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(tǒng)對配電監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行改造，通過總線型組網(wǎng)方式，把數(shù)據(jù)上傳至后臺，進(jìn)行智能化組網(wǎng)。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了分散式采集和集中控制管理的智能化、數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化電能管理。

0 概述 

    飛利浦電子技術(shù)（上海）有限公司系飛利浦電子中國有限公司投資，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(tǒng)針對高、低壓配電監(jiān)測改造設(shè)計(jì)，通過Acrel-3000電能管理系統(tǒng)，為用戶提供一套、實(shí)用的用電管理、分析工具。系統(tǒng)在線監(jiān)測整個(gè)企業(yè)生產(chǎn)能耗動(dòng)態(tài)過程，收集生產(chǎn)過程中大量分散的用電及能耗數(shù)據(jù)，提供實(shí)時(shí)及歷史數(shù)據(jù)分析、對比功能，以發(fā)現(xiàn)能源消耗過程和結(jié)構(gòu)中存在的問題，通過優(yōu)化運(yùn)行方式和用能結(jié)構(gòu)以及建立企業(yè)能耗評估、管理體系，實(shí)現(xiàn)合理用電、節(jié)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(cè)電腦管理系統(tǒng)"安裝于2002年，至今已連續(xù)使用了11年，系統(tǒng)原制造商是上海天龍電子有限公司。該系統(tǒng)服務(wù)器等關(guān)鍵設(shè)備已嚴(yán)重老化，原安裝軟件已經(jīng)淘汰且無法修復(fù)。該系統(tǒng)已無法滿足企業(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(cè)電腦管理系統(tǒng)"的升級改造。

    飛利浦電子技術(shù)（上海）有限公司變電房內(nèi)有兩路10kV高壓進(jìn)線。一路為常用回路，容量為6400kVA，設(shè)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(shè)置630kVA備用變壓器1臺和若干高壓柜和低壓柜。

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

2.目前原系統(tǒng)使用過程中暴露出的主要如下問題：

    1) 數(shù)據(jù)傳輸時(shí)斷時(shí)續(xù)，這是因?yàn)槊}沖傳輸線路會受到現(xiàn)場電磁干擾、老化、松動(dòng)的影響；

    2） 電能數(shù)據(jù)與現(xiàn)場儀表顯示數(shù)據(jù)不匹配，這是因?yàn)樵娔鼙聿捎妹}沖輸出與采集，當(dāng)線路出現(xiàn)問題時(shí)，電表的脈沖輸出仍然保持，該脈沖信號無法傳送至監(jiān)測主機(jī)，且后續(xù)無法補(bǔ)回；

    3）當(dāng)數(shù)據(jù)出現(xiàn)問題時(shí)無法及時(shí)排除故障，這與系統(tǒng)的架構(gòu)有關(guān)，因脈沖信號需點(diǎn)對點(diǎn)的傳輸，現(xiàn)場有80多個(gè)回路，即脈沖信號采集裝置需連接80余條線路，當(dāng)現(xiàn)場出現(xiàn)故障時(shí)，因線路較為龐雜難以排查；

    4）配電監(jiān)測系統(tǒng)主要是通過計(jì)算機(jī)輔助對現(xiàn)場回傳的電參量信息進(jìn)行處理與展示，構(gòu)建配電系統(tǒng)的計(jì)量體系。這就要求現(xiàn)場儀表的計(jì)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(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)能夠及時(shí)排除，避免影響系統(tǒng)的持續(xù)運(yùn)行。而系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性直接影響系統(tǒng)后續(xù)數(shù)據(jù)處理的性。原系統(tǒng)采用技術(shù)在當(dāng)時(shí)來講較為常用，但該技術(shù)下的系統(tǒng)穩(wěn)定性受到諸如數(shù)據(jù)信號傳輸受電能表計(jì)輸出穩(wěn)定性、線路傳輸穩(wěn)定性、采集裝置的可靠性等多方面因素制約，隨著現(xiàn)場總線技術(shù)的普及，該技術(shù)在配電信息系統(tǒng)集成領(lǐng)域已很少使用。

    5）當(dāng)前公司用電量較大，現(xiàn)場配電柜及儀表安裝對人工抄表帶來極大不便，原系統(tǒng)也已無法滿足運(yùn)維要求，而建立覆蓋廠區(qū)的電能計(jì)量體系十分必要。同時(shí)，設(shè)立電力監(jiān)測系統(tǒng)可對現(xiàn)場運(yùn)行情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，便于運(yùn)行過程中的故障排除，對貴司運(yùn)維人員保障配電穩(wěn)定運(yùn)行提供便捷。

軟件功能需求

    1. 曲線圖：提供83個(gè)表的每個(gè)日曲線圖（精度可以保證為每分鐘之內(nèi)有2個(gè)數(shù)據(jù)）和周曲線圖（精度可以保證每分鐘內(nèi)有1個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)）；曲線圖可以根據(jù)要求手動(dòng)選擇時(shí)間范圍內(nèi)進(jìn)行查看及打印。

    2.報(bào)表功能：

  （1）常用回路10kV總進(jìn)線的每月申請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值趨勢曲線比較圖；每月申請MD值可以于由使用方管理用戶手動(dòng)輸入到系統(tǒng)中并終在報(bào)表和趨勢圖里體現(xiàn)。

  （2）常用回路10KV總進(jìn)線和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(nèi)的有功功率大值趨勢曲線比較圖（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手動(dòng)輸入到系統(tǒng)中并終在趨勢圖里體現(xiàn)）。

  （3）越限報(bào)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(bào)警；并且限額值可以由使用方管理用戶設(shè)定。

  （4）通訊及系統(tǒng)故障報(bào)警：系統(tǒng)通訊出現(xiàn)故障須有報(bào)警及記錄功能。

  （5）整點(diǎn)電力參數(shù)抄表：每個(gè)回路的整點(diǎn)有功功率值、無功功率值、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(tǒng)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(jiān)控軟件通用要求。

    3.系統(tǒng)用戶及操作權(quán)限

    設(shè)置管理員和操作員2個(gè)用戶及設(shè)置不同的權(quán)限，管理員可以設(shè)施報(bào)警越線值及申請的MD值、每個(gè)變壓器高符合允許值及常用回路總負(fù)荷高值；操作員僅有查看打印權(quán)限。

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

    5.系統(tǒng)故障報(bào)警：報(bào)警須有記錄。

2  改造方案

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

    2.低壓部分為將原柜體內(nèi)安裝的盤式機(jī)械電能表拆除，加裝DTSD1352/FC導(dǎo)軌式電能表，其中72個(gè)回路沿用原互感器和二次線，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RS485總線連接至通訊采集箱。

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

3  系統(tǒng)方案

    安科瑞Acrel-3000電能管理系統(tǒng)根據(jù)飛利浦電子技術(shù)（上海）有限公司現(xiàn)場實(shí)際情況，對變配電室進(jìn)行改造，組網(wǎng)方式采用現(xiàn)場設(shè)備層、網(wǎng)絡(luò)通訊層、站控管理層三層分布式結(jié)構(gòu)：現(xiàn)場安裝測量、計(jì)量表計(jì)，網(wǎng)絡(luò)通訊層設(shè)備安裝于低壓配電室通訊采集箱內(nèi)，通過光纖引至值班室站控管理層。如下圖所示： 

系統(tǒng)拓?fù)鋱D

1）站控管理層

    站控管理層針對電力監(jiān)控系統(tǒng)的管理人員，負(fù)責(zé)完成對整個(gè)工程電能管理系統(tǒng)儀表設(shè)備的數(shù)據(jù)采集、處理、顯示和監(jiān)視功能，還為運(yùn)行人員提供各種控制管理功能，并提供多種外部系統(tǒng)接入接口。監(jiān)控計(jì)算機(jī)是監(jiān)控系統(tǒng)的主要人機(jī)界面，用于圖形及報(bào)表顯示、電能統(tǒng)計(jì)分析、事件記錄及報(bào)警狀態(tài)顯示和查詢，設(shè)備狀態(tài)和參數(shù)的查詢等。

2）網(wǎng)絡(luò)通訊層

    通訊層主要是由Nport5610-8、以太網(wǎng)設(shè)備及總線網(wǎng)絡(luò)組成。Nport5610-8串口服務(wù)器主要功能是監(jiān)測現(xiàn)場智能儀表；以太網(wǎng)設(shè)備及總線網(wǎng)絡(luò)的主要功能是實(shí)現(xiàn)分站與主站之間的數(shù)據(jù)交互，使配電系統(tǒng)管理集中化、信息化、智能化，極大提高了配電系統(tǒng)的安全性、可靠性和穩(wěn)定性，真正達(dá)到了無人值守的目的。

3）現(xiàn)場設(shè)備層

    現(xiàn)場設(shè)備層是數(shù)據(jù)采集終端，主要由智能儀表組成，智能儀表通過屏蔽雙絞線RS485接口，采用MODBUS通訊協(xié)議總線型連接接入通訊服務(wù)器，經(jīng)通訊服務(wù)器到達(dá)值班室監(jiān)控主機(jī)進(jìn)行組網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。

智能儀表現(xiàn)場連接示意

    現(xiàn)場儀表以手拉手方式通過屏蔽雙絞線(RVSP2*1.0)進(jìn)行通訊連接，每根總線連接智能儀表數(shù)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(shù)據(jù)上傳至串口服務(wù)器Nport5610-8，進(jìn)而將數(shù)據(jù)上傳至監(jiān)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(dǎo)軌計(jì)量表，能夠測量所有常規(guī)電力參數(shù)，如：三相電壓、電流、有功功率、無功功率、功率因數(shù)、頻率、有功電度、無功電度等。 

4  系統(tǒng)功能

    配電監(jiān)測：主要實(shí)時(shí)監(jiān)測變電所所有回路的運(yùn)行狀態(tài)，紅色代表合閘，綠色代表分閘。在系統(tǒng)圖中可以直觀的看到每路進(jìn)線和出線的運(yùn)行參數(shù)和狀態(tài)，可以看到變壓器出線側(cè)的所有常規(guī)電力參數(shù)，如：三相電壓、電流、有功功率、無功功率、功率因數(shù)、頻率、有功電度等。如下圖所示：

配電一次系統(tǒng)圖

    諧波分析：通過報(bào)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(shù)據(jù)，并以棒圖形式直觀顯示，如下圖所示：

諧波分析 

    遙信和遙測報(bào)警功能，主要完成對回路的開關(guān)運(yùn)行狀態(tài)和負(fù)載進(jìn)線監(jiān)控，對開關(guān)變位和負(fù)載越限彈出報(bào)警界面指示具體的報(bào)警位置并聲音報(bào)警，提醒值班人員及時(shí)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，如下圖所示：

遙測遙信報(bào)警

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

事件記錄

    參數(shù)抄表功能，主要對低壓各出線回路的電參數(shù)進(jìn)線查詢。支持任意時(shí)刻電參數(shù)查詢，主要包括：三相電流、有功功率和有功電度。具備數(shù)據(jù)導(dǎo)出和報(bào)表打印等功能。該報(bào)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。如下圖所示

電參數(shù)抄表

    用電量報(bào)表功能，可選擇時(shí)間段進(jìn)行查詢，支持任意時(shí)間段電度累計(jì)查詢，具備數(shù)據(jù)導(dǎo)出和報(bào)表打印等功能。為值班人員提供了可靠的電能報(bào)表。該報(bào)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。如下圖所示：

電能報(bào)表

    系統(tǒng)通訊結(jié)構(gòu)示意圖，主要顯示系統(tǒng)的組網(wǎng)結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)采用分層分布式結(jié)構(gòu)，同時(shí)監(jiān)測間隔層設(shè)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(jié)構(gòu)示意圖

    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(shí)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(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行狀況提供了直觀而方便的軟件支持。如下圖所示：

趨勢曲線圖

    MD查詢：通過報(bào)表查詢當(dāng)前及歷史實(shí)際MD值及申請MD值，申請MD值可由用戶設(shè)置。該報(bào)表可實(shí)現(xiàn)實(shí)際MD值與申請MD值對比分析功能，為企業(yè)用電負(fù)荷管理提供依據(jù)，如下圖所示：

MD報(bào)表

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

MD曲線

    復(fù)費(fèi)率電能報(bào)表：實(shí)現(xiàn)高壓回路總、峰、平、谷復(fù)費(fèi)率電能統(tǒng)計(jì)，復(fù)費(fèi)率時(shí)段用戶可在儀表上根據(jù)實(shí)際要求配置。如下圖所示：

復(fù)費(fèi)率電能報(bào)表

5  結(jié)束語

    目前很多企業(yè)電能管理存在著多方面問題，設(shè)備利用率不高，設(shè)備老化、需要更新，無法掌握企業(yè)目前用電現(xiàn)狀，無法量化企業(yè)節(jié)能指標(biāo)，確實(shí)電能數(shù)據(jù)支撐，用電方式需要改善等。

    本文介紹的Acrel-3000電能管理系統(tǒng)在飛利浦電子技術(shù)（上海）有限公司的應(yīng)用，通過現(xiàn)代計(jì)算機(jī)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(jiān)測、管理體系，實(shí)現(xiàn)能源消耗動(dòng)態(tài)過程的信息化、可視化、可控化，對企業(yè)生產(chǎn)過程中能源消耗的結(jié)構(gòu)、過程及要素進(jìn)行管理、控制和優(yōu)化，提高能源使用效率。 

參考文獻(xiàn)：

[1]《電力電測數(shù)字儀表原理與應(yīng)用指南》， 任致程、周中，中國電力出版社

[2]《電力監(jiān)控系統(tǒng)在供配電設(shè)計(jì)中的應(yīng)用》，高士宏，科技風(fēng)[3]《電力監(jiān)控運(yùn)用于10kv供配電設(shè)計(jì)》，姚強(qiáng)，科技天地