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)進行改造，通過總線型組網(wǎng)方式，把數(shù)據(jù)上傳至后臺，進行智能化組網(wǎng)。系統(tǒng)實現(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，通過Acrel-3000電能管理系統(tǒng)，為用戶提供一套、實用的用電管理、分析工具。系統(tǒng)在線監(jiān)測整個企業(yè)生產(chǎn)能耗動態(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)，提供實時及歷史數(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，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)傳輸時斷時續(xù)，這是因為脈沖傳輸線路會受到現(xiàn)場電磁干擾、老化、松動的影響；

    2） 電能數(shù)據(jù)與現(xiàn)場儀表顯示數(shù)據(jù)不匹配，這是因為原電能表采用脈沖輸出與采集，當線路出現(xiàn)問題時，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，且后續(xù)無法補回；

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

    4）配電監(jiān)測系統(tǒng)主要是通過計算機輔助對現(xiàn)場回傳的電參量信息進行處理與展示，構(gòu)建配電系統(tǒng)的計量體系。這就要求現(xiàn)場儀表的計量精度高、信號采集與傳輸可靠、后臺處理符合實際需求，并且在系統(tǒng)出現(xiàn)故障時能夠及時排除，避免影響系統(tǒng)的持續(xù)運行。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)在當時來講較為常用，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)也已無法滿足運維要求，而建立覆蓋廠區(qū)的電能計量體系十分必要。同時，設(shè)立電力監(jiān)測系統(tǒng)可對現(xiàn)場運行情況進行實時監(jiān)測，便于運行過程中的故障排除，對貴司運維人員保障配電穩(wěn)定運行提供便捷。

軟件功能需求

    1. 曲線圖：提供83個表的每個日曲線圖（精度可以保證為每分鐘之內(nèi)有2個數(shù)據(jù)）和周曲線圖（精度可以保證每分鐘內(nèi)有1個數(shù)據(jù)點）；曲線圖可以根據(jù)要求手動選擇時間范圍內(nèi)進行查看及打印。

    2.報表功能：

  （1）常用回路10kV總進線的每月申請MD值、實際MD值、MD值發(fā)生的日期及時間、每月申請MD值和實際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輸入到系統(tǒng)中并終在報表和趨勢圖里體現(xiàn)。

  （2）常用回路10KV總進線和4個變壓器的總回路的每日在峰、平1、平2、谷各個時段里的每日及每月的有功功率大值以及發(fā)生日期和時間、每日和每月在各個試點段內(nèi)的有功功率大值趨勢曲線比較圖（每個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輸入到系統(tǒng)中并終在趨勢圖里體現(xiàn)）。

  （3）越限報警功能：4個常用變壓器回路的有功功率、變壓器溫度、電壓（90%~110%）越限報警；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)故障報警：系統(tǒng)通訊出現(xiàn)故障須有報警及記錄功能。

  （5）整點電力參數(shù)抄表：每個回路的整點有功功率值、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，界面可以實時顯示每個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個用戶及設(shè)置不同的權(quán)限，管理員可以設(shè)施報警越線值及申請的MD值、每個變壓器高符合允許值及常用回路總負荷高值；操作員僅有查看打印權(quán)限。

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

    5.系統(tǒng)故障報警：報警須有記錄。

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)安裝的盤式機械電能表拆除，加裝DTSD1352/FC導(dǎo)軌式電能表，其中72個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)場實際情況，對變配電室進行改造，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、計量表計，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)拓撲圖

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，負責完成對整個工程電能管理系統(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)控計算機是監(jiān)控系統(tǒng)的主要人機界面，用于圖形及報表顯示、電能統(tǒng)計分析、事件記錄及報警狀態(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)器到達值班室監(jiān)控主機進行組網(wǎng)，實現(xiàn)遠程控制。

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：主要實時監(jiān)測變電所所有回路的運行狀態(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線和出線的運行參數(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：通過報表實時顯示高壓6個回路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 

    遙信和遙測報警功能，主要完成對回路的開關(guān)運行狀態(tài)和負載進線監(jiān)控，對開關(guān)變位和負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：

遙測遙信報警

    事件告警記錄功能，主要完成對查詢時間段內(nèi)出現(xiàn)的報警信息事件記錄以及發(fā)生時間，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)進線查詢。支持任意時刻電參數(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)出和報表打印等功能。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。如下圖所示

電參數(shù)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(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。如下圖所示：

電能報表

    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

    負荷趨勢曲線界面中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(yīng)按鈕或菜單項可以完成相應(yīng)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。為分析整個系統(tǒng)的運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：通過報表查詢當前及歷史實際MD值及申請MD值，申請MD值可由用戶設(shè)置。該報表可實現(xiàn)實際MD值與申請MD值對比分析功能，為企業(yè)用電負荷管理提供依據(jù)，如下圖所示：

MD報表

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

MD曲線

    復(fù)費率電能報表：實現(xiàn)高壓回路總、峰、平、谷復(fù)費率電能統(tǒng)計，復(fù)費率時段用戶可在儀表上根據(jù)實際要求配置。如下圖所示：

復(fù)費率電能報表

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，確實電能數(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)代計算機技術(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，實現(xiàn)能源消耗動態(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)、過程及要素進行管理、控制和優(yōu)化，提高能源使用效率。 

參考文獻：

[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)計中的應(yīng)用》，高士宏，科技風[3]《電力監(jiān)控運用于10kv供配電設(shè)計》，姚強，科技天地