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趙斌
安科瑞電氣股份有限公司，上海 嘉定 201801；
摘要：介紹青島橡膠六廠，采用智能電力儀表、智能斷路器，采集配電現場的各種電參量和開關信號。系統采用現場就地組網的方式，組網后通過現場總線通訊并遠傳至后臺，通過Acrel-2000型電力監控與電能管理系統實現變電所配電回路用電的實時監控和管理。
關鍵詞：青島橡膠;變電所;智能電力儀表;Acrel-2000;電力監控系統;
1.概述
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青島橡六輸送帶有限公司隸屬于中國化工集團公司，是在青島橡六集團有限公司（原青島橡膠六廠）基礎上整合、組建的輸送帶專業化公司。
根據青島市“環灣保護，擁灣發展”的發展戰略及公司的中、長期發展規劃和對國際、國內輸送帶市場未來需求趨勢的預測，在青島市城陽區棘洪灘橡膠工業園征地329畝，投資6億元人民幣，通過新建1000萬平方米輸送帶生產項目，結合太原路廠區1000萬平方米輸送帶生產設備的搬遷技改，再經過實施擴產1000萬平方米輸送帶生產項目，最終形成3000萬平方米輸送帶生產能力，達產后實現銷售收入15億元人民幣。整個發展規劃將以國際、國內最先進的輸送帶制造技術、工藝、裝備和生產管理技術，堅持科技創新，積極推進精細化管理模式，將橡六公司打造成一個最先進、最安全、最節能、最環保的國際一流的輸送帶生產企業。
本次主要新增車間供配電主要由6個變電所供電：輸送帶車間一變電所、煉膠車間變電所、辦公試驗樓變電所、備品備件庫變電所、特種輸送帶車間變電所、輸送帶車間二變電所。
2.需求分析
為保證生產管理用電負荷的統計與分析及對危險源實時監控。需要對生產現場的低壓配電柜、供電變壓器等電氣設備進行電壓、電流、功率、溫度、濕度等參數進行實時在線監控。一旦監控點被監視參數異常，能夠及時檢測報警，有關人員采取必要的措施，避免安全事故的發生。
本技術條件適用于公司新建輸送帶車間一、煉膠車間、辦公試驗樓、備品備件庫、特種輸送帶車間、輸送帶車間二的配電室采集柜。供方產品應具有高安全性與可靠性、易于擴展、便于維修與維護。供方提供的產品應至少滿足本技術條件，但不僅限于此，其技術性能應滿足對配電室數據監控的要求。
數據采集
自動采集現場所有電量儀表、溫度模塊等儀表的模擬量數據，自動采集現場開光狀態以及故障狀態等開關量數據。
支持實時采集、自動周期采集（定時采集）可配置周期（1分鐘～24小時）。
支持數據傳輸正確性檢驗，異常數據自動處理。
支持多線程處理機制，提高數據采集效率，能同時對多個設備進行數據采集。
數據實時顯示采用配電室主接線圖直觀顯示模式，各回路開關斷合以及故障狀態直觀可見。
自動采集現場2-31次諧波，生成圖表形式，方便進行諧波分析。
數據分析與處理
數據的綜合統計、分析需要實現以下功能：
各設備用電數據小時、日、月、年等時間段內的統計、計算。
各設備的用電負荷（有功、無功）最大、最小、平均值計算。
統計各分站及全廠的用電量（有功、無功）。
數據查詢與展示
要求能方便實現客戶端查詢和各級管理人員的查詢，查詢界面能適應各級管理人員的要求能夠支持靈活的條件組合查詢和對比分析，各類統計分析的數據可靈活采用報表、棒圖、曲線圖等多種圖表方式直觀的展示功能。
數據展示功能按照不同用戶的不同的權限，分為操作層、管理層、決策層三層能耗展示。
操作層具備能耗分析、能耗累計用量、實時監測、運行記錄及比例、對比、對標分析等功能。
管理層具備能耗數據統計和分析、分類分項的對比、對標分析等功能。
決策層具備能耗數據分析、數據刪除、數據庫導入/導出等功能。
權限管理
要求對不同用戶賦予不同角色的權限，能授權到功能子菜單、具體檔案記錄、數據記錄等。
系統要求具備合理完善的用戶安全控制機制，能使應用環境中的信息資源得到有效地保護，防止信息的丟失、失竊和破壞。
節能改造及效果評估
要求為生產節能改造提供數據支撐，并能提供節能改造前后的效果評估。
現場控制
要求具有繼電器輸出回路，輸出控制電壓類型交流、直流可選，視現場設備而定。具有直觀電氣回路狀態顯示畫面，在監控后臺可對現場回路進行分閘操作。
參數設置
可通過采集柜設置各回路互感器變比，各種電流電壓保護整定值，溫度保護閾值。
故障判斷與報警
具有故障自動判斷并采用聲光方式報警功能。報警類型包括開關故障，電壓、電流、溫度超限，現場采集模塊通訊故障，與監控系統通訊故障等。報警時間自動記入系統數據庫，方便用戶查詢；同時系統通過計算機或短信模塊等方式，將報警信息及時發送到工作人員的手機，工作人員可隨時掌握變配電站實時運行狀態，發現變配電運行故障并作出相應處理，提高變配電的管理效率，提升電力系統安全性、可靠性。
2 系統方案
安科瑞Acrel-2000系統根據青島橡六新廠區現場實際情況，整體網絡結構采用光纖環網，保障了廠區電力監控系統傳輸的穩定性與實時性。如下圖所示：站控管理層、網絡通訊層和現場設備層。
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根據現場儀表分布情況，每個車間做一套電力監控系統，6KV配電室及備品備件庫內有電力儀表38臺 溫度巡檢儀5臺；辦公實驗樓內有電力儀表61臺 溫度巡檢儀3臺；煉膠車間內有電力儀表86臺 溫度巡檢儀9臺；特種輸送帶車間有電力儀表39臺 溫度巡檢儀4臺；輸送帶車間一電有電力儀表93臺 溫度巡檢儀22臺；輸送帶車間一電有電力儀表64臺 溫度巡檢儀10臺。本工程中每個車間配有一臺PLC采集柜，采集現場智能設備的參數，傳送至該車間內的監控主機上，然后通過廠區環網交換機將數據上傳至監控主站，從而實現數據的整合及指令下發。下圖以輸送帶車間三（特種輸送帶車間）為例，展示了該車間的整體組網拓撲圖，其余車間與該組網方式一致，只是現場智能裝置數量不同。
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1）站控管理層
站控管理層針對電力監控系統的管理人員，是人機交互的直接窗口。在青島橡六遷建工程中主要指總站2臺監控主機及每個分站的監控主機。
2）網絡通訊層
通訊層主要是由西門子S7-200、Nport-5630串口服務器、環網交換機、以太網設備及總線網絡組成。其中S7-200的主要功能是監測現場回路的實時運行狀態及對現場回路的分閘控制；NPORT-5630串口服務器主要功能是監測現場智能儀表及溫度模塊；以太網設備及總線網絡的主要功能是實現分站與主站之間的數據交互，使配電系統管理集中化、信息化、智能化，極大提高了配電系統的安全性、可靠性和穩定性，真正達到了無人值守的目的。
3）現場設備層
現場設備層是數據采集終端，主要由智能儀表、溫度模塊、傳感器及斷路器組成，智能儀表與溫度模塊通過屏蔽雙絞線RS485接口，采用MODBUS通訊協議總線型連接接入通訊服務器，經通訊服務器和交換機到達該車間監控主機；斷路器控制觸點通過中間繼電器與S7-200相連，與監控主機進行組網，實現遠程控制。
智能儀表現場連接示意
現場儀表以手拉手方式通過屏蔽雙絞線(RVSP2*1.0)進行通訊連接，每根總線連接智能儀表數量在20只左右，不同種類的智能裝置連接在不同的總線上，然后將數據上傳至串口服務器Nport5630-8，進而將數據上傳至當地監控終端。具體連接示意圖如下所示：
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PLC現場連接示意
S7-200輸出控制點通過中間繼電器接至斷路器控制點位，電力監控系統實現對所有現場回路遠程分閘功能。如下圖所示：
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進線回路采用ACR230ELH/K多功能諧波儀表，其是針對電力系統、工礦企業、公共設施、智能大廈的電力監控需求而設計的網絡電力儀表，它能測量所有常規電力參數，如：三相電壓、電流、有功功率、無功功率、功率因數、頻率、有功電度、無功電度、并可監測電壓、電流的2-31次諧波分量等多種電參量。并且本儀表帶有4路光電隔離開關量輸入接點和2路繼電器控制輸出接點，這些接點可以配合智能斷路器實現斷路器的遙信、遙控操作。該系列網絡電力儀表主要應用于變電站自動化、配電網自動化、小區電力監控、工業自動化、能源管理系統及智能建筑等領域。
重要配出回路采用ACR220EL/K系列網絡電力儀表，該儀表主要測量所有常規電力參數，如：三相電壓、電流、有功功率、無功功率、功率因數、頻率、有功電度、無功電度。
3 系統功能
變電所實時監控系統圖為主監控畫面，主要實時監測變電所所有回路的運行狀態，紅色代表合閘，綠色代表分閘。在系統圖中可以直觀的看到每路進線和出線的運行參數和狀態，可以看 到變壓器出線側的所有常規電力參數，如：三相電壓、電流、有功功率、無功功率、功率因數、頻率、有功電度、變壓器溫度等，并可遠程遙控斷路器的分合閘。如下圖所示：
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變電所一次系統圖
遙信和遙測報警功能，主要完成對低壓各出線回路的開關運行狀態和負載進線監控，對開關變位和負載越限彈出報警界面指示具體的報警位置并聲音報警，通過手機短信的形式發給當天值班人員，提醒值班人員及時處理。負載越限值在相應權限下可自由設置。具備歷史查詢功能，
支持對所有回路功率實時和歷史查詢報表，方便管理人員深入了解各負荷的運行狀況。如下圖所示：
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功率歷史報表
參數抄表功能，主要對低壓各出線回路的電參數進線查詢。支持任意時刻電參數查詢，具備數據導出和報表打印等功能。該報表查詢6座變電所所有變壓器出線各低壓回路的電參數，主要包括：三相電流、有功功率和有功電度及變壓器溫度。該報表各回路名稱和數據庫關聯，方便用戶修改回路名稱。如下圖所示
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電參數抄表
用電量報表功能，可選擇時間段進行查詢，支持任意時間段電度累計查詢，具備數據導出和報表打印等功能。為值班人員提供了精確可靠的電能報表。該報表各回路名稱和數據庫關聯，方便用戶修改回路名稱。如下圖所示，顯示辦公樓實驗樓配電回路的精確用電量，用戶可以直接打印報表，可以以EXCEL格式另存到其他位置。 如下圖所示：
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辦公實驗樓電能報表
系統通訊結構示意圖，主要顯示系統的組網結構，系統采用分層分布式結構，同時監測間隔層設備的通信狀態。紅色表示通訊正常，綠色表示通訊故障。下圖為辦公實驗樓通訊狀態示意圖。
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辦公實驗樓通訊結構示意圖
負荷趨勢曲線界面中可直觀的查看回路的負荷運行情況。查看實時和歷史趨勢曲線，點擊畫面相應按鈕或菜單項可以完成相應功能的切換；幫助用戶進線趨勢分析和故障追憶，具備曲線打印功能。為分析整個系統的運行狀況提供了直觀而方便的軟件支持。如下圖所示：
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趨勢曲線圖
復費率電能報表功能，系統可設置任意變壓器回路的8時段費率，同時設置峰平谷時段的電價，該報表支持打印和導出功能，管理人員根據系統可直接打印出任意時間段所用電費單，如下圖所示:
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復費率報表
4 結束語
在當今配電設施的應用中，工礦企業的配電安全性至關重要，本文介紹的Acrel-2000電力監控系統在青島橡膠六廠的應用，可以實現對變電所供配電回路用電的實時監控，不僅能顯示回路用電狀況，還具有網絡通訊功能，可以與串口服務器、計算機等組成電力監控系統。系統實現對采集數據的分析、處理，實時顯示變電所內各配電回路的運行狀態，對分合閘、負載越限具有彈出報警對話框、語音提示、短信報警燈，并生成各種電能報表、分析曲線、圖形等，便于電能的遠程抄表以及分析、研究，同時可遠程分合閘操控，該系統運行安全、可靠、穩定，為工廠解決用電問題提供了真實可靠的依據，取得了較好的企業效益。
參考文獻：
[1].任致程 周中. 電力電測數字儀表原理與應用指南[M]. 北京. 中國電力出版社. 2007. 4
[2].周中等編著. 智能電網用戶端電力監控與電能管理系統產品選型及解決方案[M]. 北京. 機械工業出版社. 2011.10
作者簡介：
趙斌，男，漢族，本科，工程師，主要研究方向為智能建筑供配電監控系統，手機：13917437076，QQ：2880157852
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