王海芹
 

 1安科瑞電氣股份有限公司，上海 嘉定 201801；

摘要：本文主要介紹了飛利浦電子技術(shù)（上海）有限公司采用安科瑞智能電力儀表及Acrel-3000電能管理系統對配電監測系統進(jìn)行改造，通過(guò)總線(xiàn)型組網(wǎng)方式，把數據上傳至后臺，進(jìn)行智能化組網(wǎng)。系統實(shí)現了分散式采集和集中控制管理的智能化、數字化、網(wǎng)絡(luò )化電能管理。

關(guān)鍵詞：飛利浦;系統改造;配電監測;智能電力儀表;Acrel-3000;電能管理系統;

0 概述

    飛利浦電子技術(shù)（上海）有限公司系飛利浦電子有限公司投資，于2003年12月成立的外商投資企業(yè)。主要從事高性能照明燈的研發(fā)，生產(chǎn)，。飛利浦電子技術(shù)（上海）有限公司電能管理系統針對高、低壓配電監測改造設計，通過(guò)Acrel-3000電能管理系統，為用戶(hù)提供一套、實(shí)用的用電管理、分析工具。系統在線(xiàn)監測整個(gè)企業(yè)生產(chǎn)能耗動(dòng)態(tài)過(guò)程，收集生產(chǎn)過(guò)程中大量分散的用電及能耗數據，提供實(shí)時(shí)及歷史數據分析、對比功能，以發(fā)現能源消耗過(guò)程和結構中存在的問(wèn)題，通過(guò)化運行方式和用能結構以及建立企業(yè)能耗評估、管理體系，實(shí)現合理用電、節約用電，提高企業(yè)能源效率水平。

1、需求分析

改造需求

飛利浦電子技術(shù)（上海）有限公司“WDJ電力需求側電腦管理系統”安裝于2002年，至今已連續使用了11年，系統原制造商是上海天龍電子有限公司。該系統服務(wù)器等關(guān)鍵設備已嚴重老化，原安裝軟件已經(jīng)淘汰且無(wú)法修復。該系統已無(wú)法滿(mǎn)足企業(yè)電力能源管理的需求。在此情況下，需進(jìn)行“WDJ電力需求側電腦管理系統”的升級改造。

    飛利浦電子技術(shù)（上海）有限公司變電房?jì)扔袃陕?0kV高壓進(jìn)線(xiàn)。一路為常用回路，容量為6400kVA，設置有1600kVA變壓器4臺及若干高壓柜和低壓柜；另一路為備用回路，容量為630kVA,設置630kVA備用變壓器1臺和若干高壓柜和低壓柜。

1.現狀：配電方式為4路10kV電源配出，經(jīng)變壓器降壓分77條線(xiàn)路（含后續改造加裝）配送至廠(chǎng)區各用電單位。原系統采用集散式集成原理，即在各配電回路設置帶脈沖輸出的電能表，再設置集中采集各電能表脈沖信號的采集裝置，采集裝置通過(guò)RS485信號線(xiàn)將信息傳輸至監控主機，如下圖：

2.目前原系統使用過(guò)程中暴露出的主要如下問(wèn)題：

  1) 數據傳輸時(shí)斷時(shí)續，這是因為脈沖傳輸線(xiàn)路會(huì )受到現場(chǎng)電磁干擾、老化、松動(dòng)的影響；

  2）電能數據與現場(chǎng)儀表顯示數據不匹配，這是因為原電能表采用脈沖輸出與采集，當線(xiàn)路出現問(wèn)題時(shí)，電表的脈沖輸出仍然保持，該脈沖信號無(wú)法傳送至監測主機，且后續無(wú)法補回；

  3）當數據出現問(wèn)題時(shí)無(wú)法及時(shí)排除故障，這與系統的架構有關(guān)，因脈沖信號需點(diǎn)對點(diǎn)的傳輸，現場(chǎng)有80多個(gè)回路，即脈沖信號采集裝置需連接80余條線(xiàn)路，當現場(chǎng)出現故障時(shí)，因線(xiàn)路較為龐雜難以排查；

  4）配電監測系統主要是通過(guò)計算機輔助對現場(chǎng)回傳的電參量信息進(jìn)行處理與展示，構建配電系統的計量體系。這就要求現場(chǎng)儀表的計量精度高、信號采集與傳輸可靠、后臺處理符合實(shí)際需求，并且在系統出現故障時(shí)能夠及時(shí)排除，避免影響系統的持續運行。而系統的穩定性和可靠性直接影響系統后續數據處理的有效性。原系統采用技術(shù)在當時(shí)來(lái)講較為常用，但該技術(shù)下的系統穩定性受到諸如數據信號傳輸受電能表計輸出穩定性、線(xiàn)路傳輸穩定性、采集裝置的可靠性等多方面因素制約，隨著(zhù)現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)的普及，該技術(shù)在配電信息系統集成領(lǐng)域已很少使用。

5）當前公司用電量較大，現場(chǎng)配電柜及儀表安裝對人工抄表帶來(lái)極大不便，原系統也已無(wú)法滿(mǎn)足運維要求，而建立覆蓋廠(chǎng)區的電能計量體系十分必要。同時(shí)，設立電力監測系統可對現場(chǎng)運行情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監測，便于運行過(guò)程中的故障排除，對貴司運維人員保障配電穩定運行提供便捷。

軟件功能需求

   1. 曲線(xiàn)圖：提供83個(gè)表的每個(gè)日曲線(xiàn)圖（精度可以保證為每分鐘之內有2個(gè)數據）和周曲線(xiàn)圖（精度可以保證每分鐘內有1個(gè)數據點(diǎn)）；曲線(xiàn)圖可以根據要求手動(dòng)選擇時(shí)間范圍內進(jìn)行查看及打印。

  2.報表功能：

 （1）常用回路10kV總進(jìn)線(xiàn)的每月申請MD值、實(shí)際MD值、MD值發(fā)生的日期及時(shí)間、每月申請MD值和實(shí)際MD值趨勢曲線(xiàn)比較圖；每月申請MD值可以于由使用方管理用戶(hù)手動(dòng)輸入到系統中并終在報表和趨勢圖里體現。

 （2）常用回路10KV總進(jìn)線(xiàn)和4個(gè)變壓器的總回路的每日在峰、平1、平2、谷各個(gè)時(shí)段里的每日及每月的有功功率大值以及發(fā)生日期和時(shí)間、每日和每月在各個(gè)試點(diǎn)段內的有功功率大值趨勢曲線(xiàn)比較圖（每個(gè)變壓器及常用回路總限額值可以于由使用方管理用戶(hù)手動(dòng)輸入到系統中并終在趨勢圖里體現）。

 （3）越限報警功能：4個(gè)常用變壓器回路的有功功率、變壓器溫度、電壓（90%~110%）越限報警；并且限額值可以由使用方管理用戶(hù)設定。

 （4）通訊及系統故障報警：系統通訊出現故障須有報警及記錄功能。

 （5）整點(diǎn)電力參數抄表：每個(gè)回路的整點(diǎn)有功功率值、無(wú)功功率值、用電量（KWH）、功率因素、每相電流及電壓值。

 （6）初始界面采用系統圖，界面可以實(shí)時(shí)顯示每個(gè)回路的有功功率值和三相電流。

 （7）其他的一般監控軟件通用要求。

  3.系統用戶(hù)及操作權限：設置管理員和操作員2個(gè)用戶(hù)及設置不同的權限，管理員可以設施報警越線(xiàn)值及申請的MD值、每個(gè)變壓器高符合允許值及常用回路總負荷高值；操作員僅有查看打印權限。

  4.系統歷史操作記錄：包括各個(gè)用戶(hù)的登錄記錄、操作記錄。

  5.系統故障報警：報警須有記錄。?

2、改造方案

  1.高壓部分為在原柜體基礎上拆掉C相指針式電流表，安裝ACR330ELH/C多功能電力儀表，原盤(pán)式機械電能拆除后二次線(xiàn)可直接引用。

  2.低壓部分為將原柜體內安裝的盤(pán)式機械電能表拆除，加裝DTSD1352/FC導軌式電能表，其中72個(gè)回路沿用原互感器和二次線(xiàn)，其他回路加裝電流互感器。

  3.在低壓變電所墻壁安裝一面通訊采集箱。

  4.變壓器室安裝一臺溫度巡檢儀ARTMU-M16，用于接收5臺變壓器溫度傳感器信號，溫度巡檢儀通過(guò)RS485總線(xiàn)連接至通訊采集箱。

  5.高壓6只ACR330ELH/C通過(guò)RS485總線(xiàn)連接至通訊采集箱，低壓77只表分4根總線(xiàn)連接至通訊采集箱；數據采集箱上行光纖連接至值班室。

3、系統方案

    安科瑞Acrel-3000電能管理系統根據飛利浦電子技術(shù)（上海）有限公司現場(chǎng)實(shí)際情況，對變配電室進(jìn)行改造，組網(wǎng)方式采用現場(chǎng)設備層、網(wǎng)絡(luò )通訊層、站控管理層三層分布式結構：現場(chǎng)安裝測量、計量表計，網(wǎng)絡(luò )通訊層設備安裝于低壓配電室通訊采集箱內，通過(guò)光纖引至值班室站控管理層。如下圖所示：

 系統拓撲圖

  1）站控管理層

    站控管理層針對電力監控系統的管理人員，負責完成對整個(gè)工程電能管理系統儀表設備的數據采集、處理、顯示和監視功能，還為運行人員提供各種控制管理功能，并提供多種外部系統接入接口。監控計算機是監控系統的主要人機界面，用于圖形及報表顯示、電能統計分析、事件記錄及報警狀態(tài)顯示和查詢(xún)，設備狀態(tài)和參數的查詢(xún)等。

  2）網(wǎng)絡(luò )通訊層

    通訊層主要是由Nport5610-8、以太網(wǎng)設備及總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )組成。Nport5610-8串口服務(wù)器主要功能是監測現場(chǎng)智能儀表；以太網(wǎng)設備及總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的主要功能是實(shí)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(wú)人值守的目的。

  3）現場(chǎng)設備層

    現場(chǎng)設備層是數據采集終端，主要由智能儀表組成，智能儀表通過(guò)屏蔽雙絞線(xiàn)RS485接口，采用MODBUS通訊協(xié)議總線(xiàn)型連接接入通訊服務(wù)器，經(jīng)通訊服務(wù)器到達值班室監控主機進(jìn)行組網(wǎng)，實(shí)現遠程控制。

智能儀表現場(chǎng)連接示意

    現場(chǎng)儀表以手拉手方式通過(guò)屏蔽雙絞線(xiàn)(RVSP2*1.0)進(jìn)行通訊連接，每根總線(xiàn)連接智能儀表數量在20只左右，不同種類(lèi)的智能裝置連接在不同的總線(xiàn)上，然后將數據上傳至串口服務(wù)器Nport5610-8，進(jìn)而將數據上傳至監控終端。具體連接示意圖如下所示：

    高壓回路采用ACR330ELH多功能液晶顯示儀表，低壓回路采用DTSD1352/FC導軌計量表，能夠測量所有常規電力參數，如：三相電壓、電流、有功功率、無(wú)功功率、功率因數、頻率、有功電度、無(wú)功電度等。

4、系統功能

    配電監測：主要實(shí)時(shí)監測變電所所有回路的運行狀態(tài)，紅色代表合閘，綠色代表分閘。在系統圖中可以直觀(guān)的看到每路進(jìn)線(xiàn)和出線(xiàn)的運行參數和狀態(tài)，可以看到變壓器出線(xiàn)側的所有常規電力參數，如：三相電壓、電流、有功功率、無(wú)功功率、功率因數、頻率、有功電度等。如下圖所示：

配電一次系統圖

    諧波分析：通過(guò)報表實(shí)時(shí)顯示高壓6個(gè)回路2~31次分次諧波及總諧波數據，并以棒圖形式直觀(guān)顯示，如下圖所示：

諧波分析

    遙信和遙測報警功能，主要完成對回路的開(kāi)關(guān)運行狀態(tài)和負載進(jìn)線(xiàn)監控，對開(kāi)關(guān)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，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，如下圖所示：

遙測遙信報警

    事件告警記錄功能，主要完成對查詢(xún)時(shí)間段內出現的報警信息事件記錄以及發(fā)生時(shí)間，為值班人員提供依據并且分析事故發(fā)生的原因，如下圖所示：

事件記錄

    參數抄表功能，主要對低壓各出線(xiàn)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)，主要包括：三相電流、有功功率和有功電度。具備數據導出和報表打印等功能。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)。如下圖所示

 電參數抄表

    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)。如下圖所示：

電能報表

    系統通訊結構示意圖，主要顯示系統的組網(wǎng)結構，系統采用分層分布式結構，同時(shí)監測間隔層設備的通信狀態(tài)。紅色表示通訊正常，綠色表示通訊故障。下圖為變電所通訊狀態(tài)示意圖。

通訊結構示意圖

    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。如下圖所示：

趨勢曲線(xiàn)圖

     MD查詢(xún)：通過(guò)報表查詢(xún)當前及歷史實(shí)際MD值及申請MD值，申請MD值可由用戶(hù)設置。該報表可實(shí)現實(shí)際MD值與申請MD值對比分析功能，為企業(yè)用電負荷管理提供依據，如下圖所示：

MD報表

    MD曲線(xiàn)：顯示高壓回路MD值曲線(xiàn)，可查詢(xún)當前或歷史MD值曲線(xiàn)。紅色曲線(xiàn)為申請MD值線(xiàn)，可實(shí)現實(shí)際MD值與申請MD值的趨勢對比。如下圖所示：

MD曲線(xiàn)

     復費率電能報表：實(shí)現高壓回路總、峰、平、谷復費率電能統計，復費率時(shí)段用戶(hù)可在儀表上根據實(shí)際要求配置。如下圖所示：

復費率電能報表

5、結束語(yǔ)

    目前很多企業(yè)電能管理存在著(zhù)多方面問(wèn)題，設備利用率不高，設備老化、需要更新，無(wú)法掌握企業(yè)目前用電現狀，無(wú)法量化企業(yè)節能指標，確實(shí)電能數據支撐，用電方式需要等。

    本文介紹的Acrel-3000電能管理系統在飛利浦電子技術(shù)（上海）有限公司的應用，通過(guò)現代計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò )通信技術(shù)和分布式控制技術(shù)，建立完善的能耗監測、管理體系，實(shí)現能源消耗動(dòng)態(tài)過(guò)程的信息化、可視化、可控化，對企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中能源消耗的結構、過(guò)程及要素進(jìn)行管理、控制和化，提高能源使用效率。

參考文獻：

[1]《電力電測數字儀表原理與應用指南》， 任致程、周中，電力出版社

[2]《電力監控系統在供配電設計中的應用》，高士宏，科技風(fēng)

[3]《電力監控運用于10kv供配電設計》，姚強，科技天地