安科瑞電力監(jiān)控系統(tǒng)在沈陽萬方熱力供暖公司熱源廠及萬方換熱站的設計與應用

摘要：隨著經(jīng)濟的發(fā)展，能源消耗速度正不斷加快，因此我國提出了綠色可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，要求在發(fā)展建設中以節(jié)能為主，不斷減少資源能耗，而電能便是首要控制內(nèi)容。如今我國為電能使用，對計量表進行了優(yōu)化創(chuàng)新，日常供電中分析用電數(shù)據(jù)的節(jié)能情況，從而結合實際調(diào)整當前制度，從而滿足節(jié)能管理的實際需求，基于此，本文將對電力監(jiān)控系統(tǒng)在電力工程中的應用進行分析，并提出相應的對策，本文介紹沈陽萬方熱力供暖有限公司熱源廠及萬方換熱站項目，現(xiàn)場采用智能電力儀表、采集配電現(xiàn)場的各種電參量、開關信號。系統(tǒng)采用現(xiàn)場就地組網(wǎng)的方式，組網(wǎng)后通過現(xiàn)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(xiàn)配電間配電回路及配電房回路用電的實時監(jiān)控和管理。

關鍵詞：配電間；智能電力儀表；Acrel-2000；電力監(jiān)控系統(tǒng)。

概述

本項目為沈陽萬方熱力供暖有限公司熱源廠及萬方換熱站項目新建配電房的電壓電力監(jiān)控系統(tǒng)。沈陽萬方熱力供暖有限公司，于2009-03-18在遼寧省注冊成立，屬于熱水的生產(chǎn)和供應業(yè)，主營行業(yè)為電力、熱力生產(chǎn)和供應業(yè)，服務領域為供暖服務，注冊資本200萬人民幣。公司位于沈陽市于洪區(qū)北陵鄉(xiāng)八家子村。

本次項目主要涉及沈陽萬方熱力供暖有限公司熱源廠及萬方換熱站項目中的配電房進出線內(nèi)的多功能電表，其中值班室置于監(jiān)控值班室。

電力監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)對變壓器、柴油發(fā)電機、斷路器以及其它重要設備進行監(jiān)視、測量、記錄、報警等功能，并與保護設備和遠方控制中心及其他設備通信，實時掌握供電系統(tǒng)運行狀況和可能存在的隱患，快速排除故障，提高工廠供電可靠性。

闡述電力監(jiān)控系統(tǒng)

在電力網(wǎng)絡中設備運行情況和電網(wǎng)運行狀態(tài)無關，電力網(wǎng)絡設備的工作指令便能夠控制其運行情況，此種運行被稱作被動配電網(wǎng)絡。設備運行情況若是不受設備工作指令控制，自我診斷后的配電網(wǎng)絡要結合電網(wǎng)能力和負荷發(fā)出設備運行指令，全面把控負荷運行的等級，此種運行被稱作主動配電網(wǎng)絡。由被動配電網(wǎng)絡轉化成主動配電網(wǎng)絡，要先合理劃分電力負荷，按照負荷重要性劃分多個等級，保證電力網(wǎng)絡有著自診斷能力，進而實現(xiàn)控制和調(diào)節(jié)工作。在被動配電網(wǎng)絡轉化成主動配電網(wǎng)絡時，如果設備處于正常的工作狀態(tài)，則要保證合理分配系統(tǒng)工作，實現(xiàn)控制和調(diào)節(jié)負荷功能，充分應用變壓器過負荷能力。

電力監(jiān)控系統(tǒng)組成

在控制中心所安裝的設備是操作臺中的主控機、打印機、顯示器、備用電源和抗干擾電源。操作臺上包括遙控按鈕和開關電源開關、模擬盤電源等。控制主機可安裝在本樓的樓內(nèi)值班室，總控制室通常是安裝在變電所中，傳感器信號一般是使用總線傳至此樓，控制主機和總控制主機，從而實現(xiàn)遙測遙控電量。采集和控制現(xiàn)場數(shù)據(jù)設備，是為智能控制系統(tǒng)、電流變送器、電壓變送器將傳感器信號傳輸?shù)街悄芸刂平K端，使智能控制器的終端與智能通訊卡連接，雙向傳遞數(shù)據(jù)。智能控制系統(tǒng)要在配電內(nèi)的接觸器實現(xiàn)預定程序中控制的電源各系統(tǒng)，包含的智能控制終端大約為1024個，能夠增加系統(tǒng)的可擴展性。

數(shù)據(jù)采集

自動采集現(xiàn)場所有電量儀表的模擬量數(shù)據(jù)，自動采集現(xiàn)場開關狀態(tài)以及故障狀態(tài)等開關量數(shù)據(jù)。

支持實時采集、自動周期采集（定時采集）可配置周期（1分鐘～24小時）。

支持數(shù)據(jù)傳輸正確性檢驗，異常數(shù)據(jù)自動處理。

支持多線程處理機制，提高數(shù)據(jù)采集效率，能同時對多個設備進行數(shù)據(jù)采集。

數(shù)據(jù)實時顯示采用配電箱主接線圖直觀顯示模式，各回路開關斷合以及故障狀態(tài)直觀可見。

數(shù)據(jù)分析與處理

數(shù)據(jù)的綜合統(tǒng)計、分析需要實現(xiàn)以下功能：

各設備用電數(shù)據(jù)小時、日、月、年等時間段內(nèi)的統(tǒng)計、計算。

各設備的用電負荷值計算。

統(tǒng)計各分站及整體的用電量（有功、無功）。

數(shù)據(jù)查詢與展示

要求能方便實現(xiàn)客戶端查詢和各級管理人員的查詢，查詢界面能適應各級管理人員的要求能夠支持靈活的條件組合查詢和對比分析，各類統(tǒng)計分析的數(shù)據(jù)可靈活采用報表等多種圖表方式直觀的展示功能。

數(shù)據(jù)展示功能按照不同用戶的不同的權限，分為操作層、管理層、決策層三層用能展示。

操作層具備用能分析、累計用量、實時監(jiān)測、運行記錄及比例、對比、對標分析等功能。

管理層具備用能數(shù)據(jù)統(tǒng)計和分析、分類分項的對比、對標分析等功能。

決策層具備用能數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)刪除、數(shù)據(jù)庫導入/導出等功能。

權限管理

要求對不同用戶賦予不同角色的權限，能授權到功能子菜單、具體檔案記錄、數(shù)據(jù)記錄等。

系統(tǒng)要求具備合理完善的用戶安全控制機制，能使應用環(huán)境中的信息資源得到有效地保護，防止信息的丟失、失竊和破壞。

節(jié)能改造及效果評估

要求為生產(chǎn)節(jié)能改造提供數(shù)據(jù)支撐，并能提供節(jié)能改造前后的效果評估。

參數(shù)設置

可通過采集柜設置各回路互感器變比，各種電流電壓保護整定值。

故障判斷與報警具有故障自動判斷并采用聲光方式報警功能。報警類型包括開關故障，電壓、電流超限，現(xiàn)場采集模塊通訊故障，與監(jiān)控系統(tǒng)通訊故障等。報警時間自動記入系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，方便用戶查詢，工作人員可隨時掌握變配電站實時運行狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)變配電運行故障并作出相應處理，提高變配電的管理效率，提升電力系統(tǒng)安全性、可靠性。

系統(tǒng)方案

安科瑞Acrel-2000系統(tǒng)根據(jù)沈陽萬方熱力供暖有限公司熱源廠及萬方換熱站項目的現(xiàn)場實際情況，整體網(wǎng)絡結構采用屏蔽雙絞線直接接至樓層的對應的數(shù)據(jù)采集器然后通過網(wǎng)線直接接至監(jiān)控主機，保障了電力監(jiān)控系統(tǒng)傳輸?shù)姆€(wěn)定性與實時性。如下圖所示：站控管理層、網(wǎng)絡通訊層和現(xiàn)場設備層。

現(xiàn)場共計25臺多功能計量儀表通過RS485總線接至配電房的通訊管理機，通訊管理機通過網(wǎng)絡連接到監(jiān)控主機實現(xiàn)總線上儀表與監(jiān)控主機的數(shù)據(jù)連通。

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，是人機交互的直接窗口。在沈陽萬方熱力供暖有限公司熱源廠及萬方換熱站中主要指置于配電房的監(jiān)控主機。

2）網(wǎng)絡通訊層

通訊層主要是由N2S16-485I-ETS工業(yè)串口服務器兩臺、以太網(wǎng)設備及總線網(wǎng)絡組成。串口服務器主要功能是監(jiān)測現(xiàn)場智能儀表；以太網(wǎng)設備及總線網(wǎng)絡的主要功能是實現(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，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)場設備層

現(xiàn)場設備層是數(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器，經(jīng)通訊服務器到達該配電間監(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)上傳至串口服務器，進而將數(shù)據(jù)上傳至當?shù)乇O(jiān)控終端。具體連接示意圖如下所示：

系統(tǒng)功能

變電所實時監(jiān)控系統(tǒng)圖為主監(jiān)控畫面，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的所有常規(guī)電力參數(shù)，系統(tǒng)人機界面友好，以配電一次圖的形式直觀顯示配電線路的運行狀態(tài)，實時監(jiān)測各回路電壓、電流、功率、功率因數(shù)、電能等電參數(shù)信息，動態(tài)監(jiān)視各配電回路斷路器、隔離開關、地刀等合分狀態(tài)、柴油發(fā)電機狀態(tài)、柴油液位、UPS狀態(tài)、電池信息等，以及有關故障、告警等信號。

遙信和遙測報警功能，主要完成對低壓各出線回路的開關運行狀態(tài)和負載進線監(jiān)控，對開關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。負載越限值在相應權限下可自由設置。具備歷史查詢功能，如下圖所示：

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。

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，具備數(shù)據(jù)導出和報表打印等功能。該報表查詢一科大廈樓層配電箱進出線各低壓回路的電參數(shù)，主要包括：三相電流、有功功率和有功電度。該報表各回路名稱和數(shù)據(jù)庫關聯(lián)，方便用戶修改回路名稱。如下圖所示

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。該報表各回路名稱和數(shù)據(jù)庫關聯(lián)，方便用戶修改回路名稱。如下圖所示，顯示辦公樓實驗樓配電回路的精確用電量，用戶可以直接打印報表，可以以EXCEL格式另存到其他位置。查詢各回路或設備時間的運行參數(shù)，報表中顯示電參量信息應包括：各相電流、三相電壓、總功率因數(shù)、總有功功率、總無功功率、正向有功電能等。如下圖所示：

系統(tǒng)通訊結構示意圖，主要顯示系統(tǒng)的組網(wǎng)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。下圖為變電所通訊狀態(tài)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。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。

●用戶權限管理

電力監(jiān)控系統(tǒng)為保障系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行，設置了用戶權限管理功能。通過用戶權限管理能夠防止未經(jīng)授權的操作（如遙控的操作，數(shù)據(jù)庫修改等）。可以定義不同級別用戶的登錄名、密碼及操作權限，為系統(tǒng)運行、維護、管理提供可靠的安全保障。

●遙控操作

電力監(jiān)控系統(tǒng)可以對整個配電系統(tǒng)范圍內(nèi)的設備進行遠程遙控操作。例如配電系統(tǒng)維護人員可以通過監(jiān)控系統(tǒng)的主界面點擊相應的斷路器遙信點調(diào)出遙控操作界面，可以及時執(zhí)行調(diào)度系統(tǒng)或站內(nèi)相應的操作命令。

●網(wǎng)絡拓撲圖

電力監(jiān)控系統(tǒng)支持實時監(jiān)視接入系統(tǒng)的各設備的通訊狀態(tài)，能夠完整的顯示整個系統(tǒng)網(wǎng)絡結構；可在線診斷設備通訊狀態(tài)，發(fā)生網(wǎng)絡異常時能自動在界面上顯示故障設備或元件及其故障部位。

結束語

在當今配電設施的應用中，工業(yè)項目的配電安全性至關重要，本文介紹的Acrel-2000電力監(jiān)控系統(tǒng)在沈陽萬方熱力供暖有限公司熱源廠及萬方換熱站的應用，可以實現(xiàn)對配電間出線供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(wǎng)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(xiàn)對采集數(shù)據(jù)的分析、處理，實時顯示配電間內(nèi)各配電回路的運行狀態(tài)，對負載越限具有彈出報警對話框、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，為工業(yè)項目解決用電問題提供了安全可靠的依據(jù)，取得了較好的企業(yè)效益。