電力監(jiān)控系統(tǒng)在中科院蘇州醫(yī)工所的應用

朱祝豐¹
1上海安科瑞電氣股份有限公司，上海 嘉定 201801；
 

摘要：介紹中科院蘇州醫(yī)工所電力監(jiān)控系統(tǒng)，采用智能電力儀表和微機保護裝置采集配電現場的各種電參量和開關信號。系統(tǒng)采用現場就地組網的方式，組網后通過現場總線通訊并遠傳至后臺，通過Acrel-2000型電力監(jiān)控系統(tǒng)實現變電所配電回路用電的實時監(jiān)控。
關鍵詞：中科院蘇州醫(yī)工所;智能電力儀表;Acrel-2000型;電力監(jiān)控系統(tǒng)

        本項目為中科院蘇州生物納米工程技術研究所的成果轉化工廠，建筑面積約為14000平方米。根據配電系統(tǒng)管理的要求，需要對樓內的高壓進線、低壓配出線進行電力監(jiān)控，以保證用電的安全、可靠和高效。
        Acrel-2000型低壓智能配電系統(tǒng)，充分利用了現代電子技術、計算機技術、網絡技術和現場總線技術的最新發(fā)展，對變配電系統(tǒng)進行分散數據采集和集中監(jiān)控管理。對配電系統(tǒng)的二次設備進行組網，通過計算機和通訊網絡，將分散的配電所的現場設備連接為一個有機的整體，實現電網運行的遠程監(jiān)控和集中管理。
 

1 系統(tǒng)結構描述        
        本監(jiān)控系統(tǒng)主要實現中科院蘇州醫(yī)工所的10/0.4kV配電系統(tǒng)進行用電監(jiān)測與電能管理；監(jiān)測范圍為一樓變電所的T3、T4變壓器進線柜，聯(lián)絡柜，溫控儀和二樓變電所的T1、T2變壓器進線柜，聯(lián)絡柜，溫控儀，高壓側儀表及綜保進行遠程實時監(jiān)控和電能管理。該系統(tǒng)總計有110只儀表（其中包括100只ACR220E，6只ABB，4只溫控儀），分7條總線，其中一樓變電所3條總線，二樓變電所4條總線，兩變電所都是直接通過屏蔽雙絞線走橋架拉至值班室連接到串口服務器，再通過網線連接至監(jiān)控主機實現總線上儀表與監(jiān)控主機的數據連通。
        本監(jiān)控系統(tǒng)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）

        間隔設備層主要為：多功能網絡電力儀表、開關量、模擬量采集模塊和智能斷路器等。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，通過現場MODBUS總線組網通訊，實現數據現場采集。
        網絡通訊層主要為：通訊服務器，其主要功能為把分散在現場采集裝置集中采集，同時遠傳至站控層，完成現場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、報警蜂鳴器等設備。監(jiān)控系統(tǒng)安裝在計算機上，集中采集顯示現場設備運行狀況，以人機交互的形式顯示給用戶。
        以上網絡儀表均采用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)送數據但是在同一時刻只能發(fā)送或接收數據，數據最高傳輸速率為10Mbps。RS485接口是采用平衡驅動器和差分接收器的組合，抗噪聲干擾能力增強，總線上允許連接多達32個設備，最大傳輸距離為1.2km。
 

2 電力監(jiān)控系統(tǒng)主要功能
        2.1 數據采集與處理
        數據采集是配電監(jiān)控的基礎，數據采集主要由底層多功能網絡儀表采集完成，實現遠程數據的本地實時顯示。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時準確的顯示給用戶，達到配電監(jiān)控的自動化化和智能化要求，同時把采集到的數據存入數據庫供用戶查詢。
        2.2 人機交互
        系統(tǒng)提供簡單、易用、良好的用戶使用界面。采用全中文界面，CAD圖形顯示低壓配電系統(tǒng)電氣一次主接線圖，顯示配電系統(tǒng)設備狀態(tài)及相應實時運行參數，畫面定時輪巡切換；畫面實時動態(tài)刷新；模擬量顯示；開關量顯示；連續(xù)記錄顯示等。
        2.3 故障報警及事故追憶
        在配電系統(tǒng)發(fā)生運行故障時，會及時發(fā)出聲報警提示用戶及時響應故障回路，同時自動記錄事件發(fā)生的時間和回路名稱，以便用戶查詢，追憶故障原因。
        2.4 數據庫建立與查詢
        主要完成遙測量和遙信量定時采集，并且建立數據庫，定期生成報表，以供用戶查詢打印。
        2.5 用戶權限管理
        針對不同級別的用戶，設置不同的權限組，防止因人為誤操作給生產，生活帶來的損失，實現配電系統(tǒng)的安全，可靠運行?？梢酝ㄟ^用戶管理進行用戶登錄、用戶注銷、修改密碼、添加刪除等操作，方便用戶對賬號和權限的修改。
        2.6 運行負荷曲線
        負荷趨勢曲線功能主要負責定時采集進線及重要回路電流和功率負荷參量，自動生成運行負荷趨勢曲線的，方便用戶及時了解設備的運行負荷狀況。點擊畫面相應按鈕或菜單項可以完成相應功能的切換；可以查看實時趨勢曲線或歷史趨勢線；對所選曲線可以進行平移、縮放、量程變換等操作，幫助用戶進線趨

勢分析和故障追憶。
        2.7 遠程報表查詢
        報表具有自由設置查詢時間實現日、月、年的電能統(tǒng)計，數據導出和報表打印等功能。
 

3 案例分析
        中科院蘇州醫(yī)工所的10/0.4kV配電系統(tǒng)進行用電監(jiān)測與電能管理；監(jiān)測范圍為一樓變電所的T3、T4變壓器進線柜，聯(lián)絡柜，溫控儀和二樓變電所的T1、T2變壓器進線柜，聯(lián)絡柜，溫控儀，高壓側儀表及綜保進行遠程實時監(jiān)控和電能管理。
        進線回路采用ACR230ELH多功能諧波儀表，其是針對電力系統(tǒng)、工礦企業(yè)、公共設施、智能大廈的電力監(jiān)控需求而設計的網絡電力儀表，它能測量所有常規(guī)電力參數，如：三相電壓、電流、有功功率、無功功率、功率因數、頻率、有功電度、無功電度、并可監(jiān)測電壓、電流的2-31次諧波分量等多種電參量。并且本儀表帶有4路光電隔離開關量輸入接點和2路繼電器控制輸出接點，這些接點可以配合智能斷路器實現斷路器的遙信、遙控操作。該系列網絡電力儀表主要應用于變電站自動化、配電網自動化、小區(qū)電力監(jiān)控、工業(yè)自動化、能源管理系統(tǒng)及智能建筑等領域。
        重要配出回路采用ACR220EFLK系列網絡電力儀表，該儀表主要完成三相電流、三相電壓、有功電度的測量、復費率電能的計量以及開關信號的檢測和繼電器遙控輸出。［1］
        高壓側實時畫面見圖（2），為系統(tǒng)主監(jiān)控畫面，主要實時監(jiān)測高壓回路的運行狀態(tài)，紅色代表合閘，綠色代表分閘，斷路器變位時會發(fā)出報警信號，提醒用戶及時處理故障。

圖（2） 高壓系統(tǒng)一次圖

        低壓配電二次圖見圖（3），功能有電量遙測主要監(jiān)測運行設備的電參量，其中包括：線三相電壓，電流，功率，功率因數，電能，頻率等電參量及配出回路的三相電流；遙信功能實現顯示現場設備的運行狀態(tài)，主要包括：開關的分、合閘運行狀態(tài)和通訊故障報警；斷路器變位時會發(fā)出報警信號，提醒用戶及時處理故障。

圖（3） 中科院蘇州醫(yī)工所低壓配電二次圖

        遠程抄表功能，主要完成對變壓器進線電參數查詢。支持任意時刻段電參數查詢，具備數據導出和報表打印等功能。該報表查詢供變電所4臺變壓器進線的電參數，主要包括：三相相電壓、三相線電壓、三相電流、有功功率、無功功率、視在功率、功率因數、頻率和有功電度。見圖（4）。

 
圖（4） 遠程抄表

        用電量報表功能，可選擇時間段進行查詢，支持任意時間段電度累計查詢，具備數據導出和報表打印等功能。為值班人員提供了精確可靠的電能報表。見圖（5）。

 

 圖（5） 電能報表

        事件記錄功能，事件記錄報警可實時歷史查看，見圖（6）；

圖（6） 事件記錄

        系統(tǒng)通訊結構示意圖，主要顯示系統(tǒng)的組網結構，系統(tǒng)采用分層分布式結構，同時監(jiān)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。見圖（7）。

圖（7）系統(tǒng)通訊結構示意圖

        負荷曲線，可直觀的查看回路的負荷運行情況。查看實時和歷史趨勢曲線，點擊畫面相應按鈕或菜單項可以完成相應功能的切換；幫助用戶進線趨勢分析

和故障追憶，具備曲線打印功能。見圖（8）（9）。

圖（8）電流趨勢曲線圖

圖（9） 功率趨勢曲線圖

4 結束語
        隨著社會的發(fā)展及電力的廣泛應用，電力監(jiān)控系統(tǒng)已成為全國各地重點工程項目、標志性建筑/大型公共設施等大面積多變電所用戶的必然選擇，本文介紹的Acrel-2000電力監(jiān)控系統(tǒng)在中科院蘇州醫(yī)工所的應用，可以實現對變電所高低壓配電回路用電的實時監(jiān)控，不僅能顯示回路用電狀況，還具有網絡通訊功能，可以與串口服務器、計算機等組成電力監(jiān)控系統(tǒng)。系統(tǒng)實現對采集數據的分析、處理，實時顯示變電所內各配電回路的運行狀態(tài)，對分合閘、負載越限具有彈出報警對話框及語音提示，并生成各種電能報表、分析曲線、圖形等，便于電能的遠程抄表以及分析、研究。該系統(tǒng)運行安全、可靠、穩(wěn)定，為變電所用戶解決用電問題提供了真實可靠的依據，取得了較好的社會效益。^［2］

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. 中國電力出版社. 2007. 4

[2].周中等編著. 智能電網用戶端電力監(jiān)控與電能管理系統(tǒng)產品選型及解決方案[M]. 北京. 機械工業(yè)出版社. 2011.10

作者簡介：

朱祝豐（1985－），男，漢族，本科，工程師，主要研究方向為智能建筑供配電監(jiān)控系統(tǒng)

郵箱：ACREL006@VIP.163.com；