韓歡慶

安科瑞電氣股份有限公司  上海嘉定  201801

摘 要：動(dòng)力分廠(chǎng)的低壓電能是電力管理的關(guān)鍵內容，能夠幫助管理人員詳細了解電力資源分配情況，分析其合理性，對各項電力設備的耗能情況予以評估。但是傳統計量模式及管理模式均具有一定局限性，在復雜環(huán)境下檢測的數據也具有及時(shí)性不佳、準確性待提升等弊端，因此不利于電能合理管控，探究更加智能的管理系統成為重要工作內容。本項目中智能低壓電能在線(xiàn)管理系統的設計意在實(shí)現管理的智能化和數字化，提升管理質(zhì)量，文章詳細介紹了系統設計的各項參數及應用優(yōu)勢，能夠在很大程度上保證電能系統的穩定運行，同時(shí)實(shí)現節能降耗。。 

關(guān)鍵詞：動(dòng)力分廠(chǎng)；智能低壓電能在線(xiàn)管理系統；節能降耗

 

       動(dòng)力分廠(chǎng)在企業(yè)中發(fā)揮關(guān)鍵作用，為總、分公司提供動(dòng)力支持，其中的低壓配電室管理又在其中占據重要位置。當前如何提升低壓配電室電能管理質(zhì)量已成為各個(gè)企業(yè)需面臨的主要難題，也是合理分配企業(yè)電能資源、提升企業(yè)綜合競爭力的核心所在。在企業(yè)發(fā)展規模不斷擴大、市場(chǎng)競爭愈發(fā)激烈的影響下，實(shí)現低壓電能智能化、信息化管控已成為必然。

 

       動(dòng)力分廠(chǎng)主要的任務(wù)是為全廠(chǎng)提供充足電能，服務(wù)范圍不僅包括總公司，還包括下屬分公司。當前低壓配電室的電能計量系統計量方式一般為針電能表、機械電能表或者電子式直讀表，雖具有數據測量功能，但是不支持數據實(shí)時(shí)上傳，且系統內設備繁多。傳統計量方式下統計周期長(cháng)、工作量大，數據分析的準確性將受到較大影響，無(wú)法幫助管理人員有效衡量廠(chǎng)區用電情況。不僅如此，部分計量使用儀用變壓器安裝，存在一定安全隱患，可能影響設備的穩定運行。本項目的智能低壓電能在線(xiàn)管理系統意在通過(guò)智能管理的構建提升廠(chǎng)區電能管理質(zhì)量，提升設備自動(dòng)化、智能化水平，對區域電能使用情況予以有效統計和監控，促使廠(chǎng)區節能降耗，為設備升級提供充分且科學(xué)的數據參考。

 

2.1　服務(wù)范圍

     （1）總公司?？偣竟灿械蛪号潆娛?3個(gè)，更換的導軌式電能表、多功能測控電表、儀用變壓器、無(wú)線(xiàn)采集器分別為474臺、62臺、1422臺、23臺，此外應將電能管理系統安裝于整流所主控室，并安裝一臺無(wú)線(xiàn)采集器。

     （2）分公司。分公司共有低壓配電室24個(gè)，更換的導軌式電能表、多功能測控電表、儀用變壓器、無(wú)線(xiàn)采集器分別為171臺、59臺、513臺、23臺，此外與總公司相同，應將電能管理系統安裝于整流所主控室，安裝一臺無(wú)線(xiàn)采集器。此外，總公司及分公司各低配室內需要于母聯(lián)柜、低壓進(jìn)線(xiàn)柜面板處安裝多功能測控電表，饋出柜則配置導軌式三相電能表及一次電流互感器。整流所主控室操作臺則要配備服務(wù)器主機，于其中安裝電能計量監控系統軟件。由于部分分公司未實(shí)現5G網(wǎng)絡(luò )覆蓋，此部分公司使用通訊光纖傳輸信號。

2.2　系統組網(wǎng)方式

       低壓配電室安裝的多功能測控表可以將測得的數據通過(guò)有線(xiàn)或無(wú)線(xiàn)方式上傳至無(wú)線(xiàn)采集器；導軌式三相電能表可以將測得的數據通過(guò)LoRa無(wú)線(xiàn)方式上傳至無(wú)線(xiàn)采集器?？偣炯胺止镜团涫覠o(wú)線(xiàn)采集器均可使用5G網(wǎng)絡(luò )實(shí)現數據傳輸，匯總至整流所主控室服務(wù)器。但是需要注意的是，電能計量管理系統需提前預約接口供集控系統平臺使用。

 

3.1　導軌式三相電能表

    （1）使用環(huán)境。相對濕度則要求在無(wú)冷凝環(huán)境下處于5%至95%。

    （2）安裝要求。在符合低壓開(kāi)關(guān)柜位置及尺寸的基礎上選擇標準導軌式安裝。

    （3）電磁兼容性及防護等級。設備需在高濕度、腐蝕氣體、強電磁感染環(huán)境下工作，因此元件需采用防潮、防腐、穩定性強的工藝進(jìn)行制造。此外，電磁兼容性需在EMC3級以上、防護性能需在IP52級以上。

    （4）液晶顯示。導軌式三相電能表需安裝液晶顯示屏，且滿(mǎn)足高清晰度、高亮度、帶背光支持的特點(diǎn)，用以顯示電壓、電能、功率因素、電流以及DI狀態(tài)等各項數據。

    （5）測量功能。此電能表能夠測量的參數較多，其中主要包括三相電流、三相電壓、雙向有功功率及電度、雙向無(wú)功功率及電度、功率因數、電壓不平衡度、零序電流、15min需量等。

    （6）I/O輸入輸出。開(kāi)關(guān)量輸入、輸出接點(diǎn)需在2路以上，可實(shí)現現場(chǎng)斷路器分合閘。

    （7）通訊。配置LoRa無(wú)線(xiàn)通信接口，用以將采集的數據傳輸至電能管理系統主機，同時(shí)刷新開(kāi)關(guān)量變位及系統實(shí)時(shí)數據；配置RS-485通訊口，用以作為備用通信接口。

    （8）事件記錄。事件記錄功能的配備可用于管理人員后期查詢(xún)報警、開(kāi)關(guān)量變位等各項數據，記錄條目在32條以上，停電后自動(dòng)保存數據。

    （9）需量。電能表可自行計算正向有功、無(wú)功功率實(shí)時(shí)需量等。

    （10）諧波分析。諧波分析功能的配備能夠對電流諧波總畸變率、回路電壓等實(shí)施監測，分次諧波數據應在31次以上。

    （11）定值越限。電能表支持電氣量越限報警功能，可采用相電壓越上限及越下限、電流越上限及越下限、線(xiàn)電壓越上限及越下限、總功率因數越上限及越下限、線(xiàn)電壓越上限及越下限等，另外越限報警事件需在6組以上，越限后系統自動(dòng)開(kāi)啟繼電器出口。

3.2　多功能測控電表

    （1）安裝要求。在符合低壓開(kāi)關(guān)柜位置及尺寸的基礎上選擇標開(kāi)孔嵌入式安裝。

    （2）I/O輸入輸出。多功能測控電表需配備開(kāi)關(guān)量輸入接點(diǎn)4路以上、開(kāi)關(guān)量輸出接點(diǎn)2路以上，可實(shí)現現場(chǎng)斷路器分合閘。

    （3）通訊。多功能測控電表配置RS-485通訊口，用以將采集的數據傳輸至電能管理系統主機，同時(shí)刷新開(kāi)關(guān)量變位及系統實(shí)時(shí)數據。事件順序記錄分辨率應為1ms。

    （4）其他。多功能測控電表使用環(huán)境、電磁兼容性及防護等級、液晶顯示、測量功能、事件記錄、需量、諧波分析、定值越限等均與導軌式三相電能表配置相同。

3.3　無(wú)線(xiàn)采集器

    （1）使用環(huán)境及防護等級。無(wú)線(xiàn)采集器使用環(huán)境及防護等級、電磁兼容性等與導軌式三相電能表相同。

    （2）通信參數。以太網(wǎng)參數：配置4個(gè)以上標準RJ45型以太網(wǎng)接口，另外內部建立1.5kV磁隔離保護。串口通信參數：配置8個(gè)以上RS485接口，另外內部建立3kV磁隔離保護、防靜電保護、防雷保護、靜電保護。

    （3）網(wǎng)絡(luò )要求。無(wú)線(xiàn)采集器需支持5G網(wǎng)絡(luò )。

    （4）LoRa通信參數。32個(gè)以上通信信道，工作頻段為470~510MHz，主要采用LoRa調制方式，但是同時(shí)也支持包括FSK、GFSK在內的傳統調制方式?？諘鐥l件下極限通信距離為3000m。

    （5）數據采集功能。8個(gè)以上RS-485接口、以太網(wǎng)接口及LoRa接口。采集方式可分為實(shí)時(shí)采集（對各電表數據通過(guò)在線(xiàn)輪詢(xún)法實(shí)時(shí)采集）、指令采集（接收到數據中心命令后立刻采集）和定時(shí)自動(dòng)采集（依據預先設置的時(shí)間定時(shí)采集）。

    （6）數據轉發(fā)功能。配備8個(gè)以上轉發(fā)通道，相互獨立，同時(shí)配套轉發(fā)規約、通信地址以及端口。

    （7）數據存儲。采集器支持15d以上數據存儲，且在出現故障或者斷電時(shí)能夠實(shí)現數據的自動(dòng)保存，當服務(wù)器恢復后可將保存的數據上傳至后臺服務(wù)器數據庫，保證數據不丟失。

    （8）透明傳輸功能。要求配備集成串口服務(wù)器功能，以此對智能終端設備與主站的數據交流予以控制。

    （9）邏輯可編程功能。能夠通過(guò)邏輯運算、算術(shù)運算進(jìn)一步分析遙測、電能等數據，并將計算成果分享至主站，還可使用運算結果遙控出口；二次邏輯編程有利于預期輸出結果的實(shí)現。

    （10）系統校時(shí)功能?？娠@示時(shí)鐘并支持SNTP對時(shí)、主站通信對時(shí)，誤差控制在0.5s/d以下。

    （11）輸入輸出功能。系統輸入信號4路以上，24V額定電壓，10ms事件分辨率；系統輸出信號2路以上，分別為常開(kāi)DO、常開(kāi)常閉Alarm，人員可以利用軟件對常開(kāi)DO進(jìn)行設置，作為常規DO用以邏輯控制輸出。

3.4　服務(wù)器

    （1）處理器?？偣?、分公司均配置塔式服務(wù)器，處理器型號為至強E-2225G，3.7GHz CUP頻率。

    （2）內存容量。服務(wù)器內存容量為16GB。

    （3）硬盤(pán)容量。服務(wù)器硬盤(pán)為SATA可擴展，容量為2TB，擴展后可達32TB。

    （4）USB。同時(shí)配置USB2.0、USB3.0，數量分別為4個(gè)、6個(gè)。

    （5）內置硬盤(pán)托架。配置6個(gè)內置硬盤(pán)托架支持大存儲容量。

    （6）操作系統。操作系統選擇Win10中文標準版。

    （7）4個(gè)DIMM插槽，支持DDR4內存容量。

    （8） 液 晶 顯 示 器 。 顯 示 器 分 辨 率 為1920*1080，面板尺寸32英寸，60Hz刷新率，5ms響應時(shí)間。另外配置VGA接口和HDMI接口。 

 

4.1　電力監控功能

    （1）數據采集與處理。本項目可準確采集、處理多種能源及生產(chǎn)數據，且數據穩定、可靠、及時(shí)，使用專(zhuān)門(mén)數據庫儲存數據，期限在3年以上，系統支持設備為5000個(gè)以上。電能計量監控系統軟件中的采集程序可同時(shí)進(jìn)行多設備采集，實(shí)現分布式數據采集，另外可就地前置，與實(shí)時(shí)監控主機，獨立運行，一旦監控主機發(fā)生故障不會(huì )對采集程序造成影響。該軟件系統同時(shí)支持主備冗余機制，程序間需實(shí)現無(wú)縫切換，間隔時(shí)間在8s以下。數據采集程序還可以對數據予以統計、分析、修正，同時(shí)擁有自我保護機制，即在系統通信中斷后仍可通過(guò)智能裝置中數據的讀取恢復重要信息。

    （2）實(shí)時(shí)監控報警。監控設備的主要任務(wù)就是在運行異常時(shí)發(fā)出報警信號，通過(guò)語(yǔ)音報警、監控畫(huà)面推送、閃爍提示等實(shí)現監控的有效執行。

    （3）事件記錄查詢(xún)。告警發(fā)生時(shí)電能計量監控系統軟件將會(huì )實(shí)時(shí)彈出警告畫(huà)面，詳細展示日期、時(shí)間、告警類(lèi)型并定位告警部位且按照事件將會(huì )進(jìn)行分級報警，顯示不同的顏色和特征值，有利于人員進(jìn)行針對性處理。告警信息及處理結果將自動(dòng)儲存至相關(guān)數據庫，同時(shí)支持事件查詢(xún)，人員可在軟件內按照時(shí)間、關(guān)鍵詞等進(jìn)行快速檢索。

    （4）趨勢曲線(xiàn)分析。軟件具有歷史數據分析功能，可以詳細、智能分析歷史數據，類(lèi)型多樣，包括棒圖分析、曲線(xiàn)分析等，同時(shí)支持多種視圖類(lèi)型。

    （5）故障錄波分析功能。故障錄波分析模塊可正確讀取故障波形文件并進(jìn)行計算和分析，顯示變化趨勢，波形分析界面能直觀(guān)查詢(xún)故障量相關(guān)參數，可展示矢量圖形，同時(shí)能夠實(shí)現波形數據導出、PNG圖片輸出。

    （6）標準報表模板。系統支持報表統計，系統內所有設備的電能信息均可統計在程序內并通過(guò)報表形式分析和傳輸，同時(shí)支持對比統計、自定義計算、手動(dòng)修改數據、自定義表格形式、信息查詢(xún)、Excel格式轉化、數據的二次處理等功能，人員可以進(jìn)行報表打印，可以發(fā)送至郵箱。

4.2　電能管理

    （1）電能計量管理。支持自定義設置電能計量點(diǎn)周期，可根據實(shí)際所需周期選擇電能用量的統計分析；支持自定義時(shí)間段統計報表的顯示和輸出；可進(jìn)行同比、環(huán)比、統計排名，支持多節點(diǎn)分析。

    （2）需量管理。支持需量計算功能，經(jīng)監控詳細了解各設備需量變化趨勢，以此分析月度基本電費，了解設備運行過(guò)程中的可優(yōu)化之處并予以調整。需量計算可幫助管理人員有效識別耗電源，對于降低能耗、控制波峰電價(jià)用電、減少用電費用有重要現實(shí)意義。所有分析的參數可通過(guò)棒圖、曲線(xiàn)圖等形式顯示，同時(shí)管理者可經(jīng)Web管理界面查詢(xún)。需量計算功能下系統可設置多級需量限值超約預警，以此電能管理質(zhì)量和效率。

4.3　系統維護功能

     為系統設置安全權限，用戶(hù)角色不同，可按照自身權限大小使用口令登錄系統，對系統實(shí)施不同操作，操作記錄將由數據庫保存；軟件可按照企業(yè)管理組織結構對訪(fǎng)問(wèn)權限予以針對性設置，按權限對訪(fǎng)問(wèn)范圍和節點(diǎn)予以分配，另外支持設置分層分級用戶(hù)群組。

4.4　數據庫維護和管理

     系統兼容性強，支持數據庫連接，配備主備數據庫同步機制，以此實(shí)現數據庫合并。數據庫維護便捷，可方便地進(jìn)行數據備份和還原，同時(shí)人員可以歸檔管理數據，后期也可查詢(xún)和導出維護記錄。

4.5　擴展功能

     監控系統需具有通信接口擴展功能，便于各項設備的接入以及集成數據的交互，同時(shí)支持二次開(kāi)發(fā)。支持標準規約設備、非標準規約設備的接入，另外支持標準下的遠傳規約轉發(fā)數據。

 

5.1概述

       用戶(hù)端消耗著(zhù)整個(gè)電網(wǎng)80%的電能，用戶(hù)端智能化用電管理對用戶(hù)可靠、節約用電有十分重要的意義。構建智能用電服務(wù)體系，推廣用戶(hù)端智能儀表、智能用電管理終端等設備用電管理解決方案，實(shí)現電網(wǎng)與用戶(hù)的雙向良性互動(dòng)。用戶(hù)端急需解決的研究?jì)热葜饕ǎ合冗M(jìn)的表計，智能樓宇、智能電器、增值服務(wù)、客戶(hù)用電管理系統、需求側管理等課題。

      Acrel-3000WEB電能管理解決方案通過(guò)對用戶(hù)端用電情況進(jìn)行細分和統計，以直觀(guān)的數據和圖表向管理人員或決策層展示各分項用電的使用消耗情況，便于找出高耗能點(diǎn)或不合理的耗能習慣，有效節約電能，為用戶(hù)進(jìn)一步節能改造或設備升級提供準確的數據支撐。

5.2應用場(chǎng)所

     （1）辦公建筑（商務(wù)辦公、大型公共建筑等）；

     （2）商業(yè)建筑（商場(chǎng)、金融機構建筑等）；

     （3）旅游建筑（賓館飯店、娛樂(lè )場(chǎng)所等）；

     （4）科教文衛建筑（文化、教育、科研、醫療衛生、體育建筑等）；

     （5）通信建筑（郵電、通信、廣播、電視等）；

     （6）交通運輸建筑（機場(chǎng)、車(chē)站、碼頭建筑等）。

5.3系統結構

 

5.4系統功能

1）實(shí)時(shí)監測

     系統人機界面友好，以配電一次圖的形式直觀(guān)顯示配電線(xiàn)路的運行狀態(tài)，實(shí)時(shí)監測各回路電壓、電流、功率、功率因數、電能等電參數信息，動(dòng)態(tài)監視各配電回路斷路器、隔離開(kāi)關(guān)、地刀等合、分狀態(tài)，以及有關(guān)故障、告警等信號。

 

2）電能統計報表

     系統以豐富的報表支撐計量體系的完整性。系統具備定時(shí)抄表匯總統計功能，用戶(hù)可以自由查詢(xún)自系統正常運行以來(lái)任意時(shí)間段內各配電節點(diǎn)的用電情況，即該節點(diǎn)進(jìn)線(xiàn)用電量與各分支回路消耗電量的統計分析報表。該功能使得用電可視透明，并在用電誤差偏大時(shí)可分析追溯，維護計量體系的正確性。

 

 

3）詳細電參量查詢(xún)

      在配電一次圖中，當鼠標移動(dòng)到每個(gè)回路附近時(shí)，鼠標指針變?yōu)槭中?，鼠標單擊可查看該回路詳細電參量，包括三相電流、三相電壓、三相總有功功率、總無(wú)功功率、總功率因數、正向有功電能，并可以查看24小時(shí)相電流趨勢曲線(xiàn)及24小時(shí)電壓趨勢曲線(xiàn)。

 

4）運行報表

     系統具有實(shí)時(shí)電力參數和歷史電力參數的存儲和管理功能，所有實(shí)時(shí)采集的數據、順序事件記錄等均可保存到數據庫，在查詢(xún)界面中能夠自定義需要查詢(xún)的參數、時(shí)間或選擇查詢(xún)更新的記錄數據等，并通過(guò)報表方式顯示出來(lái)。用戶(hù)可以根據需要定制運行日報、月報，支持導出Excel格式文件，還可以根據用戶(hù)要求導出PDF格式文件。

 

5）變壓器運行監視

      系統對配電系統總進(jìn)線(xiàn)、主變壓器、重要負荷出線(xiàn)的運行狀態(tài)進(jìn)行在線(xiàn)實(shí)時(shí)監視，用曲線(xiàn)顯示電流、變壓器運行溫度、有功需量、有功功率、視在功率、變壓器負荷率等運行趨勢，分析變壓器負荷率及損耗，方便運行維護人員及時(shí)掌握運行水平和用電需求，確保供電安全可靠。

 

6）實(shí)時(shí)報警

     系統具有實(shí)時(shí)報警功能，系統能夠對配電回路斷路器、隔離開(kāi)關(guān)、接地刀分、合動(dòng)作等遙信變位，保護動(dòng)作、事故跳閘，以及電壓、電流、功率、功率因數越限等事件進(jìn)行實(shí)時(shí)監測，并根據事件等級發(fā)出告警。系統報警時(shí)自動(dòng)彈出實(shí)時(shí)報警窗口，并發(fā)出聲音或語(yǔ)音提醒。

 

7）歷史事件查詢(xún)

     系統能夠對遙信變位，保護動(dòng)作、事故跳閘，以及電壓、電流、功率、功率因數越限等事件記錄進(jìn)行存儲和管理，方便用戶(hù)對系統事件和報警進(jìn)行歷史追溯，查詢(xún)統計、事故分析。

 

8）電能質(zhì)量監測

      系統可以對整個(gè)配電系統范圍內的電能質(zhì)量進(jìn)行持續性的監測，運行維護人員可以通過(guò)諧波分析棒圖、報表掌握進(jìn)線(xiàn)、變壓器、重要回路的電壓、電流諧波畸變率、諧波含量、電壓不平衡度等，及時(shí)采取相應的措施，降低諧波損耗，減少因諧波造成的異常和事故(該功能需要選配帶諧波監測功能的電力儀表，不需要可刪除。

 

9）遙控操作

     系統支持對斷路器、隔離開(kāi)關(guān)、接地刀等進(jìn)行分、合遙控操作。系統具有嚴格的密碼保護和操作權限管理功能，對于每次遙控操作，系統自動(dòng)生成操作記錄，記錄內容包含操作人、操作時(shí)間、操作類(lèi)型等。實(shí)現該功能需要斷路器本身具有電操機構及保護保測控裝置具備遙控功能等硬件設備的支持。

 

10）用戶(hù)權限管理

       系統為保障系統安全穩定運行，設置了用戶(hù)權限管理功能。通過(guò)用戶(hù)權限管理能夠防止未經(jīng)的操作（如配電回路名稱(chēng)修改等）?？梢远x不同級別用戶(hù)的登錄名、密碼及操作權限，為系統運行、維護、管理提供可靠的安全保障。

 

11）通訊狀態(tài)圖

       系統支持實(shí)時(shí)監視接入系統的各設備的通訊狀態(tài)，能夠完整的顯示整個(gè)系統網(wǎng)絡(luò )結構；可在線(xiàn)診斷設備通訊狀態(tài)，發(fā)生網(wǎng)絡(luò )異常時(shí)能自動(dòng)在界面上顯示故障設備或元件及其故障部位。從而方便運行維護人員實(shí)時(shí)掌握現場(chǎng)各設備的通訊狀態(tài)，及時(shí)維護出現異常的設備，保證系統的穩定運行。

 

12）視頻監控

        視頻監控展示了當前實(shí)時(shí)畫(huà)面（視頻直播），選中某一個(gè)變配電站，即可查看該變配電站內視頻信息。

 

13）用戶(hù)報告

       用戶(hù)報告頁(yè)面主要用于對選定的變配電站自動(dòng)匯總一個(gè)月的運行數據，對變壓器負荷、配電回路用電量、功率因數、報警事件等進(jìn)行統計分析。

 

14）APP支持

       電力運維手機支持“監控系統"、“設備檔案"、“待辦事項"、“巡檢記錄"和“缺陷記錄"五大模塊，支持一次圖、需量、用電量、視頻、曲線(xiàn)、溫濕度、同比、環(huán)比、電能質(zhì)量、各種事件報警查詢(xún)，設備檔案查詢(xún)、待辦事件處理、巡檢記錄查詢(xún)等。

 

5.5系統硬件配置

 

6 結語(yǔ)

      動(dòng)力分廠(chǎng)智能低壓電能在線(xiàn)管理系統能夠實(shí)現總公司、分公司電能管理的信息化及自動(dòng)化水平，提升人員工作質(zhì)量，可以助管理者詳細準確地了解廠(chǎng)區范圍內電能使用情況，合理分配能源、及時(shí)發(fā)現問(wèn)題，對于節能降耗、促使企業(yè)可持續健康發(fā)展有關(guān)鍵現實(shí)意義，還有利于提升企業(yè)綜合競爭力。

【1】孫艷坤，劉康，孫偉，鮑學(xué)超，錢(qián)景磊，鄭子龍，動(dòng)力分廠(chǎng)智能低壓電能在線(xiàn)管理系統設計與應用研究.

【2】石炳君.機關(guān)大樓老舊配電設備加裝電能管理系統的方法[J].江蘇科技信息,2020,37(12):60-65.

【3】安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊.2022.05

 

作者簡(jiǎn)介：韓歡慶，女，現任職于安科瑞電氣股份有限公司，主要從事電能管理研究發(fā)展。