制中心值班室內(nèi)設(shè)置監(jiān)控平臺(tái)，對(duì)66個(gè)回路實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、統(tǒng)計(jì)、分析，以保證用電的安全、可靠和高效。

    安科瑞電能管理系統(tǒng)，充分利用了現(xiàn)代電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)的最新發(fā)展，對(duì)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(duì)配電系統(tǒng)的二次設(shè)備進(jìn)行組網(wǎng)，通過(guò)計(jì)算機(jī)和通訊網(wǎng)絡(luò)，將分散的配電所的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備連接為一個(gè)有機(jī)的整體，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)運(yùn)行的遠(yuǎn)程監(jiān)控、集中管理。

    3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)描述

    本系統(tǒng)采用分層分布式結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，即站控管理層、網(wǎng)絡(luò)通訊層和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層，項(xiàng)目組網(wǎng)圖如下，現(xiàn)場(chǎng)66個(gè)低壓回路的多功能網(wǎng)絡(luò)電力儀表和6塊燃?xì)獗斫?jīng)RS485現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)連接至串口服務(wù)器，然后通過(guò)以太網(wǎng)傳輸至現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控主機(jī)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集，存儲(chǔ)，處理，顯示和上傳如圖（1）所示：

圖（1）電能管理系統(tǒng)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，分別對(duì)應(yīng)相應(yīng)的一次設(shè)備分散安裝在同一配電室的電氣柜內(nèi)，這些裝置均采用RS485通訊接口，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)MODBUS總線(xiàn)組網(wǎng)通訊，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)現(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)采集裝置集中采集，同時(shí)遠(yuǎn)傳至站控層，完成現(xiàn)場(chǎng)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(jì)算機(jī)、顯示器、UPS電源、打印機(jī)等設(shè)備。監(jiān)控系統(tǒng)安裝在計(jì)算機(jī)上，集中采集顯示現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備運(yùn)行狀況，以人機(jī)交互的形式顯示給用戶(hù)。

    建設(shè)完成后的多功能網(wǎng)絡(luò)電力儀表均采用RS485接口和MODBUS-RTU通訊協(xié)議，RS485采用屏蔽線(xiàn)傳輸，一般都采用二根連線(xiàn)，接線(xiàn)簡(jiǎn)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(shí)刻只能發(fā)送或接收數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)最高傳輸速率為10Mbps。

    RS485接口是采用平衡驅(qū)動(dòng)器和差分接收器的組合，抗噪聲干擾能力增強(qiáng)，總線(xiàn)上允許連接多達(dá)32個(gè)設(shè)備，最大傳輸距離為1.2km。

    4 電能管理系統(tǒng)主要功能

    4.1 數(shù)據(jù)采集與處理

    數(shù)據(jù)采集是電能管理的基礎(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(shí)顯示。需要完成采集的信號(hào)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(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(shí)準(zhǔn)確的顯示給用戶(hù)，達(dá)到電能管理的自動(dòng)化化和智能化要求，同時(shí)把采集到的數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫(kù)供用戶(hù)查詢(xún)。

    4.2 歷史事件

    歷史事件查看界面主要為用戶(hù)查看曾經(jīng)發(fā)生過(guò)的故障記錄、信號(hào)記錄、操作記錄、越限記錄提供方便友好的人機(jī)交互，通過(guò)歷史事件查看平臺(tái)，您可以根據(jù)自己的要求和查詢(xún)條件方便定位您所要查看的歷史事件，為您把握整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行情況提供了良好的軟件支持。

    4.3 數(shù)據(jù)庫(kù)建立與查詢(xún)

    主要完成遙測(cè)量和遙信量定時(shí)采集，并且建立數(shù)據(jù)庫(kù)，定期生成報(bào)表，以供用戶(hù)查詢(xún)打印。

    4.4 運(yùn)行負(fù)荷曲線(xiàn)

    負(fù)荷趨勢(shì)曲線(xiàn)功能主要負(fù)責(zé)定時(shí)重要回路電流和功率負(fù)荷參量，自動(dòng)生成運(yùn)行負(fù)荷趨勢(shì)曲線(xiàn)的，方便用戶(hù)及時(shí)了解設(shè)備的運(yùn)行負(fù)荷狀況。點(diǎn)擊畫(huà)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(shí)趨勢(shì)曲線(xiàn)或歷史趨勢(shì)線(xiàn)；對(duì)所選曲線(xiàn)可以進(jìn)行平移、縮放、量程變換等操作，幫助用戶(hù)進(jìn)線(xiàn)趨勢(shì)分析和故障追憶，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。

    4.5 遠(yuǎn)程報(bào)表查詢(xún)

    報(bào)表管理程序的主要功能是根據(jù)用戶(hù)的需要設(shè)計(jì)報(bào)表樣式，把系統(tǒng)中處理的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)篩選、組合和統(tǒng)計(jì)生成用戶(hù)需要的報(bào)表數(shù)據(jù)。本程序還可以根據(jù)用戶(hù)的需要對(duì)報(bào)表文件采用定時(shí)保存、打印或者召喚保存、打印模式。同時(shí)本程序還向用戶(hù)提供了對(duì)生成的報(bào)表文件管理功能。

    報(bào)表具有自由設(shè)置查詢(xún)時(shí)間實(shí)現(xiàn)日、月、年的電能統(tǒng)計(jì)，數(shù)據(jù)導(dǎo)出和報(bào)表打印等功能。

    4.6 采集燃?xì)獗頂?shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示

    5 案例分析

    本監(jiān)控系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)金隅節(jié)能保溫科技公司變電所66個(gè)回路配電實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、分析及管理，監(jiān)控范圍如下表1所示：

    表1 監(jiān)測(cè)點(diǎn)位分布表

    根據(jù)其改造的回路，系統(tǒng)可實(shí)時(shí)顯示一次回路運(yùn)行狀況，功能有電量遙測(cè)主要監(jiān)測(cè)運(yùn)行設(shè)備的電參量，其中包括：線(xiàn)三相電壓、電流、功率、功率因數(shù)、電能，頻率等電參量。見(jiàn)圖（2）

圖（2） 一次系統(tǒng)圖

    系統(tǒng)監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)所有點(diǎn)的通訊狀態(tài)，紅色綠色分別代表儀表通訊異常和正常，便于用戶(hù)查看各監(jiān)測(cè)點(diǎn)通訊狀態(tài)，如圖3：

圖（3） 通訊狀態(tài)圖

    遙測(cè)報(bào)警功能，主要完成對(duì)直變和主變負(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(xún)功能，見(jiàn)圖（4）。

圖（4） 越限報(bào)警信息

    用電量報(bào)表功能，可選擇時(shí)間段進(jìn)行查詢(xún)，支持任意時(shí)間段電度累計(jì)查詢(xún)，具備數(shù)據(jù)導(dǎo)出和報(bào)表打印等功能。為值班人員提供了精確可靠的電能報(bào)表。該報(bào)表各回路名稱(chēng)和數(shù)據(jù)庫(kù)關(guān)聯(lián)，方便用戶(hù)修改回路名稱(chēng)，用戶(hù)可以直接打印報(bào)表，并導(dǎo)出為EXCEL格式如圖（5）所示：

圖（5） 電能報(bào)表

    參數(shù)抄表功能，主要所有回路的電參數(shù)進(jìn)線(xiàn)查詢(xún)。支持任意時(shí)刻電參數(shù)查詢(xún)，具備數(shù)據(jù)導(dǎo)出和報(bào)表打印等功能。電參數(shù)主要包括：三相電壓、三相電流、有功功率、無(wú)功功率、頻率和有功電度。如圖（6）所示。

圖（6） 參數(shù)抄表

    負(fù)荷趨勢(shì)曲線(xiàn)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(shì)曲線(xiàn)，點(diǎn)擊畫(huà)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(hù)進(jìn)線(xiàn)趨勢(shì)分析和故障追憶，具備曲線(xiàn)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，見(jiàn)圖（7）。

圖（7）電流趨勢(shì)曲線(xiàn)圖

    系統(tǒng)采集6塊燃?xì)鈨x表的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，如圖（8）所示。

圖（8）燃?xì)獗頂?shù)據(jù)展示

    6 結(jié)束語(yǔ)

    1）本系統(tǒng)于2013年12月完成現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試，順利通過(guò)用戶(hù)驗(yàn)收并投入運(yùn)行，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，至今未出現(xiàn)任何故障，得到用戶(hù)好評(píng)。

    2）本項(xiàng)目的成功實(shí)施表明：本項(xiàng)目的技術(shù)方案是科學(xué)的、合理的、可行的。

    3）本系統(tǒng)采用對(duì)分布式配電的集中監(jiān)控，達(dá)到了預(yù)期的效果，電能管理軟件運(yùn)行界面滿(mǎn)足了用戶(hù)需求，并有效降低了設(shè)計(jì)和施工成本。

    作者簡(jiǎn)介：

    徐霜，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<