師晴晴

江蘇安科瑞電器制造有限公司 江蘇江陰 214405

摘要：電網(wǎng)是一個(gè)不可分割的整體，對(duì)整個(gè)電網(wǎng)的一、二次設(shè)備信息進(jìn)行綜合利用，對(duì)保證電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行具有重大的意義。變電站自動(dòng)化控制是一項(xiàng)提高變電站、可靠穩(wěn)定運(yùn)行水平、降低運(yùn)行維護(hù)成本、提高經(jīng)濟(jì)效益、向用戶提供高質(zhì)量電能服務(wù)的一項(xiàng)措施。本文簡(jiǎn)單介紹下基于Acrel-3000電能管理軟件和ACR220ELK、ACR230EFLK、ACR330EFLK網(wǎng)絡(luò)電力儀表的上海羅涇礦石碼頭的電能管理系統(tǒng)在變電站電能管理方面的應(yīng)用。該系統(tǒng)設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一套分散式采集和集中控制管理的功能，提高了供電質(zhì)量和管理水平，具有簡(jiǎn)明實(shí)用、投資少等優(yōu)點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：電能管理   電力儀表  電能管理    遠(yuǎn)程抄表    羅涇碼頭                   

0  概述

    當(dāng)前，很多建筑配電仍普遍采用箱式變電站配以低壓電纜分接箱實(shí)現(xiàn)分散供電，給整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行管理帶來(lái)了很多的不便，且計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)日趨成熟，配電系統(tǒng)測(cè)量、控制等功能的智能化、網(wǎng)絡(luò)化已是發(fā)展的必然趨勢(shì)，配電系統(tǒng)運(yùn)行中的各種問(wèn)題可以通過(guò)微機(jī)解決。

    智能化配電系統(tǒng)由開(kāi)關(guān)具有通信功能的智能化元件，經(jīng)數(shù)字通信與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)連接，實(shí)現(xiàn)對(duì)分散分布的低壓電纜分接箱內(nèi)開(kāi)關(guān)設(shè)備運(yùn)行的自動(dòng)化管理。系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集、數(shù)字通信、遠(yuǎn)程操作與程序控制及設(shè)備維護(hù)信息管理等功能。

    本文以上海羅涇礦石碼頭電能管理系統(tǒng)為例子，介紹怎么樣實(shí)現(xiàn)變電站的智能化管理。

1  項(xiàng)目概況

    上海羅涇礦石碼頭有限公司由上海港務(wù)（集團(tuán)）股份有限公司、香港玨瑞投資有限公司、寶山鋼鐵股份有限公司、馬鞍山鋼鐵股份有限公司，以共同投資、共同經(jīng)營(yíng)的方式合資組建。公司于2007年11月1日正式成立，港區(qū)位于寶山羅涇地區(qū)，距市中心38km，距吳淞口約17km，年吞吐量2200萬(wàn)噸，可同時(shí)?？?艘20萬(wàn)噸級(jí)（經(jīng)減載）的超大型散貨船舶，并可對(duì)2萬(wàn)噸級(jí)海輪直接進(jìn)行裝船作業(yè)。在世界上實(shí)現(xiàn)供貨碼頭和大型鋼鐵企業(yè)之間的工業(yè)物流配送新理念，進(jìn)行物流鏈及生產(chǎn)鏈的無(wú)縫隙銜接。

    本項(xiàng)目為遠(yuǎn)程集抄電能管理系統(tǒng)項(xiàng)目。監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控范圍是：上海羅涇礦石碼頭2#分變、2B分變、3#分變、4#分變內(nèi)安裝的100多個(gè)智能電測(cè)儀表。整個(gè)系統(tǒng)采用分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，監(jiān)控主機(jī)放置于辦公大樓八樓的計(jì)算機(jī)房?jī)?nèi)。四個(gè)變電站分別立在碼頭的四個(gè)不同的位置，廠區(qū)內(nèi)早前已鋪設(shè)好光纖網(wǎng)絡(luò)，四個(gè)變電站均可通過(guò)各網(wǎng)絡(luò)配置室接入此光纖網(wǎng)絡(luò)與辦公大樓進(jìn)行通訊連接。四個(gè)變電站的具體監(jiān)控點(diǎn)數(shù)為：2#分變34個(gè)點(diǎn)；2B分變26個(gè)點(diǎn)；3#分變16個(gè)點(diǎn)；4#分變24個(gè)點(diǎn)。

    上海安科瑞電氣股份有限公司于2009年11月承接上海羅涇礦石碼頭遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表系統(tǒng)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)與實(shí)施。項(xiàng)目采用Acrel-3000型電能管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)羅涇礦石碼頭變電站的智能化管理

2   客戶需求

    1.模擬顯示2B分變、2分變、3分變、4分變配電室一次圖

    2.實(shí)時(shí)顯示10kV、700V、400V所有回路監(jiān)測(cè)到的電參數(shù)（I、U、P、F、PF、EPI等）

    3.700V變頻器回路電流越限報(bào)警，開(kāi)關(guān)變位報(bào)警，并能能同時(shí)彈出告警窗口，以便讓維護(hù)人員迅速的找到報(bào)警位置

    4.系統(tǒng)具有自檢功能，當(dāng)系統(tǒng)的軟件或硬件出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)有聲光報(bào)警

    5.10kV、700V、400V配電系統(tǒng)負(fù)荷實(shí)時(shí)和歷史曲線顯示

    6.10kV、700V重要所有回路諧波的實(shí)時(shí)和歷史棒圖

    7.豐富的電能管理功能，（電能棒圖，日用電量趨勢(shì)，餅圖等）豐富的報(bào)表管理，（日，月復(fù)費(fèi)率電能計(jì)量，查詢），10KV、700V、400V、所有回路具有電能報(bào)表查詢功能

    8.用戶賬戶管理，不通等級(jí)的用戶賬戶限制查詢不同級(jí)別的系統(tǒng)數(shù)據(jù)

    9.可通過(guò)網(wǎng)頁(yè)瀏覽的方式在辦公室經(jīng)局域網(wǎng)瀏覽該系統(tǒng)，以便隨時(shí)掌握生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)用電設(shè)備的情況

    10.將該系統(tǒng)里的電能等重要數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)至本公司的生產(chǎn)管理系統(tǒng)的Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)，以備進(jìn)一步處理分析

    11.細(xì)化功能根據(jù)用戶習(xí)慣修改

3  設(shè)計(jì)及選型參照的標(biāo)準(zhǔn)

    GB2887-2000         《計(jì)算站場(chǎng)地技術(shù)要求》

    GB/T13729-2002      《遠(yuǎn)動(dòng)終端通用技術(shù)條件》

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

    DL/T634-2002        《遠(yuǎn)動(dòng)設(shè)備和系統(tǒng)傳輸規(guī)約基本遠(yuǎn)動(dòng)任務(wù)配套標(biāo)準(zhǔn)》

    DL/T721-2000        《配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)遠(yuǎn)方終端》

    DL/T770-2001        《微機(jī)變壓器保護(hù)裝置通用技術(shù)條件》

    GB/T50063-2008      《電力裝置的電測(cè)量?jī)x表裝置設(shè)計(jì)規(guī)范》

    GB-14285-2006       《繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置技術(shù)規(guī)程》

    GBJ232-2002         《建筑電氣工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》

    GB/T15145-2001      《微機(jī)線路保護(hù)裝置通用技術(shù)條件》

    GB/50198-2011       《監(jiān)控系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范》

4  硬件選型

    本項(xiàng)目監(jiān)控的變電所分為三個(gè)電壓類(lèi)型：10kV、700V、400V。各變配電所的情況為：2#分變9個(gè)10kV監(jiān)控點(diǎn)，19個(gè)700V監(jiān)控點(diǎn)，6個(gè)400V監(jiān)控點(diǎn)；2B分變19個(gè)700V監(jiān)控點(diǎn)，7個(gè)400V監(jiān)控點(diǎn)；3#分變3個(gè)10KV監(jiān)控點(diǎn)，7個(gè)700V監(jiān)控點(diǎn)，6個(gè)400V監(jiān)控點(diǎn)；4#分變8個(gè)10kV監(jiān)控點(diǎn)，10個(gè)700V監(jiān)控點(diǎn)，6個(gè)400V監(jiān)控點(diǎn)，共計(jì)100個(gè)點(diǎn)。

    結(jié)合用戶需求和現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，10kV電壓段選用上海安科瑞電氣股份有限公司生產(chǎn)的ACR330EFLH諧波表，該儀表的功能特點(diǎn)是：純中文操作界面，能測(cè)量所有常規(guī)電力參數(shù)，如：三相電壓、電流、有功功率、無(wú)功功率、功率因數(shù)、頻率、有功電度、無(wú)功電度、并可監(jiān)測(cè)電壓、電流的2-31次諧波分量等多種電參量。并且本儀表帶有4路光電隔離開(kāi)關(guān)量輸入接點(diǎn)和2路繼電器控制輸出接點(diǎn)，這些接點(diǎn)可以配合智能斷路器實(shí)現(xiàn)斷路器的遙信、遙控操作。該系列網(wǎng)絡(luò)電力儀表主要應(yīng)用于變電站自動(dòng)化、配電網(wǎng)自動(dòng)化、小區(qū)電力監(jiān)控、工業(yè)自動(dòng)化、能源管理系統(tǒng)及智能建筑等領(lǐng)域。700V電壓段選用ACR230EFLH諧波表，該儀表的功能特點(diǎn)是：測(cè)量所有常規(guī)電力參數(shù)，如：三相電壓、電流、有功功率、無(wú)功功率、功率因數(shù)、頻率、有功電度、無(wú)功電度、并可監(jiān)測(cè)電壓、電流的2-31次諧波分量等多種電參量。400V電壓段選用ACR220EFL網(wǎng)絡(luò)電力儀表，該儀表的功能特點(diǎn)是：三相電流、三相電壓、有功電度的測(cè)量、復(fù)費(fèi)率電能的計(jì)量以及開(kāi)關(guān)信號(hào)的檢測(cè)和繼電器遙控輸出。

5  系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

    本系統(tǒng)采用分層分布式結(jié)構(gòu)，如下圖所示：

    本項(xiàng)目四個(gè)分變內(nèi)10kV配電室監(jiān)控的設(shè)備為碼頭的橋吊、斗輪堆料機(jī)、斗輪取料機(jī)等大型設(shè)備；700V配電室監(jiān)控的設(shè)備為變頻器；400V配電室監(jiān)控的設(shè)備為廠區(qū)照明用電、皮帶機(jī)、維修設(shè)備等。數(shù)目都少于10個(gè)，所以12個(gè)子配電室現(xiàn)場(chǎng)只需各鋪設(shè)一根總線即可，該總線將智能電測(cè)儀表以菊花鏈的方式連接起來(lái)，然后引致各分變的網(wǎng)絡(luò)配置室即可。四個(gè)分變的四個(gè)網(wǎng)絡(luò)配置室各配有一個(gè)8口的通訊服務(wù)器和 一個(gè)思科的光端機(jī)，配置完成之后將采集上來(lái)的數(shù)據(jù)傳至辦公大樓八樓計(jì)算機(jī)房?jī)?nèi)的系統(tǒng)后臺(tái)監(jiān)控主機(jī)。本項(xiàng)目的遠(yuǎn)程抄表及電能管理系統(tǒng)后臺(tái)設(shè)有高性能工業(yè)計(jì)算機(jī)、顯示器、UPS電源、打印機(jī)、報(bào)警蜂鳴器等設(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，同時(shí)用戶可以通過(guò)系統(tǒng)軟件發(fā)送指令至現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程遙控功能。

    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，通訊方式為半雙工通信；數(shù)據(jù)高傳輸速率為10Mbps。RS-485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)，總線上允許連接多達(dá)32個(gè)設(shè)備，大傳輸距離為1.2km。

6  系統(tǒng)的主要功能

    6.1 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(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Ep、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，達(dá)到配電監(jiān)控的自動(dòng)化和智能化要求，同時(shí)把采集到的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)至數(shù)據(jù)庫(kù)并供用戶查詢。

    6.2 人機(jī)交互

    系統(tǒng)提供簡(jiǎn)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(shí)運(yùn)行參數(shù)，畫(huà)面定時(shí)輪巡切換、畫(huà)面實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)刷新、模擬量顯示、開(kāi)關(guān)量顯示、連續(xù)記錄顯示等。

    6.3 故障報(bào)警及事故追憶

    在配電系統(tǒng)發(fā)生運(yùn)行故障時(shí)，會(huì)及時(shí)發(fā)出聲光報(bào)警，提示用戶及時(shí)響應(yīng)故障回路，同時(shí)自動(dòng)記錄事件發(fā)生的時(shí)間地點(diǎn)，以被用戶查詢、追憶故障原因。

    6.4 數(shù)據(jù)庫(kù)建立與查詢

    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，以供用戶查詢打印。

    6.5 電能成本管理

    自動(dòng)進(jìn)行日、月、年的電能統(tǒng)計(jì)，可以進(jìn)行尖、峰、平、谷時(shí)段設(shè)定，實(shí)現(xiàn)電能分時(shí)段計(jì)費(fèi)功能，同時(shí)生成日、月、年報(bào)表，電能棒圖、餅圖、電能曲線圖等。

    6.6 用戶權(quán)限管理

    可根據(jù)買(mǎi)方要求添加、刪除軟件的用戶數(shù)量和設(shè)置用戶的權(quán)限。針對(duì)不同級(jí)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(lái)的損失，實(shí)現(xiàn)配電系統(tǒng)，可靠運(yùn)行。

    6.7 運(yùn)行負(fù)荷曲線

    定時(shí)采集進(jìn)線及重要回路電流負(fù)荷參量，自動(dòng)生成運(yùn)行負(fù)荷趨勢(shì)曲線，方便用戶及時(shí)了解設(shè)備的運(yùn)行負(fù)荷狀況、實(shí)時(shí)顯示重要回路的諧波數(shù)據(jù)（2—31次諧波）及查詢歷史諧波數(shù)據(jù)等。

    6.8系統(tǒng)特點(diǎn)

•     通訊線接點(diǎn)少，畫(huà)面顯示直觀，數(shù)據(jù)刷新快，及時(shí)反應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行狀況；
•     系統(tǒng)操作簡(jiǎn)單，方便用戶使用；
•     功能可根據(jù)用戶的需求靈活變化，系統(tǒng)設(shè)計(jì)快捷方便，修改軟件簡(jiǎn)單明了； 

7  結(jié)束語(yǔ)

    本文講述了變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的特征、結(jié)構(gòu)及其功能。整套電力監(jiān)控系統(tǒng)達(dá)到了預(yù)期的效果，滿足用戶提出的需求。變電站自動(dòng)化是一個(gè)系統(tǒng)工程，要實(shí)現(xiàn)變電站自動(dòng)化的功能，還有許多技術(shù)問(wèn)題需要攻關(guān)解決，作者相信在不太遠(yuǎn)的一段時(shí)間管理便捷化的變電站自動(dòng)化系統(tǒng)，將有一個(gè)蓬勃的發(fā)展期。

參考文獻(xiàn)

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朱立泉 變配電系統(tǒng)的智能管理系統(tǒng)分析 智能建筑電氣技術(shù) 2007年第1卷第4期

王振生 解析《變配電所計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)》智能建筑電氣技術(shù) 2006年第5卷第3期