摘要：通過對上海東方電視臺90年代初配電系統(tǒng)的改造，將各配電柜安裝的機械式電度表、電流表、電壓表更新成帶通訊遠傳功能的智能電力儀表ACR220ELH、AMC16-1I9、ARTU-K32,將原有靜態(tài)模擬屏更新成可與配電系統(tǒng)狀態(tài)同步的動態(tài)模擬屏，上位監(jiān)控軟件使用Acrel-2000安科瑞電力監(jiān)控組態(tài)軟件開發(fā)，完成了一套具有實時電力參數(shù)采集、配電回路狀態(tài)監(jiān)測、遙信遙測及故障分析報警等功能的現(xiàn)代化智能電力監(jiān)控系統(tǒng)。為世博期間及以后上海東方電視臺安全、持續(xù)、可靠的電力供給提供了堅實的保障。

    1   項目背景

    上海東方電視臺于1993年1月18日開播，1995年12月與上海科學(xué)教育電影制片廠影視部合并，組建了硬件設(shè)施與軟件設(shè)施一流的新的上海東方電視臺。它通過亞洲第一高塔東方明珠廣播電視塔進行發(fā)射和微波差轉(zhuǎn)，信號覆蓋長江三角洲地區(qū)20多個大中型城市，覆蓋地區(qū)人口達1.3億。該臺是由江澤民總書記題寫臺名，是第一家落戶上海浦東新區(qū)、具有獨立法人資格的省級無線綜合性電視臺（英文簡寫OTV）。

    在世博會前上海東方電視臺配電系統(tǒng)基本還是使用90年代初期建臺時的設(shè)備，配電柜中安裝的儀表都是機械式電度表、電流指針表和電壓指針表。配電模擬屏為靜態(tài)式，各配出回路狀態(tài)靠人工手動調(diào)節(jié)。整個配電網(wǎng)絡(luò)的運行狀態(tài)和參數(shù)基本上是人工定時檢查抄錄模式，配電故障的可預(yù)見性差，事故后的原因追溯分析比較困難。這些情況與上海國際化大都市、東方臺在國民經(jīng)濟和生活中的重要地位以及配電系統(tǒng)智能化的趨勢都是極不匹配的。為了確保上海世博會期間東方電視臺電力的安全可靠供給，電視節(jié)目的可靠轉(zhuǎn)播，對臺內(nèi)原有老配電系統(tǒng)的升級改造變的勢在必行。通過電視臺的公開招標，安科瑞電氣以其穩(wěn)定可靠的Acrel-2000電力監(jiān)控系統(tǒng)解決方案成功中標。

    2 用戶需求

    上海東方電視臺配電系統(tǒng)共分為：4~10層豎井動力柜、演播劇場UPS變電所、8層UPS變電所等3個區(qū)域。

    UPS變電所配出回路都為單項回路，只需要采集單項電流參數(shù)，電流參數(shù)的可查詢時間間隔需小于5分鐘，各回路要求能夠獨立設(shè)置電流上限報警參數(shù)，當(dāng)某個回路電流越限時主機要彈出報警窗口顯示報警回路名稱、報警類型、報警數(shù)值等信息，主機的音箱也要發(fā)出報警聲音，并且報警聲音可以人為設(shè)置打開或關(guān)閉；對于報警事件具有存儲、查詢和打印的功能，至少可以查詢2年以內(nèi)的報警記錄。

    4~10層豎井動力柜各饋線回路需要采集電流、電壓、功率、功率因數(shù)、有功電能、無功電能、頻率等電參量。對電流、電壓參數(shù)都要設(shè)置越限報警功能，各回路都可查詢歷史電參量，可自動生成電流和功率趨勢曲線。各回路斷路器狀態(tài)實時采集，主機上的刷新頻率小于5秒鐘。東廣電甲線和東廣電乙線的總進線電參數(shù)以及各回路的斷路器狀態(tài)要實時同步轉(zhuǎn)發(fā)給動態(tài)模擬屏，模擬屏的狀態(tài)和主機界面的顯示狀態(tài)要求同步時間間隔不大于5秒鐘。各回路名稱要求用戶可編輯修改。

    需要有監(jiān)測點位分布圖，監(jiān)測點位通訊發(fā)生故障時可通過手機發(fā)送短信給相關(guān)值班人員�？赏ㄟ^監(jiān)測點表查看到儀表的型號、通訊地址、CT變比、安裝位置等信息。

    3 設(shè)計方案

    3.1  主要設(shè)計參考標準

    DL/T721-2006          《配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)遠方終端》

    GB/50198-94        《監(jiān)控系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范》

    GB50254～59－96       《電氣裝置安裝工程施工及驗收規(guī)范》

    GB/J63-90     《電力裝置的電測量儀表裝置設(shè)計規(guī)范》

    ISARP55.1     《數(shù)字處理計算機硬件測試》

    DL/T630           《交流采樣遠動終端通用技術(shù)條件》

    DL/T 814-2002    《配電自動化系統(tǒng)功能規(guī)范》

    ISO/IEC11801        《國際綜合布線標準》

    GBJ232-2006           《電測量儀表裝置設(shè)計技術(shù)規(guī)程》

    DL5002-2010            地區(qū)電網(wǎng)電力調(diào)度自動化設(shè)計技術(shù)規(guī)范

    DL451-2003             循環(huán)式遠動規(guī)約

    3.2 配電回路的改造

    根據(jù)上海東方電視臺原有配電系統(tǒng)的現(xiàn)有情況和用戶需求分析，確定需要改造的配電回路，并進行合理的儀表選型，如下表所示（部分）：

    3.3  改造過程

    模擬屏的設(shè)計圖如下，采用動態(tài)模擬屏取代原有需要值班人員手動操作的靜態(tài)模擬屏，模擬屏的狀態(tài)數(shù)據(jù)由電力監(jiān)控系統(tǒng)的上位計算機轉(zhuǎn)發(fā)，使得其狀態(tài)始終與現(xiàn)場設(shè)備狀態(tài)保持一致。

    儀表的二次接線設(shè)計圖如下(部分)：

    配電柜間儀表通訊線纜的連接如下圖：

    3.4  系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計

    網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)：系統(tǒng)采用間隔層、站級層和網(wǎng)絡(luò)層三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

    1） 間隔層由智能測量儀表單元組成，這里采用的上海安科瑞電氣股份有限公司生產(chǎn)的ACR220ELK、AMC16-1I9、ARTU-K32網(wǎng)絡(luò)多功能電力監(jiān)控儀表和信號采集模塊。系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)分為9個網(wǎng)段，每個網(wǎng)段連接儀表個數(shù)不超過20臺。并以總線形式接入站級層主控單元，傳輸介質(zhì)采用屏蔽雙絞電纜。主要負責(zé)電力參數(shù)測量和信號采集并與主控單元進行通信。

    2） 站級層由通訊子站構(gòu)成（即通訊服務(wù)器），主要是作為本站間隔層設(shè)備采集電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)的處理、儲存、調(diào)配以及通信協(xié)議的轉(zhuǎn)換，并接入網(wǎng)絡(luò)層，將本站經(jīng)處理的數(shù)據(jù)上傳和接受網(wǎng)絡(luò)層下傳的設(shè)定參數(shù)或控制信號等指令。

    3） 網(wǎng)絡(luò)層采用工業(yè)網(wǎng)絡(luò)交換機，將從現(xiàn)場儀表采集到的各種信號上傳到上位主機。網(wǎng)絡(luò)層傳輸層協(xié)議采用TCP/IP。

    上海東方電視臺電力監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)如下圖。監(jiān)控主機位于主樓地下一層的配電值班室內(nèi)。

網(wǎng)絡(luò)拓撲圖

    3.5  電力監(jiān)控系統(tǒng)的軟件設(shè)計

    在該項目中采用了Acrel-2000電力監(jiān)控組態(tài)軟件作為開發(fā)平臺。Acrel-2000電力監(jiān)控組態(tài)軟件具有方便、靈活的開發(fā)環(huán)境，提供各種工程、畫面模板、大大降低了組態(tài)開發(fā)的工作量； 高性能實時、歷史數(shù)據(jù)庫，快速訪問接口在數(shù)據(jù)庫4萬點數(shù)據(jù)負荷時，訪問吞吐量可達到20000次/秒；強大的分布式報警、事件處理，支持報警、事件網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)斷線存儲，恢復(fù)功能；支持操作圖元對象的多個圖層，通過腳本可靈活控制各圖層的顯示與隱藏； 強大的ACTIVEX控件對象容器，定義了全新的容器接口集，增加了通過腳本對容器對象的直接操作功能，通過腳本可調(diào)用對象的方法、屬性；全新的、靈活的報表設(shè)計工具：提供豐富的報表操作函數(shù)集、支持復(fù)雜腳本控制，包括：腳本調(diào)用和事件腳本，可以提供報表設(shè)計器，可以設(shè)計多套報表模板。

    上海東方電視臺電力監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)了10KV高壓配電間、演播劇場配電間、節(jié)目中心UPS機房、技術(shù)低壓配電室、柴油發(fā)電機房等各進線及饋線回路的一次系統(tǒng)圖顯示、高壓光字牌、動態(tài)實時模擬屏、各回路實時電參量遙測、重要回路電能報表、主進線回路的負荷用電趨勢、重要回路的分合閘報警、電流越限報警、用戶權(quán)限管理等功能，軟件運行界面見下圖。

    上圖為東方電視臺10KV高壓配電室一次配電示意圖界面。主要包括8東廣電甲線、17東廣電乙線、8東廣電丙線三個10KV總進線和1#--7# 10/0.4KV變壓器饋線回路，該處均使用ACR220ELH和ACR220EL網(wǎng)絡(luò)電力儀表。通過遙測我們可以查看各回路的三相線電壓、電流、功率、電能等電參量；遙信功能實現(xiàn)了顯示現(xiàn)場設(shè)備的運行狀態(tài)，主要包括：開關(guān)的分、合閘運行狀態(tài)和通訊故障報警，斷路器變位時會發(fā)出報警信號。對于三個總進線回路還可查看2-31次諧波含量以直觀的棒圖顯示。圖上各個斷路器圖形，如果是紅色說明此分支斷路器合閘母線有電，如果是綠色說明斷路器分閘母線無電。

    通過演播劇場配電系統(tǒng)圖界面（如上圖），可查看ABB P1-P4配電柜中安裝的AMC16-1I9電力儀表的實時電流參數(shù)，并可對每一個回路的電流設(shè)置報警參數(shù)，當(dāng)回路電流超過設(shè)定的報警參數(shù)時，計算機會發(fā)出聲音報警，并彈出報警窗口。如下圖所示。

    當(dāng)配電回路的斷路器狀態(tài)發(fā)生改變時，會彈出遙信實時報警窗口（如下圖），顯示分合閘時間，回路位置，報警內(nèi)容等信息，使得值班人員能夠及時掌握各回路供電狀態(tài)或發(fā)生故障的位置。系統(tǒng)還支持報警記錄的歷史查詢功能，可以協(xié)助值班人員追查事故發(fā)生的原因。

    4 運行情況

    上海東方電視臺電力監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)自2010年4月正式投入運行，歷經(jīng)上海世界博覽會和2010年廣州亞運會的考驗，累計有效預(yù)警56次，其中重要事故預(yù)警5次。如2010年6月份和10月份的預(yù)警，2F放映室回路和音控室主路回路在某段時間內(nèi)經(jīng)常發(fā)生頻繁的分合閘報警，但是現(xiàn)場根本沒有發(fā)生回路的分合閘操作。通過監(jiān)控軟件的歷史報警查詢事故追溯功能，經(jīng)過分析臺里決定在檢修期間重點檢查這兩個回路，最終發(fā)現(xiàn)問題出在斷路器的輔助觸點老化造成接觸不良，但同時也發(fā)現(xiàn)斷路器的主觸點碳化比較嚴重。如不及時更換故障斷路器，必將造成電視直播期間出現(xiàn)電力中斷的重大事故。Acrel-2000電力監(jiān)控系統(tǒng)的長期穩(wěn)定良好表現(xiàn)受到了配電維護人員和臺里有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)的肯定贊揚。

    總的來說，上海東方電視臺電力監(jiān)控系統(tǒng)功能完備，能夠很好的滿足現(xiàn)階段電視臺用戶對配電網(wǎng)絡(luò)管理的要求，做到對配電網(wǎng)絡(luò)的全面實時監(jiān)測，故障的實時有效預(yù)警，事故的分析追溯。系統(tǒng)還預(yù)留了充足的通訊接口，為以后系統(tǒng)的擴容升級打下了基礎(chǔ)。系統(tǒng)操作簡便易學(xué)，用戶不需復(fù)雜的配置即可使用，在用戶持續(xù)熟練地使用之下Acrel-2000電力監(jiān)控系統(tǒng)必會成為配電管理人員的好幫手，提高配電網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性和維護人員的工作效率，為客戶帶來更多的實實在在的價值。

    參考文獻

    任致程、周中編著  電力電測數(shù)字儀表原理與應(yīng)用指南 中國電力出版社 2007.4<