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李功 楊興媚
江蘇安科瑞電器制造有限公司，江蘇江陰 214405
摘要：通過對上海東方電視臺90年代初配電系統的改造，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,將原有靜態模擬屏更新成可與配電系統狀態同步的動態模擬屏，上位監控軟件使用Acrel-2000安科瑞電力監控組態軟件開發，完成了一套具有實時電力參數采集、配電回路狀態監測、遙信遙測及故障分析報警等功能的現代化智能電力監控系統。為世博期間及以后上海東方電視臺安全、持續、可靠的電力供給提供了堅實的保障。
關鍵詞：Acrel-2000；電力監控系統；配電改造；智能儀表；上海東方電視臺；應用
1 項目背景
上海東方電視臺于1993年1月18日開播，1995年12月與上海科學教育電影制片廠影視部合并，組建了硬件設施與軟件設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射和微波差轉，信號覆蓋長江三角洲地區20多個大中型城市，覆蓋地區人口達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、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基本還是使用90年代初期建臺時的設備，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。配電模擬屏為靜態式，各配出回路狀態靠人工手動調節。整個配電網絡的運行狀態和參數基本上是人工定時檢查抄錄模式，配電故障的可預見性差，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、東方臺在國民經濟和生活中的重要地位以及配電系統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，電視節目的可靠轉播，對臺內原有老配電系統的升級改造變的勢在必行。通過電視臺的公開招標，安科瑞電氣以其穩定可靠的Acrel-2000電力監控系統解決方案成功中標。
2 用戶需求
上海東方電視臺配電系統共分為：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，電流參數的可查詢時間間隔需小于5分鐘，各回路要求能夠獨立設置電流上限報警參數，當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、報警數值等信息，主機的音箱也要發出報警聲音，并且報警聲音可以人為設置打開或關閉；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、有功電能、無功電能、頻率等電參量。對電流、電壓參數都要設置越限報警功能，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以及各回路的斷路器狀態要實時同步轉發給動態模擬屏，模擬屏的狀態和主機界面的顯示狀態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。
需要有監測點位分布圖，監測點位通訊發生故障時可通過手機發送短信給相關值班人員。可通過監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 設計方案
3.1 主要設計參考標準
DL/T721-2006 《配電網自動化系統遠方終端》
GB/50198-94 《監控系統工程技術規范》
GB50254～59－96 《電氣裝置安裝工程施工及驗收規范》
GB/J63-90 《電力裝置的電測量儀表裝置設計規范》
ISARP55.1 《數字處理計算機硬件測試》
DL/T630 《交流采樣遠動終端通用技術條件》
DL/T 814-2002 《配電自動化系統功能規范》
ISO/IEC11801 《國際綜合布線標準》
GBJ232-2006 《電測量儀表裝置設計技術規程》
DL5002-2010 地區電網電力調度自動化設計技術規范
DL451-2003 循環式遠動規約
配電回路的改造
根據上海東方電視臺原有配電系統的現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）：
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序號
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設備
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柜號
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儀表型號
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數量
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合計
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一、地下室高壓配電室電力監控配置
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1
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高壓進線1#、14#監控
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1#、14#
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ACR220ELH
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2
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ACR220ELH
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10
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2
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高壓總開關2#、13#監控
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2#、13#
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ACR220ELH
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2
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WHD96-11
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10
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3
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高壓動力5#、10#監控
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5#、10#
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ACR220ELH
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2
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4
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高壓技術6#、9#監控裝置
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6#、9#
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ACR220ELH
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2
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5
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高壓二期7#、8#監控裝置
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7#、8#
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ACR220ELH
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2
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6
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變壓器溫濕度控制器
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WHD96-11
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10
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二、地下室技術低壓配電室電力監控配置
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1
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低壓進線1#監控裝置
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1#
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ACR220ELH
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1
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ACR220ELH
|
2
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2
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低壓出線5#監控裝置
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5#
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AMC16-3I3/K
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1
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AMC16-3I3
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3
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3
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低壓聯絡6#監控裝置
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6#
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AMC16-3I3/K
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1
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4
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低壓出線7#監控裝置
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7#
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AMC16-3I3/K
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1
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5
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低壓進線11#監控裝置
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11#
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ACR220ELH
|
1
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三、地下室動力低壓配電室電力監控配置
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1
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低壓進線1#監控裝置
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1#
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ACR220ELH
|
1
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ACR220ELH
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2
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2
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低壓出線5#監控裝置
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5#
|
AMC16-3I3/K
|
2
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AMC16-3I3
|
8
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3
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低壓聯絡6#監控裝置
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6#
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AMC16-3I3/K
|
1
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4
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低壓出線7#監控裝置
|
7#
|
AMC16-3I3/K
|
1
|
|
5
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低壓進線11#監控裝置
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11#
|
ACR220ELH
|
1
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6
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播出區空調配電柜監控裝置
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P1
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AMC16-3I3/K
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2
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P2
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AMC16-3I3/K
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2
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四、播出用電配電室（播出區2F）電力監控配置
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1
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P1柜電力監控裝置
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P1
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AMC16-3I3/K
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1
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AMC16-3I3
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4
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2
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P2柜電力監控裝置
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P2
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AMC16-3I3/K
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1
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AMC16-1I9
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7
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AMC16-1I9/K
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1
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3
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P3柜回路監控裝置
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P3
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AMC16-1I9/K
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1
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4
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P4柜回路監控裝置
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P4
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AMC16-3I3/K
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1
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AMC16-1I9/K
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1
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5
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P5柜回路監控裝置
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P5
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AMC16-1I9/K
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1
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6
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P6柜監控裝置
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P6
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AMC16-1I9/K
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1
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7
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P7柜監控裝置
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P7
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AMC16-1I9/K
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1
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8
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P8（直播室照明）電力監控裝置
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P8
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AMC16-3I3/K
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1
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AMC16-1I9/K
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1
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五、節目中心UPS機房（播出區3F）電力監控配置
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1
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P1柜電力監控裝置
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P1
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AMC16-3I3/K
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1
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AMC16-3I3
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4
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2
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P2柜電力監控裝置
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P2
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AMC16-3I3/K
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2
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AMC16-1I9
|
2
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3
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P3柜電力監控裝置
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P3
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AMC16-3I3/K
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1
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AMC16-1I9/K
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1
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4
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P4柜電力監控裝置
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P4
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AMC16-1I9/K
|
1
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六、柴油發電機電力監控配置
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1
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發電機柜電力監控裝置
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P1
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AMC16-3I3/K
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2
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AMC16-3I3
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2
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3.3 改造過程
模擬屏的設計圖如下，采用動態模擬屏取代原有需要值班人員手動操作的靜態模擬屏， 模擬屏的狀態數據由電力監控系統的上位計算機轉發，使得其狀態始終與現場設備狀態保持一致
儀表的二次接線設計圖如下(部分)：
配電柜間儀表通訊線纜的連接如下圖：
3.4 系統結構設計
網絡結構：系統采用間隔層、站級層和網絡層三層網絡結構。
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的ACR220ELK、AMC16-1I9、ARTU-K32網絡多功能電力監控儀表和信號采集模塊。系統網絡分為9個網段，每個網段連接儀表個數不超過20臺。并以總線形式接入站級層主控單元，傳輸介質采用屏蔽雙絞電纜。主要負責電力參數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成（即通訊服務器），主要是作為本站間隔層設備采集電力系統數據的處理、儲存、調配以及通信協議的轉換，并接入網絡層，將本站經處理的數據上傳和接受網絡層下傳的設定參數或控制信號等指令。
3） 網絡層采用工業網絡交換機，將從現場儀表采集到的各種信號上傳到上位主機。網絡層傳輸層協議采用TCP/IP。
上海東方電視臺電力監控系統的網絡拓撲結構如下圖。監控主機位于主樓地下一層的配電值班室內
網絡拓撲圖
3.5 電力監控系統的軟件設計
在該項目中采用了Acrel-2000電力監控組態軟件作為開發平臺。Acrel-2000電力監控組態軟件具有方便、靈活的開發環境，提供各種工程、畫面模板、大大降低了組態開發的工作量；高性能實時、歷史數據庫，快速訪問接口在數據庫4萬點數據負荷時，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、事件網絡數據斷線存儲，恢復功能；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，通過腳本可調用對象的方法、屬性；全新的、靈活的報表設計工具：提供豐富的報表操作函數集、支持復雜腳本控制，包括：腳本調用和事件腳本，可以提供報表設計器，可以設計多套報表模板。
上海東方電視臺電力監控系統實現了10KV高壓配電間、演播劇場配電間、節目中心UPS機房、技術低壓配電室、柴油發電機房等各進線及饋線回路的一次系統圖顯示、高壓光字牌、動態實時模擬屏、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網絡電力儀表。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；遙信功能實現了顯示現場設備的運行狀態，主要包括：開關的分、合閘運行狀態和通訊故障報警，斷路器變位時會發出報警信號。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，并可對每一個回路的電流設置報警參數，當回路電流超過設定的報警參數時，計算機會發出聲音報警，并彈出報警窗口。如下圖所示。
當配電回路的斷路器狀態發生改變時，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，報警內容等信息，使得值班人員能夠及時掌握各回路供電狀態或發生故障的位置。系統還支持報警記錄的歷史查詢功能，可以協助值班人員追查事故發生的原因。
4 運行情況
上海東方電視臺電力監控預警系統自2010年4月正式投入運行，歷經上海世界博覽會和2010年廣州亞運會的考驗，累計有效預警56次，其中重要事故預警5次。如2010年6月份和10月份的預警，2F放映室回路和音控室主路回路在某段時間內經常發生頻繁的分合閘報警，但是現場根本沒有發生回路的分合閘操作。通過監控軟件的歷史報警查詢事故追溯功能，經過分析臺里決定在檢修期間重點檢查這兩個回路，最終發現問題出在斷路器的輔助觸點老化造成接觸不良，但同時也發現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電力中斷的重大事故。Acrel-2000電力監控系統的長期穩定良好表現受到了配電維護人員和臺里有關領導的肯定贊揚。
總的來說，上海東方電視臺電力監控系統功能完備，能夠很好的滿足現階段電視臺用戶對配電網絡管理的要求，做到對配電網絡的全面實時監測，故障的實時有效預警，事故的分析追溯。系統還預留了充足的通訊接口，為以后系統的擴容升級打下了基礎。系統操作簡便易學，用戶不需復雜的配置即可使用，在用戶持續熟練地使用之下Acrel-2000電力監控系統必會成為配電管理人員的好幫手，提高配電網絡的穩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 電力電測數字儀表原理與應用指南 中國電力出版社 2007.4
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