安科瑞 師晴晴
江蘇安科瑞電器制造有限公司 江蘇江陰 214405
摘要：介紹安科瑞電能管理系統(tǒng)，采用智能電力儀表采集分布在變電所的66塊多功能網(wǎng)絡(luò)電力儀表的各種電參量。系統(tǒng)采用現(xiàn)場就地組網(wǎng)的方式，組網(wǎng)后通過現(xiàn)場總線通訊遠(yuǎn)傳至監(jiān)控后臺，通過電能管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對變電所配電回路用電的實(shí)時監(jiān)控和管理。
關(guān)鍵詞：變電所;多功能網(wǎng)絡(luò)電力儀表;電能管理系統(tǒng);
1 概述
北京金隅節(jié)能保溫科技公司是金隅集團(tuán)（股份）下屬的全資子公司，是在集團(tuán)單向產(chǎn)品做強(qiáng)、做大的經(jīng)營理念指導(dǎo)下，順應(yīng)節(jié)能降耗政策，將原星牌公司重組為專門研制、生產(chǎn)節(jié)能保溫墻體材料的科技公司，注冊資金3億元。公司致力于節(jié)能、環(huán)保、綠色建材的研發(fā)、生產(chǎn)及應(yīng)用推廣，目標(biāo)是成為中國新型節(jié)能環(huán)保建材規(guī)模生產(chǎn)和系統(tǒng)推廣的者，主要產(chǎn)品有巖棉保溫板、粒狀棉、玻璃反射鏡三大類產(chǎn)品。
安科瑞電氣股份有限公司于2013年8月承接北京金隅節(jié)能保溫科技公司河北分公司配電室電能管理系統(tǒng)的設(shè)計與實(shí)施，配電系統(tǒng)共有2路0.4kV電源進(jìn)線，64路0.4kV電源出線組成。
2 客戶需求
現(xiàn)場66個電壓回路的儀表和6塊燃?xì)獗矸植荚谕坏攸c(diǎn)，改造前所有數(shù)據(jù)依靠人工統(tǒng)計，無法保證數(shù)據(jù)的正確性和統(tǒng)一性，對用電管理帶來很大的不便，根據(jù)其實(shí)際情況提出以下需求：
1.集中采集66個回路低壓儀表和6塊燃?xì)獗淼臄?shù)據(jù)并在一次系統(tǒng)圖界面顯示。
2.各個回路的電流越*，系統(tǒng)通過聲光告警通知被管理人員，及時用電隱患。
3.需實(shí)時和歷史分析各個回路的用電趨勢，便于削峰填谷，錯峰供電和生產(chǎn)。
4.能夠查看具體某個回路或幾個回路每天的用電量，并可通過報表進(jìn)行對比。
5.采集燃?xì)獗淼臄?shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時顯示。
根據(jù)用戶需求，需要對現(xiàn)場變配電所通過現(xiàn)場總線進(jìn)行組網(wǎng)并建立電能管理系統(tǒng)（主要是數(shù)據(jù)的實(shí)時監(jiān)控），在控制中心值班室內(nèi)設(shè)置監(jiān)控平臺，對66個回路實(shí)時監(jiān)測、統(tǒng)計、分析，以保證用電的、可靠和。
安科瑞電能管理系統(tǒng)，充分利用了現(xiàn)代電子技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和現(xiàn)場總線技術(shù)的發(fā)展，對變配電系統(tǒng)進(jìn)行分散數(shù)據(jù)采集和集中監(jiān)控管理。對配電系統(tǒng)的二次設(shè)備進(jìn)行組網(wǎng)，通過計算機(jī)和通訊網(wǎng)絡(luò)，將分散的配電所的現(xiàn)場設(shè)備連接為一個有機(jī)的整體，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)運(yùn)行的遠(yuǎn)程監(jiān)控、集中管理。
3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)描述
本系統(tǒng)采用分層分布式結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計，即站控管理層、網(wǎng)絡(luò)通訊層和現(xiàn)場設(shè)備層，項(xiàng)目組網(wǎng)圖如下，現(xiàn)場66個低壓回路的多功能網(wǎng)絡(luò)電力儀表和6塊燃?xì)獗斫?jīng)RS485現(xiàn)場總線連接至串口服務(wù)器，然后通過以太網(wǎng)傳輸至現(xiàn)場監(jiān)控主機(jī)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集，存儲，處理，顯示和上傳如圖（1）所示：
圖（1）電能管理系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D
間隔設(shè)備層主要為：多功能網(wǎng)絡(luò)電力儀表，分別對應(yīng)相應(yīng)的一次設(shè)備分散安裝在同一配電室的電氣柜內(nèi)，這些裝置均采用RS485通訊接口，通過現(xiàn)場MODBUS總線組網(wǎng)通訊，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)現(xiàn)場采集。
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(xiàn)場采集裝置集中采集，同時遠(yuǎn)傳至站控層，完成現(xiàn)場層和站控層之間的數(shù)據(jù)交互。
站控管理層：設(shè)有高性能工業(yè)計算機(jī)、顯示器、UPS電源、打印機(jī)等設(shè)備。監(jiān)控系統(tǒng)安裝在計算機(jī)上，集中采集顯示現(xiàn)場設(shè)備運(yùn)行狀況，以人機(jī)交互的形式顯示給用戶。
建設(shè)完成后的多功能網(wǎng)絡(luò)電力儀表均采用RS485接口和MODBUS-RTU通訊協(xié)議，RS485采用屏蔽線傳輸，一般都采用二根連線，接線簡單方便；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(shù)據(jù)但是在同一時刻只能發(fā)送或接收數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)高傳輸速率為10Mbps。
RS485接口是采用平衡驅(qū)動器和差分接收器的組合，抗噪聲干擾能力增強(qiáng)，總線上允許連接多達(dá)32個設(shè)備，大傳輸距離為1.2km。
4 電能管理系統(tǒng)主要功能
4.1 數(shù)據(jù)采集與處理
數(shù)據(jù)采集是電能管理的基礎(chǔ)，數(shù)據(jù)采集主要由底層多功能網(wǎng)絡(luò)儀表采集完成，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)的本地實(shí)時顯示。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(shù)COSφ、電度Epi、遠(yuǎn)程設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)等數(shù)據(jù)。
數(shù)據(jù)處理主要是把按要求采集到的電參量實(shí)時準(zhǔn)確的顯示給用戶，達(dá)到電能管理的自動化化和智能化要求，同時把采集到的數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫供用戶查詢。
4.2 歷史事件
歷史事件查看界面主要為用戶查看曾經(jīng)發(fā)生過的故障記錄、信號記錄、操作記錄、越限記錄提供方便友好的人機(jī)交互，通過歷史事件查看平臺，您可以根據(jù)自己的要求和查詢條件方便定位您所要查看的歷史事件，為您把握整個系統(tǒng)的運(yùn)行情況提供了良好的軟件支持。
4.3 數(shù)據(jù)庫建立與查詢
主要完成遙測量和遙信量定時采集，并且建立數(shù)據(jù)庫，定期生成報表，以供用戶查詢打印。
4.4 運(yùn)行負(fù)荷曲線
負(fù)荷趨勢曲線功能主要負(fù)責(zé)定時重要回路電流和功率負(fù)荷參量，自動生成運(yùn)行負(fù)荷趨勢曲線的，方便用戶及時了解設(shè)備的運(yùn)行負(fù)荷狀況。點(diǎn)擊畫面相應(yīng)按鈕或菜單項(xiàng)可以完成相應(yīng)功能的切換；可以查看實(shí)時趨勢曲線或歷史趨勢線；對所選曲線可以進(jìn)行平移、縮放、量程變換等操作，幫助用戶進(jìn)線趨
勢分析和故障追憶，為分析整個系統(tǒng)的運(yùn)行狀況提供了直觀而方便的軟件支持。
4.5 遠(yuǎn)程報表查詢
報表管理程序的主要功能是根據(jù)用戶的需要設(shè)計報表樣式，把系統(tǒng)中處理的數(shù)據(jù)經(jīng)過篩選、組合和統(tǒng)計生成用戶需要的報表數(shù)據(jù)。本程序還可以根據(jù)用戶的需要對報表文件采用定時保存、打印或者召喚保存、打印模式。同時本程序還向用戶提供了對生成的報表文件管理功能。
報表具有自由設(shè)置查詢時間實(shí)現(xiàn)日、月、年的電能統(tǒng)計，數(shù)據(jù)導(dǎo)出和報表打印等功能。
4.6 采集燃?xì)獗頂?shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時顯示
5 案例分析
本監(jiān)控系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)金隅節(jié)能保溫科技公司變電所66個回路配電實(shí)時監(jiān)測、分析及管理，監(jiān)控范圍如下表1所示：
表1 監(jiān)測點(diǎn)位分布表
根據(jù)其改造的回路，系統(tǒng)可實(shí)時顯示一次回路運(yùn)行狀況，功能有電量遙測主要監(jiān)測運(yùn)行設(shè)備的電參量，其中包括：線三相電壓、電流、功率、功率因數(shù)、電能，頻率等電參量。見圖（2）
圖（2） 一次系統(tǒng)圖
系統(tǒng)監(jiān)控現(xiàn)場所有點(diǎn)的通訊狀態(tài)，紅色綠色分別代表儀表通訊異常和正常，便于用戶查看各監(jiān)測點(diǎn)通訊狀態(tài)，如圖3：
圖（3） 通訊狀態(tài)圖
遙測報警功能，主要完成對直變和主變負(fù)載越限彈出報警界面指示具體的報警位置并聲音報警，提醒值班人員及時處理。負(fù)載越限值在相應(yīng)權(quán)限下可自由設(shè)置。具備歷史查詢功能，見圖（4）。
圖（4） 越限報警信息
用電量報表功能，可選擇時間段進(jìn)行查詢，支持任意時間段電度累計查詢，具備數(shù)據(jù)導(dǎo)出和報表打印等功能。為值班人員提供了可靠的電能報表。該報表各回路名稱和數(shù)據(jù)庫關(guān)聯(lián)，方便用戶修改回路名稱，用戶可以直接打印報表，并導(dǎo)出為EXCEL格式如圖（5）所示：
圖（5） 電能報表
參數(shù)抄表功能，主要所有回路的電參數(shù)進(jìn)線查詢。支持任意時刻電參數(shù)查詢，具備數(shù)據(jù)導(dǎo)出和報表打印等功能。電參數(shù)主要包括：三相電壓、三相電流、有功功率、無功功率、頻率和有功電度。如圖（6）所示。
圖（6） 參數(shù)抄表
負(fù)荷趨勢曲線界面中可直觀的查看回路的負(fù)荷運(yùn)行情況。查看實(shí)時和歷史趨勢曲線，點(diǎn)擊畫面相應(yīng)按鈕或菜單項(xiàng)可以完成相應(yīng)功能的切換；幫助用戶進(jìn)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(tǒng)的運(yùn)行狀況提供了直觀而方便的軟件支持，見圖（7）。
圖（7）電流趨勢曲線圖
系統(tǒng)采集6塊燃?xì)鈨x表的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時顯示，如圖（8）所示。
圖（8）燃?xì)獗頂?shù)據(jù)展示
6 結(jié)束語
1）本系統(tǒng)于2013年12月完成現(xiàn)場調(diào)試，順利通過用戶驗(yàn)收并投入運(yùn)行，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，至今未出現(xiàn)任何故障，得到用戶好評。
2）本項(xiàng)目的成功實(shí)施表明：本項(xiàng)目的技術(shù)方案是科學(xué)的、合理的、可行的。
3）本系統(tǒng)采用對分布式配電的集中監(jiān)控，達(dá)到了預(yù)期的效果，電能管理軟件運(yùn)行界面滿足了用戶需求，并有效降低了設(shè)計和施工成本。
