摘要：本文介紹基于Acrel-2000電力監(jiān)控軟件和網(wǎng)絡(luò)電力儀表而設(shè)計實現(xiàn)的一套分散式采集和集中控制管理的配電自動化系統(tǒng)，系統(tǒng)實現(xiàn)了微機在配電室中無人管理的功能，省去了值班人員現(xiàn)場操作的無序性，提高了供電質(zhì)量和管理水平，具有簡明實用、投資少等優(yōu)點。
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上海安科瑞電氣股份有限公司
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關(guān)鍵詞：工業(yè)園區(qū)；電力監(jiān)控；剩余電流監(jiān)測；配電室無人值守
0引言
目前，供配電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展及可靠性對國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展起著舉足輕重的作用,全國各地工程項目、標(biāo)志性建筑/大型公共設(shè)施等大面積用戶的急劇增加，對供配電系統(tǒng)的可靠性、安全性、實時性、易用性、兼容性及縮小故障影響范圍提出了更高的要求。
安科瑞的Acrel-2000型電力監(jiān)控系統(tǒng)軟件借助了計算機、通訊設(shè)備、計量保護(hù)裝置等，為系統(tǒng)的實時數(shù)據(jù)采集、開關(guān)狀態(tài)檢測及遠(yuǎn)程控制提供了基礎(chǔ)平臺。 該電力監(jiān)控系統(tǒng)可以提供“監(jiān)控一體化”的整體解決方案，主要包括實時歷史數(shù)據(jù)庫AcrSpace、工業(yè)自動化組態(tài)軟件AcrControl、電力自動化軟件AcrNetPower等。
本文以青島橡膠谷為例，探討工業(yè)園區(qū)配電室電力監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用。
1項目介紹
中國橡膠谷總面積3000多畝，其中核心區(qū)500多畝，規(guī)劃建筑面積近100萬平方米，以鄭州路為軸線，向科技大學(xué)四周輻射。中國橡膠谷由橡膠化工原材料、輪胎、制品、化工橡膠機械、機電電子等相關(guān)制造類企業(yè)的貿(mào)易公司及相關(guān)技術(shù)服務(wù)型企業(yè)、各類服務(wù)機構(gòu)相融共生而成，將形成貿(mào)易、技術(shù)、人才、文化高度集聚的橡膠行業(yè)生態(tài)圈。
上海安科瑞電氣股份有限公司于2011年11月承接青島橡膠谷一期配電室電力監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計與實施。
2用戶需求
青島橡膠谷一期工程由一路10kV市電供電，通過2臺800kVA變壓器（T1、T2）和1臺1600kVA變壓器（T3）降壓至0.4kV后通過低壓配電柜送出至園區(qū)各處負(fù)載，橡膠谷一期配電室共有10kV配電柜5面，0.4kV配電柜28面，高、低壓回路共計115個，其中10kV避雷器柜上無監(jiān)控裝置，所以本系統(tǒng)監(jiān)控114個回路的工作狀態(tài)。T1、T2變壓器回路間設(shè)有母聯(lián)，并備有一臺800kVA柴油發(fā)電機在應(yīng)急狀態(tài)下為一些重要回路供電， T3變壓器回路則單獨使用。
10kV回路的進(jìn)線和饋線配有南京南瑞繼保的保護(hù)裝置，采集10kV回路的常規(guī)電參量和開關(guān)量狀態(tài)；0.4kV進(jìn)線和母聯(lián)回路裝有安科瑞ACR330ELH電網(wǎng)質(zhì)量分析儀，采集回路的常規(guī)電參量、四象限電度和電網(wǎng)質(zhì)量參數(shù)；0.4kV饋線回路裝有PZ80L系列多功能電力儀表，采集回路的常規(guī)電參量和四象限電度[1]。此外，所有0.4kV饋線回路使用珠海派諾的八路漏電監(jiān)測儀表進(jìn)行剩余電流監(jiān)測。本系統(tǒng)將上述所有133臺電力儀表納入監(jiān)控范圍。
因青島的配電系統(tǒng)自動化起步較晚，電力監(jiān)控系統(tǒng)所有功能均由上海安科瑞電氣股份有限公司設(shè)計并提交，業(yè)主僅根據(jù)配電室值班經(jīng)驗在系統(tǒng)軟件功能界面的細(xì)節(jié)上提出要求。
3設(shè)計方案
現(xiàn)場設(shè)備全集中在同一個配電室中，業(yè)主的電氣值班室就近安排在配電室旁，本系統(tǒng)監(jiān)控中心也安置在該值班室中。系統(tǒng)組網(wǎng)采用常見的3層結(jié)構(gòu)，站控管理層、通訊管理層和現(xiàn)場設(shè)備層。
3.1參考標(biāo)準(zhǔn)
系統(tǒng)的設(shè)計滿足以下所列制造和試驗標(biāo)準(zhǔn)：
ISO/IEC11801 《綜合布線標(biāo)準(zhǔn)》
JGJ/T 16-92 《民用建筑電氣設(shè)計規(guī)范》
GB/J63-90 《電力裝置的電測量儀表裝置設(shè)計規(guī)范》
GB/T13730 《地區(qū)電網(wǎng)數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)通用技術(shù)條件》
GBJ63-93 《電力裝置電測量儀表裝置設(shè)計規(guī)程》
GB2887 《計算站場地技術(shù)要求》
GB/50198-94 《監(jiān)控系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范》
GB50254/59-96 《電氣裝置安裝工程施工及驗收規(guī)范》
IEC-61131-3 《圖形可編程標(biāo)準(zhǔn)》
3.2組網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖拓?fù)鋱D
為滿足配電室統(tǒng)一監(jiān)控的要求，配電室現(xiàn)場安裝安科瑞公司網(wǎng)絡(luò)電力儀表通過屏蔽雙絞線手拉手相連至串口服務(wù)器，串口服務(wù)器經(jīng)網(wǎng)絡(luò)交換機進(jìn)而傳輸至后臺主機實現(xiàn)對現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集，存儲，處理，實時顯示以及歷史查詢
3.3儀表，通訊線纜，交換機及串口服務(wù)器選型
現(xiàn)場設(shè)備層設(shè)備為133臺電力儀表。這些設(shè)備分別根據(jù)設(shè)計要求安裝在相應(yīng)的配電回路上。通過RS-485接口實現(xiàn)與上位機系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交互。多功能表和漏電儀表的通訊規(guī)約為Modbus-RTU，保護(hù)裝置的通訊規(guī)約為IEC60870-5-103;通訊管理層由2臺Nport-5630串口服務(wù)器和1臺交換機構(gòu)成，實際工程中使用了8個485串口，剩下8個串口備用。串口服務(wù)器將RS-485總線協(xié)議轉(zhuǎn)換為工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議，通過TCP/IP與站控管理層主機相連，構(gòu)建數(shù)據(jù)鏈路。通訊管理層設(shè)備均安裝在電氣值班室的值班人員操作臺中，與站控管理層設(shè)備安裝在一起; 站控管理層設(shè)備為華北工控主機、顯示器、HP打印機以及山特UPS電源，均安裝在電氣值班室的操作臺中。通過安裝在主機上的Acrel-2000電力監(jiān)控系統(tǒng)軟件實現(xiàn)對現(xiàn)場儀表數(shù)據(jù)的采集、處理以及各種人機交互功能,具體設(shè)備如下表：
| 應(yīng)用場合 | | 型號 | 主要功能 | |
| 站控管理層 | 工作站主機 | | RPC-610 | ● 4U、19英寸可上架，歐美風(fēng)格，符合 EIARS-310C 標(biāo)準(zhǔn) ● 前面板帶鎖，防止誤操作 ● 尺寸482mm×460mm×177mm（W×D×H） ● 前面板帶鎖，防止誤操作 |
| UPS電源 | | C1K/1KVA | 輸入保護(hù) 可復(fù)位斷路器 輸出保護(hù) 短路、電池低電壓、過載、輸出高電壓、UPS過溫 工作溫度 0℃～40℃ 存放溫度 -25℃～55℃ 執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn) Q/ZYDZ 1-2002備案號：QB/440600 29 1555-2002 濕度 0～90℃不凝結(jié) | |
| 網(wǎng)絡(luò)通訊層 | 串口服務(wù)器 | | NPORT5630 | NPort 5630系列的串口設(shè)備聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器可讓工業(yè)串口設(shè)備立即連上網(wǎng)絡(luò)。NPort 5630系列的串口設(shè)備聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器體積小巧，將RS-232或RS-422/485串口設(shè)備，如PLC，測量儀，和傳感器連接到IP-based Ethernet LAN。 |
| 網(wǎng)絡(luò)交換機 | | 3C16470 | 桌面級,二層,非網(wǎng)管型交換機,存儲轉(zhuǎn)發(fā)方式,16口,10M/100Mbps,支持網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn) IEEE 802.3,IEEE 802.3u,IEEE 802.1d,IEEE 802.3x,支持全雙工。 | |
| 現(xiàn)場設(shè)備層 | 網(wǎng)絡(luò)電力儀表 | | PZ系列 | 全電參量測量（U、I、P、Q、PF、F）；四象限電能計量、復(fù)費率電能統(tǒng)計、zui大需量統(tǒng)計；2DI+2DO；RS485通訊接口、Modbus協(xié)議。 |
| 現(xiàn)場總線 | | RVVP2*1.0 | 屏蔽雙絞線：中距離傳輸 RS485通訊方式時傳輸距離≤1200m，沒跟現(xiàn)場總線理論上手拉手連接32塊網(wǎng)絡(luò)電力儀表。 | |
4 系統(tǒng)功能
上位機軟件采用Acrel – 2000電力監(jiān)控軟件，通過軟件進(jìn)行設(shè)備配置、數(shù)據(jù)庫變量配置、界面設(shè)計等，完成了在上位機軟件監(jiān)控及電力監(jiān)控的功能。
4.1配電監(jiān)測：如圖1所示，配電監(jiān)測模塊下可查詢1#變壓器、2#變壓器、3#變壓器、10kV回路的工作狀態(tài)和所有儀表的通訊狀態(tài)。通過儀表通訊狀態(tài)圖可以查看當(dāng)前所有儀表的工作情況。低壓多功能儀表未配置開關(guān)量采集功能，因儀表的輔助電源線取自該回路斷路器的下端，所以儀表的通訊狀態(tài)同時也表征了該回路的分合閘狀態(tài)。
圖1
4.2配電系統(tǒng)一次示意圖：10kV和0.4kV配電室配電回路運行狀態(tài)使用一次圖形式顯示，10kV回路采集并顯示三相電壓、電流、功率以及分合閘狀態(tài)，手車狀態(tài)，故障報警狀態(tài)（青島地區(qū)10kV配電系統(tǒng)不使用接地刀）；采集并顯示0.4kV回路的母線電壓，進(jìn)線、母聯(lián)或發(fā)電機雙切回路的三相電流、有功無功功率、功率因數(shù)和頻率；各饋線回路的三相電流和剩余電流。界面標(biāo)注回路編號、用途、斷路器編號、互感器變比，回路用途可由擁有管理員權(quán)限的用戶修改。10kV回路界面如圖2所示；0.4kV回路界面如圖3所示：
圖2
圖3
4.3報表功能：通過報表功能可以查詢?nèi)我鈺r刻主要回路的全常規(guī)電參量數(shù)據(jù)、低壓回路的用電量、低壓饋線回路的漏電流值和配電線纜溫度值。用戶主要關(guān)注的是用電量報表和剩余電流報表，用電量報表用于對租戶進(jìn)行電費收費計量以及與數(shù)據(jù)核對后進(jìn)行成本核算，如圖3所示；剩余電流監(jiān)測在青島起步較晚，影響用電安全，因此用戶也較感興趣，如圖4所示。
圖4
4.4事故報警和追憶：電力監(jiān)控系統(tǒng)定義了所有配電回路過負(fù)荷、低壓回路剩余電流過大及10kV回路開關(guān)量變位實時報警和歷史報警查詢等功能，如圖5所示，列表中列出報警發(fā)生和恢復(fù)的時間、回路名稱、回路編號、數(shù)據(jù)點、報警內(nèi)容和報警值等數(shù)據(jù)，可見某些回路剩余電流值超標(biāo)較嚴(yán)重。
圖5
5 問題匯總
本系統(tǒng)先完成低壓部分的系統(tǒng)集成，后根據(jù)業(yè)主要求追加高壓部分。在與業(yè)主約定的時間段內(nèi)對高壓部分停電施工時，有部分租戶未收到停電通知，因此投訴了管理公司，使本來2小時的停電時間被壓縮到僅有半小時，所幸時間勉強足夠施工人員鋪設(shè)保護(hù)裝置的通訊總線。南瑞繼保的RCS9611C、RCS9621C保護(hù)裝置在自檢壓板閉合的狀態(tài)下，不具備103規(guī)約主動上傳遙測遙信數(shù)據(jù)的功能，電氣安裝公司在安裝調(diào)試時未測試通訊功能，導(dǎo)致系統(tǒng)調(diào)試時無法采集數(shù)據(jù)。經(jīng)多次與南瑞繼保的技術(shù)人員溝通后發(fā)現(xiàn)問題所在，斷開保護(hù)裝置的自檢壓板后通訊正常。
6 運行效果
因部分儀表LED面板上顯示的二次側(cè)累計電度，導(dǎo)致值班人員每月均需要對抄表數(shù)據(jù)進(jìn)行CT變比換算，經(jīng)由本系統(tǒng)軟件的報表功能，可以直接查詢月一次用電量，無需轉(zhuǎn)換。此外，曾發(fā)生過值班人員抄表時遺漏電度高位，導(dǎo)致該月物業(yè)管理公司少收約3000元電費，本系統(tǒng)投運后杜絕了此類人為失誤造成經(jīng)濟(jì)損失的可能。按照規(guī)范，低壓回路自然剩余電流值一般不超過500mA，據(jù)剩余電流報表顯示，橡膠谷一期多個回路剩余電流超過3A，由物業(yè)管理公司持報表電氣安裝公司查線，整改了多處，但仍有2~3個回路剩余電流過大未解決。
7 結(jié)束語
電力監(jiān)控系統(tǒng)在調(diào)試階段揭露了電氣安裝公司一次、二次接線存在的問題，明確了整改方向，保障了橡膠谷配電系統(tǒng)今后的穩(wěn)定運行。本系統(tǒng)自2012年2月投產(chǎn)后，電能計量與數(shù)據(jù)匹配度高，得到了用戶的好評，并已著手就橡膠谷二期工程的合作進(jìn)行洽談。
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
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