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摘要：本文介紹基于Acrel-2000電力監(jiān)控軟件和網(wǎng)絡(luò)電力儀表而設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的一套分散式采集和集中控制管理的配電自動(dòng)化系統(tǒng)，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了微機(jī)在配電室中無(wú)人管理的功能，省去了值班人員現(xiàn)場(chǎng)操作的無(wú)序性，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：工業(yè)園區(qū)；電力監(jiān)控；剩余電流監(jiān)測(cè)；配電室無(wú)人值守
0 引言
目前，供配電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展及可靠性對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展起著舉足輕重的作用,全國(guó)各地重點(diǎn)工程項(xiàng)目、標(biāo)志性建筑/大型公共設(shè)施等大面積用戶的急劇增加，對(duì)供配電系統(tǒng)的可靠性、安全性、實(shí)時(shí)性、易用性、兼容性及縮小故障影響范圍提出了更高的要求。
安科瑞的Acrel-2000型電力監(jiān)控系統(tǒng)軟件借助了計(jì)算機(jī)、通訊設(shè)備、計(jì)量保護(hù)裝置等，為系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、開(kāi)關(guān)狀態(tài)檢測(cè)及遠(yuǎn)程控制提供了基礎(chǔ)平臺(tái)。該電力監(jiān)控系統(tǒng)可以提供“監(jiān)控一體化”的整體解決方案，主要包括實(shí)時(shí)歷史數(shù)據(jù)庫(kù)AcrSpace、工業(yè)自動(dòng)化組態(tài)軟件AcrControl、電力自動(dòng)化軟件AcrNetPower等。
本文以青島橡膠谷為例，探討工業(yè)園區(qū)配電室電力監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用。
1 項(xiàng)目介紹
中國(guó)橡膠谷總面積3000多畝，其中核心區(qū)500多畝，規(guī)劃建筑面積近100萬(wàn)平方米，以鄭州路為軸線，向科技大學(xué)四周輻射。中國(guó)橡膠谷由橡膠化工原材料、輪胎、制品、化工橡膠機(jī)械、機(jī)電電子等相關(guān)制造類(lèi)企業(yè)的貿(mào)易公司及相關(guān)技術(shù)服務(wù)型企業(yè)、各類(lèi)服務(wù)機(jī)構(gòu)相融共生而成，將形成貿(mào)易、技術(shù)、人才、文化高度集聚的橡膠行業(yè)生態(tài)圈。
上海安科瑞電氣股份有限公司于2011年11月承接青島橡膠谷一期配電室電力監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)施。
2 用戶需求
青島橡膠谷一期工程由一路10kV市電供電，通過(guò)2臺(tái)800kVA變壓器（T1、T2）和1臺(tái)1600kVA變壓器（T3）降壓至0.4kV后通過(guò)低壓配電柜送出至園區(qū)各處負(fù)載，橡膠谷一期配電室共有10kV配電柜5面，0.4kV配電柜28面，高、低壓回路共計(jì)115個(gè)，其中10kV避雷器柜上無(wú)監(jiān)控裝置，所以本系統(tǒng)監(jiān)控114個(gè)回路的工作狀態(tài)。T1、T2變壓器回路間設(shè)有母聯(lián)，并備有一臺(tái)800kVA柴油發(fā)電機(jī)在應(yīng)急狀態(tài)下為一些重要回路供電， T3變壓器回路則單獨(dú)使用。
10kV回路的進(jìn)線和饋線配有南京南瑞繼保的保護(hù)裝置，采集10kV回路的常規(guī)電參量和開(kāi)關(guān)量狀態(tài)；0.4kV進(jìn)線和母聯(lián)回路裝有安科瑞ACR330ELH電網(wǎng)質(zhì)量分析儀，采集回路的常規(guī)電參量、四象限電度和電網(wǎng)質(zhì)量參數(shù)；0.4kV饋線回路裝有PZ80L系列多功能電力儀表，采集回路的常規(guī)電參量和四象限電度[1]。此外，所有0.4kV饋線回路使用珠海派諾的八路漏電監(jiān)測(cè)儀表進(jìn)行剩余電流監(jiān)測(cè)。本系統(tǒng)將上述所有133臺(tái)電力儀表納入監(jiān)控范圍。
因青島的配電系統(tǒng)自動(dòng)化起步較晚，電力監(jiān)控系統(tǒng)所有功能均由上海安科瑞電氣股份有限公司設(shè)計(jì)并提交，業(yè)主僅根據(jù)配電室值班經(jīng)驗(yàn)在系統(tǒng)軟件功能界面的細(xì)節(jié)上提出要求。
3 設(shè)計(jì)方案
現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備全集中在同一個(gè)配電室中，業(yè)主的電氣值班室就近安排在配電室旁，本系統(tǒng)監(jiān)控中心也安置在該值班室中。系統(tǒng)組網(wǎng)采用常見(jiàn)的3層結(jié)構(gòu)，站控管理層、通訊管理層和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層。
3.1 參考標(biāo)準(zhǔn)
系統(tǒng)的設(shè)計(jì)滿足以下所列制造和試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)：
ISO/IEC11801 《國(guó)際綜合布線標(biāo)準(zhǔn)》
JGJ/T 16-92 《民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》
GB/J63-90 《電力裝置的電測(cè)量?jī)x表裝置設(shè)計(jì)規(guī)范》
GB/T13730 《地區(qū)電網(wǎng)數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)通用技術(shù)條件》
GBJ63-93 《電力裝置電測(cè)量?jī)x表裝置設(shè)計(jì)規(guī)程》
GB2887 《計(jì)算站場(chǎng)地技術(shù)要求》
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(yàn)收規(guī)范》
IEC-61131-3 《圖形可編程標(biāo)準(zhǔn)》
3.2 組網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖拓?fù)鋱D
圖一
為滿足配電室統(tǒng)一監(jiān)控的要求，配電室現(xiàn)場(chǎng)安裝安科瑞公司網(wǎng)絡(luò)電力儀表通過(guò)屏蔽雙絞線手拉手相連至串口服務(wù)器，串口服務(wù)器經(jīng)網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)進(jìn)而傳輸至后臺(tái)主機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的采集，存儲(chǔ)，處理，實(shí)時(shí)顯示以及歷史查詢
3.3 儀表，通訊線纜，交換機(jī)及串口服務(wù)器選型
現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層設(shè)備為133臺(tái)電力儀表。這些設(shè)備分別根據(jù)設(shè)計(jì)要求安裝在相應(yīng)的配電回路上。通過(guò)RS-485接口實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交互。多功能表和漏電儀表的通訊規(guī)約為Modbus-RTU，保護(hù)裝置的通訊規(guī)約為IEC60870-5-103;通訊管理層由2臺(tái)Nport-5630串口服務(wù)器和1臺(tái)交換機(jī)構(gòu)成，實(shí)際工程中使用了8個(gè)485串口，剩下8個(gè)串口備用。串口服務(wù)器將RS-485總線協(xié)議轉(zhuǎn)換為工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議，通過(guò)TCP/IP與站控管理層主機(jī)相連，構(gòu)建數(shù)據(jù)鏈路。通訊管理層設(shè)備均安裝在電氣值班室的值班人員操作臺(tái)中，與站控管理層設(shè)備安裝在一起; 站控管理層設(shè)備為華北工控主機(jī)、顯示器、HP打印機(jī)以及山特UPS電源，均安裝在電氣值班室的操作臺(tái)中。通過(guò)安裝在主機(jī)上的Acrel-2000電力監(jiān)控系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)儀表數(shù)據(jù)的采集、處理以及各種人機(jī)交互功能,具體設(shè)備如下表：
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應(yīng)用場(chǎng)合 |
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型號(hào) |
主要功能 |
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站控管理層 |
工作站主機(jī) |
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RPC-610 |
● 4U、19英寸可上架，歐美風(fēng)格，符合
EIARS-310C 標(biāo)準(zhǔn)
● 前面板帶鎖，防止誤操作
● 尺寸482mm×460mm×177mm(W×D×H)
● 前面板帶鎖，防止誤操作 |
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UPS電源 |
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C1K/1KVA |
輸入保護(hù) 可復(fù)位斷路器 輸出保護(hù) 短路、電池低電壓、過(guò)載、輸出高電壓、UPS過(guò)溫 工作溫度 0℃～40℃ 存放溫度 -25℃～55℃ 執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn) Q/ZYDZ 1-2002備案號(hào)：QB/440600 29 1555-2002 濕度 0～90℃不凝結(jié) |
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網(wǎng)絡(luò)通訊層 |
串口服務(wù)器 |
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NPORT5630 |
NPort 5630系列的串口設(shè)備聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器可讓工業(yè)串口設(shè)備立即連上網(wǎng)絡(luò)。NPort 5630系列的串口設(shè)備聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器體積小巧，將RS-232或RS-422/485串口設(shè)備，如PLC，測(cè)量?jī)x，和傳感器連接到IP-based Ethernet LAN。 |
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網(wǎng)絡(luò)交換機(jī) |
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3C16470 |
桌面級(jí),二層,非網(wǎng)管型交換機(jī),存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)方式,16口,10M/100Mbps,支持網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn) IEEE 802.3,IEEE 802.3u,IEEE 802.1d,IEEE 802.3x,支持全雙工。 |
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現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層 |
網(wǎng)絡(luò)電力儀表 |
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PZ系列 |
全電參量測(cè)量（U、I、P、Q、PF、F）；四象限電能計(jì)量、復(fù)費(fèi)率電能統(tǒng)計(jì)、最大需量統(tǒng)計(jì)；2DI+2DO；RS485通訊接口、Modbus協(xié)議。 |
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現(xiàn)場(chǎng)總線 |
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RVVP2*1.0 |
屏蔽雙絞線：中距離傳輸 RS485通訊方式時(shí)傳輸距離≤1200m，沒(méi)跟現(xiàn)場(chǎng)總線理論上手拉手連接32塊網(wǎng)絡(luò)電力儀表。 |
4 系統(tǒng)功能
上位機(jī)軟件采用Acrel – 2000電力監(jiān)控軟件，通過(guò)軟件進(jìn)行設(shè)備配置、數(shù)據(jù)庫(kù)變量配置、界面設(shè)計(jì)等，完成了在上位機(jī)軟件監(jiān)控及電力監(jiān)控的功能。
4.1 配電監(jiān)測(cè)：如圖1所示，配電監(jiān)測(cè)模塊下可查詢1#變壓器、2#變壓器、3#變壓器、10kV回路的工作狀態(tài)和所有儀表的通訊狀態(tài)。通過(guò)儀表通訊狀態(tài)圖可以查看當(dāng)前所有儀表的工作情況。低壓多功能儀表未配置開(kāi)關(guān)量采集功能，因儀表的輔助電源線取自該回路斷路器的下端，所以儀表的通訊狀態(tài)同時(shí)也表征了該回路的分合閘狀態(tài)。
圖1
4.2 配電系統(tǒng)一次示意圖：10kV和0.4kV配電室配電回路運(yùn)行狀態(tài)使用一次圖形式顯示，10kV回路采集并顯示三相電壓、電流、功率以及分合閘狀態(tài)，手車(chē)狀態(tài)，故障報(bào)警狀態(tài)（青島地區(qū)10kV配電系統(tǒng)不使用接地刀）；采集并顯示0.4kV回路的母線電壓，進(jìn)線、母聯(lián)或發(fā)電機(jī)雙切回路的三相電流、有功無(wú)功功率、功率因數(shù)和頻率；各饋線回路的三相電流和剩余電流。界面標(biāo)注回路編號(hào)、用途、斷路器編號(hào)、互感器變比，回路用途可由擁有管理員權(quán)限的用戶修改。10kV回路界面如圖2所示；0.4kV回路界面如圖3所示：
圖2
圖3
4.3 報(bào)表功能：通過(guò)報(bào)表功能可以查詢?nèi)我鈺r(shí)刻主要回路的全常規(guī)電參量數(shù)據(jù)、低壓回路的用電量、低壓饋線回路的漏電流值和配電線纜溫度值。用戶主要關(guān)注的是用電量報(bào)表和剩余電流報(bào)表，用電量報(bào)表用于對(duì)租戶進(jìn)行電費(fèi)收費(fèi)計(jì)量以及與供電局?jǐn)?shù)據(jù)核對(duì)后進(jìn)行成本核算，如圖3所示；剩余電流監(jiān)測(cè)在青島起步較晚，影響用電安全，因此用戶也較感興趣，如圖4所示。
圖4
4.4 事故報(bào)警和追憶：電力監(jiān)控系統(tǒng)定義了所有配電回路過(guò)負(fù)荷、低壓回路剩余電流過(guò)大及10kV回路開(kāi)關(guān)量變位實(shí)時(shí)報(bào)警和歷史報(bào)警查詢等功能，如圖5所示，列表中列出報(bào)警發(fā)生和恢復(fù)的時(shí)間、回路名稱、回路編號(hào)、數(shù)據(jù)點(diǎn)、報(bào)警內(nèi)容和報(bào)警值等數(shù)據(jù)，可見(jiàn)某些回路剩余電流值超標(biāo)較嚴(yán)重。
圖5
5 問(wèn)題匯總
本系統(tǒng)先完成低壓部分的系統(tǒng)集成，后根據(jù)業(yè)主要求追加高壓部分。在與業(yè)主約定的時(shí)間段內(nèi)對(duì)高壓部分停電施工時(shí)，有部分租戶未收到停電通知，因此投訴了管理公司，使本來(lái)2小時(shí)的停電時(shí)間被壓縮到僅有半小時(shí)，所幸時(shí)間勉強(qiáng)足夠施工人員鋪設(shè)保護(hù)裝置的通訊總線。南瑞繼保的RCS9611C、RCS9621C保護(hù)裝置在自檢壓板閉合的狀態(tài)下，不具備103規(guī)約主動(dòng)上傳遙測(cè)遙信數(shù)據(jù)的功能，電氣安裝公司在安裝調(diào)試時(shí)未測(cè)試通訊功能，導(dǎo)致系統(tǒng)調(diào)試時(shí)無(wú)法采集數(shù)據(jù)。經(jīng)多次與南瑞繼保的技術(shù)人員溝通后發(fā)現(xiàn)問(wèn)題所在，斷開(kāi)保護(hù)裝置的自檢壓板后通訊正常。
6 運(yùn)行效果
因部分儀表LED面板上顯示的二次側(cè)累計(jì)電度，導(dǎo)致值班人員每月均需要對(duì)抄表數(shù)據(jù)進(jìn)行CT變比換算，經(jīng)由本系統(tǒng)軟件的報(bào)表功能，可以直接查詢?cè)乱淮斡秒娏浚瑹o(wú)需轉(zhuǎn)換。此外，曾發(fā)生過(guò)值班人員抄表時(shí)遺漏電度高位，導(dǎo)致該月物業(yè)管理公司少收約3000元電費(fèi)，本系統(tǒng)投運(yùn)后杜絕了此類(lèi)人為失誤造成經(jīng)濟(jì)損失的可能。按照規(guī)范，低壓回路自然剩余電流值一般不超過(guò)500mA，據(jù)剩余電流報(bào)表顯示，橡膠谷一期多個(gè)回路剩余電流超過(guò)3A，由物業(yè)管理公司持報(bào)表聯(lián)系電氣安裝公司查線，整改了多處，但仍有2~3個(gè)回路剩余電流過(guò)大未解決。
7 結(jié)束語(yǔ)
電力監(jiān)控系統(tǒng)在調(diào)試階段揭露了電氣安裝公司一次、二次接線存在的問(wèn)題，明確了整改方向，保障了橡膠谷配電系統(tǒng)今后的穩(wěn)定運(yùn)行。本系統(tǒng)自2012年2月投產(chǎn)后，電能計(jì)量與供電局?jǐn)?shù)據(jù)匹配度高，得到了用戶的好評(píng)，并已著手就橡膠谷二期工程的合作進(jìn)行洽談。
參考文獻(xiàn)
[1]《電力電測(cè)數(shù)字儀表原理與應(yīng)用指南》，任致程、周中，中國(guó)電力出版社
作者簡(jiǎn)介：
倪中明 (1982-)，男，本科，畢業(yè)于青島科技大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院，從事變配電監(jiān)控系統(tǒng)工作。
楊興媚（1988-） 本科 江蘇安科瑞電器制造有限公司 主要研究方向?yàn)橹悄茈娏ΡO(jiān)控與電能管理系統(tǒng)，技術(shù)交流：0510-86189371 手機(jī)：13626237782 http://www.jyacrel.cn
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