電力監(jiān)控系統(tǒng)在中科院蘇州醫(yī)工所的應(yīng)用

朱祝豐

 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(jī)保護(hù)裝置采集配電現(xiàn)場(chǎng)的各種電參量和開(kāi)關(guān)信號(hào)。系統(tǒng)采用現(xiàn)場(chǎng)就地組網(wǎng)的方式，組網(wǎng)后通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)通訊并遠(yuǎn)傳至后臺(tái)，通過(guò)Acrel-2000型電力監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)變電所配電回路用電的實(shí)時(shí)監(jiān)控。

關(guān)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)

概述 

  本項(xiàng)目為中科院蘇州生物納米工程技術(shù)研究所的成果轉(zhuǎn)化工廠(chǎng)，建筑面積約為14000平方米。根據(jù)配電系統(tǒng)管理的要求，需要對(duì)樓內(nèi)的高壓進(jìn)線(xiàn)、低壓配出線(xiàn)進(jìn)行電力監(jiān)控，以保證用電的安全、可靠和。

Acrel-2000型低壓智能配電系統(tǒng)，充分利用了現(xiàn)代電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)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(duì)配電系統(tǒng)的二次設(shè)備進(jìn)行組網(wǎng)，通過(guò)計(jì)算機(jī)和通訊網(wǎng)絡(luò)，將分散的配電所的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備連接為一個(gè)有機(jī)的整體，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)運(yùn)行的遠(yuǎn)程監(jiān)控和集中管理。

1  系統(tǒng)結(jié)構(gòu)描述

本監(jiān)控系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)中科院蘇州醫(yī)工所的10/0.4kV配電系統(tǒng)進(jìn)行用電監(jiān)測(cè)與電能管理；監(jiān)測(cè)范圍為一樓變電所的T3、T4變壓器進(jìn)線(xiàn)柜，聯(lián)絡(luò)柜，溫控儀和二樓變電所的T1、T2變壓器進(jìn)線(xiàn)柜，聯(lián)絡(luò)柜，溫控儀，高壓側(cè)儀表及綜保進(jìn)行遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控和電能管理。該系統(tǒng)總計(jì)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(xiàn)，其中一樓變電所3條總線(xiàn)，二樓變電所4條總線(xiàn)，兩變電所都是直接通過(guò)屏蔽雙絞線(xiàn)走橋架拉至值班室連接到串口服務(wù)器，再通過(guò)網(wǎng)線(xiàn)連接至監(jiān)控主機(jī)實(shí)現(xiàn)總線(xiàn)上儀表與監(jiān)控主機(jī)的數(shù)據(jù)連通。

本監(jiān)控系統(tǒng)采用分層分布式結(jié)構(gòu)，即站控層，通訊層與間隔層；如圖（1）所示：

圖（1）

間隔設(shè)備層主要為：多功能網(wǎng)絡(luò)電力儀表、開(kāi)關(guān)量、模擬量采集模塊和智能斷路器等。這些裝置分別對(duì)應(yīng)相應(yīng)的一次設(shè)備安裝在電氣柜內(nèi)，這些裝置均采用RS485通訊接口，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)MODBUS總線(xiàn)組網(wǎng)通訊，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)現(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)采集裝置集中采集，同時(shí)遠(yuǎn)傳至站控層，完成現(xiàn)場(chǎng)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(jì)算機(jī)、顯示器、UPS電源、打印機(jī)、報(bào)警蜂鳴器等設(shè)備。監(jiān)控系統(tǒng)安裝在計(jì)算機(jī)上，集中采集顯示現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備運(yùn)行狀況，以人機(jī)交互的形式顯示給用戶(hù)。

以上網(wǎng)絡(luò)儀表均采用RS485接口和MODBUS-

RTU通訊協(xié)議，RS485采用屏蔽線(xiàn)傳輸，一般都采用二根連線(xiàn)，接線(xiàn)簡(jiǎn)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(shí)刻只能發(fā)送或接收數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)zui高傳輸速率為10Mbps。

RS485接口是采用平衡驅(qū)動(dòng)器和差分接收器的組合，抗噪聲干擾能力增強(qiáng)，總線(xiàn)上允許連接多達(dá)32個(gè)設(shè)備，zui大傳輸距離為1.2km。

2  電力監(jiān)控系統(tǒng)主要功能

2.1  數(shù)據(jù)采集與處理

數(shù)據(jù)采集是配電監(jiān)控的基礎(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(shí)顯示。需要完成采集的信號(hào)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(shí)準(zhǔn)確的顯示給用戶(hù)，達(dá)到配電監(jiān)控的自動(dòng)化化和智能化要求，同時(shí)把采集到的數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫(kù)供用戶(hù)查詢(xún)。

2.2  人機(jī)交互

系統(tǒng)提供簡(jiǎn)單、易用、良好的用戶(hù)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(xiàn)圖，顯示配電系統(tǒng)設(shè)備狀態(tài)及相應(yīng)實(shí)時(shí)運(yùn)行參數(shù)，畫(huà)面定時(shí)輪巡切換；畫(huà)面實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)刷新；模擬量顯示；開(kāi)關(guān)量顯示；連續(xù)記錄顯示等。

2.3  故障報(bào)警及事故追憶

在配電系統(tǒng)發(fā)生運(yùn)行故障時(shí)，會(huì)及時(shí)發(fā)出聲報(bào)警提示用戶(hù)及時(shí)響應(yīng)故障回路，同時(shí)自動(dòng)記錄事件發(fā)生的時(shí)間和回路名稱(chēng)，以便用戶(hù)查詢(xún)，追憶故障原因。

2.4  數(shù)據(jù)庫(kù)建立與查詢(xún)

主要完成遙測(cè)量和遙信量定時(shí)采集，并且建立數(shù)據(jù)庫(kù)，定期生成報(bào)表，以供用戶(hù)查詢(xún)打印。

2.5  用戶(hù)權(quán)限管理

針對(duì)不同級(jí)別的用戶(hù)，設(shè)置不同的權(quán)限組，防止因人為誤操作給生產(chǎn)，生活帶來(lái)的損失，實(shí)現(xiàn)配電系統(tǒng)的安全，可靠運(yùn)行?？梢酝ㄟ^(guò)用戶(hù)管理進(jìn)行用戶(hù)登錄、用戶(hù)注銷(xiāo)、修改密碼、添加刪除等操作，方便用戶(hù)對(duì)賬號(hào)和權(quán)限的修改。

2.6  運(yùn)行負(fù)荷曲線(xiàn)

負(fù)荷趨勢(shì)曲線(xiàn)功能主要負(fù)責(zé)定時(shí)采集進(jìn)線(xiàn)及重要回路電流和功率負(fù)荷參量，自動(dòng)生成運(yùn)行負(fù)荷趨勢(shì)曲線(xiàn)的，方便用戶(hù)及時(shí)了解設(shè)備的運(yùn)行負(fù)荷狀況。點(diǎn)擊畫(huà)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(shí)趨勢(shì)曲線(xiàn)或歷史趨勢(shì)線(xiàn)；對(duì)所選曲線(xiàn)可以進(jìn)行平移、縮放、量程變換等操作，幫助用戶(hù)進(jìn)線(xiàn)趨

勢(shì)分析和故障追憶。

2.7  遠(yuǎn)程報(bào)表查詢(xún)

報(bào)表具有自由設(shè)置查詢(xún)時(shí)間實(shí)現(xiàn)日、月、年的電能統(tǒng)計(jì)，數(shù)據(jù)導(dǎo)出和報(bào)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(jìn)行用電監(jiān)測(cè)與電能管理；監(jiān)測(cè)范圍為一樓變電所的T3、T4變壓器進(jìn)線(xiàn)柜，聯(lián)絡(luò)柜，溫控儀和二樓變電所的T1、T2變壓器進(jìn)線(xiàn)柜，聯(lián)絡(luò)柜，溫控儀，高壓側(cè)儀表及綜保進(jìn)行遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控和電能管理。

進(jìn)線(xiàn)回路采用ACR230ELH多功能諧波儀表，其是針對(duì)電力系統(tǒng)、工礦企業(yè)、公共設(shè)施、智能大廈的電力監(jiān)控需求而設(shè)計(jì)的網(wǎng)絡(luò)電力儀表，它能測(cè)量所有常規(guī)電力參數(shù)，如：三相電壓、電流、有功功率、無(wú)功功率、功率因數(shù)、頻率、有功電度、無(wú)功電度、并可監(jiān)測(cè)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(kāi)關(guān)量輸入接點(diǎn)和2路繼電器控制輸出接點(diǎn)，這些接點(diǎn)可以配合智能斷路器實(shí)現(xiàn)斷路器的遙信、遙控操作。該系列網(wǎng)絡(luò)電力儀表主要應(yīng)用于變電站自動(dòng)化、配電網(wǎng)自動(dòng)化、小區(qū)電力監(jiān)控、工業(yè)自動(dòng)化、能源管理系統(tǒng)及智能建筑等領(lǐng)域。

重要配出回路采用ACR220EFLK系列網(wǎng)絡(luò)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(cè)量、復(fù)費(fèi)率電能的計(jì)量以及開(kāi)關(guān)信號(hào)的檢測(cè)和繼電器遙控輸出。［1］

高壓側(cè)實(shí)時(shí)畫(huà)面見(jiàn)圖（2），為系統(tǒng)主監(jiān)控畫(huà)面，主要實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)高壓回路的運(yùn)行狀態(tài)，紅色代表合閘，綠色代表分閘，斷路器變位時(shí)會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，提醒用戶(hù)及時(shí)處理故障。

圖（2） 高壓系統(tǒng)一次圖

低壓配電二次圖見(jiàn)圖（3），功能有電量遙測(cè)主要監(jiān)測(cè)運(yùn)行設(shè)備的電參量，其中包括：線(xiàn)三相電壓，電流，功率，功率因數(shù)，電能，頻率等電參量及配出回路的三相電流；遙信功能實(shí)現(xiàn)顯示現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，主要包括：開(kāi)關(guān)的分、合閘運(yùn)行狀態(tài)和通訊故障報(bào)警；斷路器變位時(shí)會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，提醒用戶(hù)及時(shí)處理故障。  

圖（3） 中科院蘇州醫(yī)工所低壓配電二次圖

遠(yuǎn)程抄表功能，主要完成對(duì)變壓器進(jìn)線(xiàn)電參數(shù)查

詢(xún)。支持任意時(shí)刻段電參數(shù)查詢(xún)，具備數(shù)據(jù)導(dǎo)出和報(bào)表打印等功能。該報(bào)表查詢(xún)供變電所4臺(tái)變壓器進(jìn)線(xiàn)的電參數(shù)，主要包括：三相相電壓、三相線(xiàn)電壓、三

相電流、有功功率、無(wú)功功率、視在功率、功率因數(shù)、頻率和有功電度。見(jiàn)圖（4）。

 圖（4） 遠(yuǎn)程抄表

用電量報(bào)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(jì)查詢(xún)，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。 見(jiàn)圖（5）。

圖（5） 電能報(bào)表

事件記錄功能，事件記錄報(bào)警可實(shí)時(shí)歷史查看，見(jiàn)圖（6）；

圖（6） 事件記錄

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(cè)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。見(jiàn)圖（7）。

圖（7）系統(tǒng)通訊結(jié)構(gòu)示意圖

負(fù)荷曲線(xiàn)，可直觀(guān)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(shì)曲線(xiàn)，點(diǎn)擊畫(huà)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(hù)進(jìn)線(xiàn)趨勢(shì)分析

和故障追憶，具備曲線(xiàn)打印功能。見(jiàn)圖（8）（9）。

圖（8）電流趨勢(shì)曲線(xiàn)圖

圖（9） 功率趨勢(shì)曲線(xiàn)圖

4  結(jié)束語(yǔ)

隨著社會(huì)的發(fā)展及電力的廣泛應(yīng)用，電力監(jiān)控系統(tǒng)已成為全國(guó)各地工程項(xiàng)目、標(biāo)志性建筑/大型公共設(shè)施等大面積多變電所用戶(hù)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(yīng)用，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)變電所高低壓配電回路用電的實(shí)時(shí)監(jiān)控，不僅能顯示回路用電狀況，還具有網(wǎng)絡(luò)通訊功能，可以與串口服務(wù)器、計(jì)算機(jī)等組成電力監(jiān)控系統(tǒng)。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)采集數(shù)據(jù)的分析、處理，實(shí)時(shí)顯示變電所內(nèi)各配電回路的運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)分合閘、負(fù)載越限具有彈出報(bào)警對(duì)話(huà)框及語(yǔ)音提示，并生成各種電能報(bào)表、分析曲線(xiàn)、圖形等，便于電能的遠(yuǎn)程抄表以及分析、研究。該系統(tǒng)運(yùn)行安全、可靠、穩(wěn)定，為變電所用戶(hù)解決用電問(wèn)題提供了真實(shí)可靠的依據(jù)，取得了較好的社會(huì)效益。［2］

參考文獻(xiàn)：

[1].任致程 周中. 電力電測(cè)數(shù)字儀表原理與應(yīng)用指南[M]. 北京. 中國(guó)電力出版社. 2007. 4

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

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