蔣偉1，劉愛蘭2，柳迎春3
1安科瑞電氣有限公司，上海 嘉定 201801;
2勝利油田物探院，山東 東營 257097;
3合肥工業(yè)大學(xué)建筑設(shè)計(jì)院， 安徽 合肥 231638;
摘要：介紹一種基于數(shù)字式智能儀表在配電系統(tǒng)改造中的應(yīng)用，現(xiàn)場層采用智能數(shù)顯儀表(SCADA)采集配電現(xiàn)場的U、I、P、COS¢、 Ep等電參量和開關(guān)信號(hào);現(xiàn)場儀表組網(wǎng)通訊并遠(yuǎn)傳至后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)，同時(shí)通過智能儀表的輸出控制繼電器，遠(yuǎn)程控制斷路器的合、分閘操作，達(dá)到低壓配電系統(tǒng)的自動(dòng)化綜合管理。
關(guān)鍵詞：低壓智能配電系統(tǒng) Acrel-2000 型 三遙 RS485通訊
概述
勝利油田物探院配電室于1992年建成投產(chǎn)，已安全運(yùn)行16年，配電系統(tǒng)分為高、低壓兩大部分，高壓部分有聊城甲線和淄博甲線兩條10KV進(jìn)線，有6臺(tái)1250KVA有載調(diào)壓變壓器。物探院屬于重要電力負(fù)荷用戶，主要包括網(wǎng)絡(luò)二樓處理機(jī)房機(jī)群及其配套用電設(shè)備;網(wǎng)絡(luò)三樓解釋機(jī)房、局域網(wǎng)服務(wù)器及其配套用電設(shè)備、局信息中心ERP機(jī)房計(jì)算機(jī)及其配套用電設(shè)備;綜合樓處理和解釋機(jī)房用電設(shè)備;制冷機(jī)組及其配套用電設(shè)備以及全院的生產(chǎn)，生活用電。
高、低壓一次設(shè)備是十四年前安裝的，原配電系統(tǒng)采用的是MS-2801數(shù)據(jù)庫定義系統(tǒng)，所用備件多，通訊線接點(diǎn)多，易出故障，操作系統(tǒng)是Windows NT 4.0，應(yīng)用、維護(hù)起來比較繁瑣。近幾年來隨著全院電力負(fù)荷的增加和SP2機(jī)群的擴(kuò)容，變壓器容量和配電回路開關(guān)的容量和數(shù)量已不能滿足當(dāng)前用電負(fù)荷的需求，并且設(shè)備嚴(yán)重老化，斷路器分?jǐn)嗄芰Σ?另外，供電公司正在進(jìn)行油田線路升壓，原6KV進(jìn)線已升為10KV，原低壓母線和變壓器出線開關(guān)容量不夠，電容補(bǔ)償柜也已老化，起不到無功補(bǔ)償?shù)淖饔谩榱吮ＷC全院科研、生產(chǎn)的正常運(yùn)行，我們對(duì)低壓配電系統(tǒng)進(jìn)行了一次全面的系統(tǒng)改造。
由于物探院屬于一級(jí)供電用戶，供電系統(tǒng)要求絕對(duì)安全、可靠。根據(jù)場地設(shè)備實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控和集中管理的要求，改造后的配電系統(tǒng)采用了Acrel-2000型低壓智能配電系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)高低壓設(shè)備的遙測、遙信、遙控即“三遙”功能。
Acrel-2000型低壓智能配電系統(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)場總線技術(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)，通過計(jì)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(gè)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。
1配電監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)成
本系統(tǒng)采用分層分布式計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)即間隔層、通訊層和站控層如下圖所示：
圖1
間隔層主要的設(shè)備為：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(duì)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。
中間層主要為：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(shí)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)、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)用戶可以通過系統(tǒng)軟件發(fā)送指令至現(xiàn)場設(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，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(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。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，最大傳輸距離為1.2km。
2監(jiān)控系統(tǒng)的主要功能
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)庫供用戶查詢。
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(shí)運(yùn)行參數(shù)，畫面定時(shí)輪巡切換;畫面實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)刷新;模擬量顯示;開關(guān)量顯示;連續(xù)記錄顯示等
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。
數(shù)據(jù)庫建立與查詢
主要完成遙測量和遙信量定時(shí)采集，并且建立數(shù)據(jù)庫，定期生成報(bào)表，以供用戶查詢打印。
用戶權(quán)限管理
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)，生活帶來的損失，實(shí)現(xiàn)配電系統(tǒng)的安全，可靠運(yùn)行。
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)具有電能分時(shí)計(jì)費(fèi)功能，同時(shí)生成日、月、年報(bào)表。
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)荷趨勢曲線的，方便用戶及時(shí)了解設(shè)備的運(yùn)行負(fù)荷狀況。
3案例分析
勝利油田物探研究院低壓配電系統(tǒng)主要有6臺(tái)10kv/0.4kv配電變壓器，本系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)對(duì)低壓進(jìn)線及相應(yīng)配出回路的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)控。
進(jìn)線回來采用ACR320EK多功能網(wǎng)絡(luò)電力儀表，其是針對(duì)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(jì)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、無功電度等多種電參量。并且本儀表帶有4路光電隔離開關(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。
重要配出回路采用ACR100K系列網(wǎng)絡(luò)電力儀表，該儀表主要完成三相電流、三相電壓、有功電度的測量以及開關(guān)信號(hào)的檢測和繼電器遙控輸出。
一般配出回路采用Pz42-AI/KC系列網(wǎng)絡(luò)儀表，該儀表主要完成三相電流測量、開關(guān)信號(hào)檢測和繼電器遙控輸出。
圖(1)為系統(tǒng)主監(jiān)控畫面，實(shí)時(shí)顯示遙測數(shù)值，斷路器運(yùn)行狀態(tài)信息，運(yùn)行事件報(bào)警，畫面快捷切換，系統(tǒng)功能菜單等主要功能。
①遙測：主要監(jiān)測運(yùn)行設(shè)備的電參量，其中包括：進(jìn)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;
②遙信：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(bào)警;
③遙控：主要實(shí)現(xiàn)對(duì)智能斷路器的遠(yuǎn)程分/合閘操作，所有操作均要通過嚴(yán)格的權(quán)限驗(yàn)證，以防止運(yùn)行人員誤操作。
報(bào)表統(tǒng)計(jì)功能：主要完成對(duì)進(jìn)線回路的事件記錄報(bào)表(見圖(3));遠(yuǎn)程抄表(見圖(4))以及用電統(tǒng)計(jì)報(bào)表統(tǒng)計(jì)(見圖(5))，支持時(shí)間查詢及報(bào)表打印輸出。
負(fù)荷曲線：定時(shí)采集進(jìn)線回路的電流參量，同時(shí)生成趨勢曲線(見圖(6))，實(shí)時(shí)了解設(shè)備負(fù)荷狀況，同時(shí)為事故追憶提供依據(jù)。
系統(tǒng)特點(diǎn)
通訊線接點(diǎn)少，畫面顯示直觀，數(shù)據(jù)刷新快，及時(shí)反應(yīng)現(xiàn)場設(shè)備的運(yùn)行狀況，同時(shí)系統(tǒng)操作簡單，方便用戶使用。
結(jié)束語：
目前該系統(tǒng)已經(jīng)成功投入運(yùn)行近半年，系統(tǒng)運(yùn)行安全、穩(wěn)定，極大的方便了用戶的使用。隨著社會(huì)的快速發(fā)展，用戶對(duì)供配電自動(dòng)化和智能化的要求越來越高，實(shí)現(xiàn)配電室的無人職守已經(jīng)成為未來配電自動(dòng)化發(fā)展的一個(gè)方向;ACREL-2000型低壓智能配電系統(tǒng)是解決供配電高質(zhì)量運(yùn)行的良好配電系統(tǒng)之一，通過系統(tǒng)的運(yùn)行，可以實(shí)現(xiàn)和保障配電系統(tǒng)的可靠、安全、穩(wěn)定運(yùn)行，并在此基礎(chǔ)上降低設(shè)備運(yùn)行成本，提高配電自動(dòng)化質(zhì)量。
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