王海芹

 安科瑞電氣股份有限公司 上海 嘉定 201801

摘要：介紹安科瑞能效管理系統，采用智能電力儀表采集35KV配電現場(chǎng)的各種電參量。系統采用現場(chǎng)就地組網(wǎng)的方式，組網(wǎng)后通過(guò)現場(chǎng)總線(xiàn)通訊遠傳至監控后臺，通過(guò)能效管理系統實(shí)現對變電所配電回路用電的實(shí)時(shí)監控、分析及管理。

關(guān)鍵詞：變電所;智能電力儀表;能效管理系統; 
概述

安徽金禾化工有限責任公司建成投產(chǎn)于1975年，當時(shí)合成氨僅為年產(chǎn)3000噸，經(jīng)過(guò)多年不斷改造，現已發(fā)展成為年產(chǎn)10萬(wàn)噸合成氨，10萬(wàn)噸尿素，6萬(wàn)噸碳酸氫銨，2萬(wàn)噸甲醇，5萬(wàn)噸甲醛，5萬(wàn)噸復混肥，500噸香精香料的綜合性化工企業(yè)。企業(yè)占地面積15萬(wàn)平方米，總資產(chǎn)1.6億元,1080名員工。

該工廠(chǎng)主要有1路35KV進(jìn)線(xiàn)、6路直變（35KV/6.3KV）、6路直變（35KV/0.4KV）及若干0.4KV饋線(xiàn)回路。

1客戶(hù)需求

   公司每年在用電方面的投入成本比較大，主要對用電質(zhì)量和用電明細均不明確，對用電管理人員造成了很多困惑，根據其實(shí)際情況提出以下需求：

   根據用戶(hù)需求，需要對安徽金禾化工35KV變電所進(jìn)行改造并建立能效管理系統（主要是數據的實(shí)時(shí)監控及能耗數據處理分析），在35KV隔壁的值班室內設置監控平臺，對改造后的回路實(shí)時(shí)監測、統計、分析，以保證用電的安全、可靠和。

    安科瑞能效管理系統，充分利用了現代電子技術(shù)、計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò )技術(shù)和現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)的新發(fā)展，對變配電系統進(jìn)行分散數據采集和集中監控管理。對配電系統的二次設備進(jìn)行組網(wǎng)，通過(guò)計算機和通訊網(wǎng)絡(luò )，將分散的配電所的現場(chǎng)設備連接為一個(gè)有機的整體，實(shí)現電網(wǎng)運行的遠程監控、集中管理及能效分析。

2  系統結構描述

   本監控系統采用分層分布式結構，即站控層，通訊層與間隔層；如圖（1）所示：

圖（1）能效管理系統網(wǎng)絡(luò )拓撲圖

   間隔設備層主要為：智能電度表、開(kāi)關(guān)量、模擬量采集模塊和框架斷路器等。這些裝置分別對應相應的一次設備安裝在電氣柜內，這些裝置均采用RS485通訊接口，通過(guò)現場(chǎng)MODBUS總線(xiàn)組網(wǎng)通訊，實(shí)現數據現場(chǎng)采集。

   網(wǎng)絡(luò )通訊層主要為：通訊服務(wù)器，其主要功能為把分散在現場(chǎng)采集裝置集中采集，同時(shí)遠傳至站控層，完成現場(chǎng)層和站控層之間的數據交互。

   站控管理層：設有高性能工業(yè)計算機、顯示器、UPS電源、打印機、短信報模塊、報蜂鳴器等設備。監控系統安裝在計算機上，集中采集顯示現場(chǎng)設備運行狀況，以人機交互的形式顯示給用戶(hù)。

   改造后增設的智能電度表均采用RS485接口和MODBUS-RTU通訊協(xié)議，RS485采用屏蔽線(xiàn)傳輸，一般都采用二根連線(xiàn)，接線(xiàn)簡(jiǎn)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)送數據但是在同一時(shí)刻只能發(fā)送或接收數據，數據高傳輸速率為10Mbps。

   RS485接口是采用平衡驅動(dòng)器和差分接收器的組合，抗噪聲力增強，總線(xiàn)上允許連接多達32個(gè)設備，大傳輸距離為1.2km。

3  能效管理系統主要功能

3.1  數據采集與處理

   數據采集是配電監控的基礎，數據采集主要由底層多功能網(wǎng)絡(luò )儀表采集完成，實(shí)現遠程數據的本地實(shí)時(shí)顯示。需要完成采集的信號包括：三相電壓U、三相電流I、頻率Hz、功率P、功率因數COSφ、電度Epi、遠程設備運行狀態(tài)等數據。

   數據處理主要是把按要求采集到的電參量實(shí)時(shí)準確的顯示給用戶(hù)，達到配電監控的自動(dòng)化化和智能化要求，同時(shí)把采集到的數據存入數據庫供用戶(hù)查詢(xún)。

3.2  人機交互

   系統提供簡(jiǎn)單、易用、良好的用戶(hù)使用界面。采用全中文界面，CAD圖形顯示低壓配電系統電氣一次主接線(xiàn)圖，顯示配電系統設備狀態(tài)及相應實(shí)時(shí)運行參數，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；連續記錄顯示等。

3.3  歷時(shí)事件

   歷時(shí)事件查看界面主要為用戶(hù)查看曾經(jīng)發(fā)生過(guò)的故障記錄、信號記錄、操作記錄、越限記錄提供方便友好的人機交互，通過(guò)歷史事件查看平臺，您可以根據自己的要求和查詢(xún)條件方便定位您所要查看的歷史事件，為您把握整個(gè)系統的運行情況提供了良好的軟件支持。

3.4  數據庫建立與查詢(xún)

   主要完成遙測量和遙信量定時(shí)采集，并且建立數據庫，定期生成報表，以供用戶(hù)查詢(xún)打印。

3.5  用戶(hù)權限管理

   針對不同級別的用戶(hù)，設置不同的權限組，防止因人為誤操作給生產(chǎn)，生活帶來(lái)的損失，實(shí)現配電系統的安全，可靠運行?？梢酝ㄟ^(guò)用戶(hù)管理進(jìn)行用戶(hù)登錄、用戶(hù)注銷(xiāo)、修改密碼、添加刪除等操作，方便用戶(hù)對賬號和權限的修改。

3.6  運行負荷曲線(xiàn)

   負荷趨勢曲線(xiàn)功能主要負責定時(shí)重要回路電流和功率負荷參量，自動(dòng)生成運行負荷趨勢曲線(xiàn)的，方便用戶(hù)及時(shí)了解設備的運行負荷狀況。點(diǎn)擊畫(huà)面相應按鈕或菜單項可以完成相應功能的切換；可以查看實(shí)時(shí)趨勢曲線(xiàn)或歷史趨勢線(xiàn)；對所選曲線(xiàn)可以進(jìn)行平移、縮放、量程變換等操作，幫助用戶(hù)進(jìn)線(xiàn)趨

   勢分析和故障追憶，為分析整個(gè)系統的運行狀況提供了直觀(guān)而方便的軟件支持。

3.7  遠程報表查詢(xún)

   報表管理程序的主要功能是根據用戶(hù)的需要設計報表樣式，把系統中處理的數據經(jīng)過(guò)篩選、組合和統計生成用戶(hù)需要的報表數據。本程序還可以根據用戶(hù)的需要對報表文件采用定時(shí)保存、打印或者召喚保存、打印模式。同時(shí)本程序還向用戶(hù)提供了對生成的報表文件管理功能。

   報表具有自由設置查詢(xún)時(shí)間實(shí)現日、月、年的電能統計，數據導出和報表打印等功能。

3.8  系統能耗分析功能

   可實(shí)現對能耗系統同比、環(huán)比分析；根據自定義時(shí)間段查詢(xún)峰、平、谷電度值；根據班組能耗可核算某個(gè)班組的能效比。

 4  案例分析

   本監控系統主要實(shí)現安徽金禾化工35KV變電所實(shí)時(shí)監測、分析及管理，監控范圍如下：

1路35KV進(jìn)線(xiàn)、6路直變（35KV/6.3KV）、6路直變（35KV/0.4KV）。

    安科瑞電氣股份有限公司為其選用DTSD1352-CF的多功能電度表，互感器采用高壓柜原有互感器進(jìn)行項目改造。

DTSD1352-CF尺寸及詳細參數：

根據其改造的回路，系統可實(shí)時(shí)顯示一次回路運行狀況，功能有電量遙測主要監測運行設備的電參量，其中包括：線(xiàn)三相電壓、電流、功率、功率因數、電能，頻率等電參量。見(jiàn)圖（2）

圖（2）系統配電二次圖

遙測報功能，主要完成對直變和主變負載越限彈出報界面指示具體的報位置并聲音報，提醒值班人員及時(shí)處理。負載越限值在相應權限下可自由設置。具備歷史查詢(xún)功能，見(jiàn)圖（3）。

 圖（3） 越限報信息

用電量報表功能，可選擇時(shí)間段進(jìn)行查詢(xún)，支持任意時(shí)間段電度累計查詢(xún)，具備數據導出和報表打印等功能。為值班人員提供了可靠的電能報表。該報表各回路名稱(chēng)和數據庫關(guān)聯(lián)，方便用戶(hù)修改回路名稱(chēng)，用戶(hù)可以直接打印報表，可以以EXCEL格式另存到其他位置，圖（4）主變和直變電能統計報表。

圖（4） 電能報表

 參數抄表功能，主要所有回路的電參數進(jìn)線(xiàn)查詢(xún)。支持任意時(shí)刻電參數查詢(xún)，具備數據導出和報表打印等功能。該報表查詢(xún)供35KV變電所6臺主變和6臺直變的電參數，主要包括：三相電壓、三相電流、有功功率、無(wú)功功率、頻率和有功電度。該報表各回路名稱(chēng)和數據庫關(guān)聯(lián)，方便用戶(hù)修改回路名稱(chēng)，如圖（5）所示。

           圖（5） 參數抄表

實(shí)時(shí)功率因數監測功能，功率因數過(guò)低系統實(shí)時(shí)告，用戶(hù)根據功率因數狀況對該回路的設備進(jìn)行維修或更換。功率因數報表如圖（6）所示。

   圖（6）功率因數趨勢圖

班組考核報表，可實(shí)時(shí)每個(gè)班組工作時(shí)間段的電參量及能耗值，如圖（7）所示。

 圖（7）班組報表

 負荷趨勢曲線(xiàn)界面中可直觀(guān)的查看回路的負荷運行情況。查看實(shí)時(shí)和歷史趨勢曲線(xiàn)，點(diǎn)擊畫(huà)面相應按鈕或菜單項可以完成相應功能的切換；幫助用戶(hù)進(jìn)線(xiàn)趨勢分析和故障追憶，具備曲線(xiàn)打印功能。為分析整個(gè)系統的運行狀況提供了直觀(guān)而方便的軟件支持，見(jiàn)圖（7）（8）（9）（10）。

   圖（8）電流趨勢曲線(xiàn)圖

  圖（9）電壓趨勢曲線(xiàn)圖

   圖（10）有功功率趨勢曲線(xiàn)圖

   圖（11）有功功率趨勢曲線(xiàn)圖

 同比、環(huán)比分析，如圖（11）所示

圖（11）同比分析

 當日能耗、昨日能耗及同期能耗對比如圖（12）所示

圖（12）能耗對比

 峰、平、谷能耗分析，如圖（13）所示。

圖（13）峰、平、谷能耗分析

 當月用電量排行、用電比例及總進(jìn)線(xiàn)功率趨勢分析，如圖（14）所示。

圖（14）能效管理主畫(huà)面

   系統可針對不同級別的用戶(hù)，設置不同的權限組，防止因人為誤操作給生產(chǎn)，生活帶來(lái)的損失，實(shí)現配電系統的安全，可靠運行?？梢酝ㄟ^(guò)用戶(hù)管理進(jìn)行用戶(hù)登錄、用戶(hù)注銷(xiāo)、修改密碼、添加刪除等操作，方便用戶(hù)對賬號和權限的修改。

 系統配置：

注：該報價(jià)清單預留了2個(gè)6.3變電所的通訊采集箱，便于用戶(hù)后期改造后系統的納入。

整個(gè)系統的投入后，根據后續管理節能和設備改造節能，其公司每年可節省成本30萬(wàn)元。

5 結束語(yǔ)

   該能效管理系統可以實(shí)時(shí)采集整個(gè)企業(yè)在生產(chǎn)過(guò)程中主變和直變能耗數據，并對所有數據在線(xiàn)實(shí)施監測，并對過(guò)程中出現能耗異常的數據進(jìn)行報提示。還可以對過(guò)程中的能耗信息以圖表或者數據表格方式提供數據分析和比較功能，通過(guò)設備與設備之間、班組與班組之間的橫向對比，或者周與周、月與月之間的縱向比較，找出能源消耗過(guò)程中存在的浪費和隱患。通過(guò)向用戶(hù)設計各種統計報表建立企業(yè)能耗設備評估系統和生產(chǎn)班組能耗考核管理體系，來(lái)化企業(yè)的能源消耗，讓員工從由過(guò)去被動(dòng)節能向主動(dòng)節能的思想意識轉變，來(lái)提高企業(yè)能耗使用效率，實(shí)現生產(chǎn)成本降低，提高了經(jīng)濟效益。

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. 電力出版社. 2007. 4

[2].周中等編著(zhù). 智能電網(wǎng)用戶(hù)端電力監控與電能管理系統產(chǎn)品選型及解決方案[M]. 北京. 機械工業(yè)出版社. 2011.10

作者簡(jiǎn)介：

王海芹，女，本科，安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向為智能電網(wǎng)供配電