師晴晴
江蘇安科瑞電器制造有限公司 江蘇江陰 214405
摘要：電網(wǎng)是一個不可分割的整體，對整個電網(wǎng)的一、二次設(shè)備信息進行綜合利用，對保證電網(wǎng)穩(wěn)定運行具有重大的意義。變電站自動化控制是一項提高變電站、可靠穩(wěn)定運行水平、降低運行維護成本、提高經(jīng)濟效益、向用戶提供高質(zhì)量電能服務(wù)的一項措施。本文簡單介紹下基于Acrel-3000電能管理軟件和ACR220ELK、ACR230EFLK、ACR330EFLK網(wǎng)絡(luò)電力儀表的上海羅涇礦石碼頭的電能管理系統(tǒng)在變電站電能管理方面的應(yīng)用。該系統(tǒng)設(shè)計并實現(xiàn)了一套分散式采集和集中控制管理的功能，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。
關(guān)鍵詞：電能管理 電力儀表 電能管理 遠程抄表 羅涇碼頭
0 概述
當(dāng)前，很多建筑配電仍普遍采用箱式變電站配以低壓電纜分接箱實現(xiàn)分散供電，給整個系統(tǒng)的運行管理帶來了很多的不便，且計算機技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)日趨成熟，配電系統(tǒng)測量、控制等功能的智能化、網(wǎng)絡(luò)化已是發(fā)展的必然趨勢，配電系統(tǒng)運行中的各種問題可以通過微機解決。
智能化配電系統(tǒng)由開關(guān)具有通信功能的智能化元件，經(jīng)數(shù)字通信與計算機系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)連接，實現(xiàn)對分散分布的低壓電纜分接箱內(nèi)開關(guān)設(shè)備運行的自動化管理。系統(tǒng)可實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實時采集、數(shù)字通信、遠程操作與程序控制及設(shè)備維護信息管理等功能。
本文以上海羅涇礦石碼頭電能管理系統(tǒng)為例子，介紹怎么樣實現(xiàn)變電站的智能化管理。
1 項目概況
上海羅涇礦石碼頭有限公司由上海港務(wù)（集團）股份有限公司、香港玨瑞投資有限公司、寶山鋼鐵股份有限公司、馬鞍山鋼鐵股份有限公司，以共同投資、共同經(jīng)營的方式合資組建。公司于2007年11月1日正式成立，港區(qū)位于寶山羅涇地區(qū)，距市中心38km，距吳淞口約17km，年吞吐量2200萬噸，可同時停靠2艘20萬噸級（經(jīng)減載）的超大型散貨船舶，并可對2萬噸級海輪直接進行裝船作業(yè)。在世界上實現(xiàn)供貨碼頭和大型鋼鐵企業(yè)之間的工業(yè)物流配送新理念，進行物流鏈及生產(chǎn)鏈的無縫隙銜接。
本項目為遠程集抄電能管理系統(tǒng)項目。監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控范圍是：上海羅涇礦石碼頭2#分變、2B分變、3#分變、4#分變內(nèi)安裝的100多個智能電測儀表。整個系統(tǒng)采用分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，監(jiān)控主機放置于辦公大樓八樓的計算機房內(nèi)。四個變電站分別立在碼頭的四個不同的位置，廠區(qū)內(nèi)早前已鋪設(shè)好光纖網(wǎng)絡(luò)，四個變電站均可通過各網(wǎng)絡(luò)配置室接入此光纖網(wǎng)絡(luò)與辦公大樓進行通訊連接。四個變電站的具體監(jiān)控點數(shù)為：2#分變34個點；2B分變26個點；3#分變16個點；4#分變24個點。
上海安科瑞電氣股份有限公司于2009年11月承接上海羅涇礦石碼頭遠程自動抄表系統(tǒng)項目的設(shè)計與實施。項目采用Acrel-3000型電能管理系統(tǒng)，實現(xiàn)羅涇礦石碼頭變電站的智能化管理
2 客戶需求
1.模擬顯示2B分變、2分變、3分變、4分變配電室一次圖
2.實時顯示10kV、700V、400V所有回路監(jiān)測到的電參數(shù)（I、U、P、F、PF、EPI等）
3.700V變頻器回路電流越限報警，開關(guān)變位報警，并能能同時彈出告警窗口，以便讓維護人員迅速的找到報警位置
4.系統(tǒng)具有自檢功能，當(dāng)系統(tǒng)的軟件或硬件出現(xiàn)問題時有聲光報警
5.10kV、700V、400V配電系統(tǒng)負荷實時和歷史曲線顯示
6.10kV、700V重要所有回路諧波的實時和歷史棒圖
7.豐富的電能管理功能，（電能棒圖，日用電量趨勢，餅圖等）豐富的報表管理，（日，月復(fù)費率電能計量，查詢），10KV、700V、400V、所有回路具有電能報表查詢功能
8.用戶賬戶管理，不通等級的用戶賬戶限制查詢不同級別的系統(tǒng)數(shù)據(jù)
9.可通過網(wǎng)頁瀏覽的方式在辦公室經(jīng)局域網(wǎng)瀏覽該系統(tǒng)，以便隨時掌握生產(chǎn)現(xiàn)場用電設(shè)備的情況
10.將該系統(tǒng)里的電能等重要數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)至本公司的生產(chǎn)管理系統(tǒng)的Oracle數(shù)據(jù)庫，以備進一步處理分析
11.細化功能根據(jù)用戶習(xí)慣修改
3 設(shè)計及選型參照的標準
GB2887-2000 《計算站場地技術(shù)要求》
GB/T13729-2002 《遠動終端通用技術(shù)條件》
DL/T 814-2002 《配電自動化系統(tǒng)功能規(guī)范》
DL/T634-2002 《遠動設(shè)備和系統(tǒng)傳輸規(guī)約基本遠動任務(wù)配套標準》
DL/T721-2000 《配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)遠方終端》
DL/T770-2001 《微機變壓器保護裝置通用技術(shù)條件》
GB/T50063-2008 《電力裝置的電測量儀表裝置設(shè)計規(guī)范》
GB-14285-2006 《繼電保護和自動裝置技術(shù)規(guī)程》
GBJ232-2002 《建筑電氣工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》
GB/T15145-2001 《微機線路保護裝置通用技術(shù)條件》
GB/50198-2011 《監(jiān)控系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范》
4 硬件選型
本項目監(jiān)控的變電所分為三個電壓類型：10kV、700V、400V。各變配電所的情況為：2#分變9個10kV監(jiān)控點，19個700V監(jiān)控點，6個400V監(jiān)控點；2B分變19個700V監(jiān)控點，7個400V監(jiān)控點；3#分變3個10KV監(jiān)控點，7個700V監(jiān)控點，6個400V監(jiān)控點；4#分變8個10kV監(jiān)控點，10個700V監(jiān)控點，6個400V監(jiān)控點，共計100個點。
結(jié)合用戶需求和現(xiàn)場的實際情況，10kV電壓段選用上海安科瑞電氣股份有限公司生產(chǎn)的ACR330EFLH諧波表，該儀表的功能特點是：純中文操作界面，能測量所有常規(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、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(guān)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(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)用于變電站自動化、配電網(wǎng)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(lǐng)域。700V電壓段選用ACR230EFLH諧波表，該儀表的功能特點是：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、并可監(jiān)測電壓、電流的2-31次諧波分量等多種電參量。400V電壓段選用ACR220EFL網(wǎng)絡(luò)電力儀表，該儀表的功能特點是：三相電流、三相電壓、有功電度的測量、復(fù)費率電能的計量以及開關(guān)信號的檢測和繼電器遙控輸出。
5 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)
本系統(tǒng)采用分層分布式結(jié)構(gòu)，如下圖所示：
本項目四個分變內(nèi)10kV配電室監(jiān)控的設(shè)備為碼頭的橋吊、斗輪堆料機、斗輪取料機等大型設(shè)備；700V配電室監(jiān)控的設(shè)備為變頻器；400V配電室監(jiān)控的設(shè)備為廠區(qū)照明用電、皮帶機、維修設(shè)備等。數(shù)目都少于10個，所以12個子配電室現(xiàn)場只需各鋪設(shè)一根總線即可，該總線將智能電測儀表以菊花鏈的方式連接起來，然后引致各分變的網(wǎng)絡(luò)配置室即可。四個分變的四個網(wǎng)絡(luò)配置室各配有一個8口的通訊服務(wù)器和 一個思科的光端機，配置完成之后將采集上來的數(shù)據(jù)傳至辦公大樓八樓計算機房內(nèi)的系統(tǒng)后臺監(jiān)控主機。本項目的遠程抄表及電能管理系統(tǒng)后臺設(shè)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(shè)備。監(jiān)控系統(tǒng)安裝在計算機上，集中采集顯示現(xiàn)場設(shè)備運行狀況，以人機交互的形式顯示給用戶，同時用戶可以通過系統(tǒng)軟件發(fā)送指令至現(xiàn)場設(shè)備，實現(xiàn)遠程遙控功能。
以上網(wǎng)絡(luò)儀表均采用RS485接口和MODBUS-RTU通訊協(xié)議，RS485采用屏蔽線傳輸，通訊方式為半雙工通信；數(shù)據(jù)高傳輸速率為10Mbps。RS-485接口是采用平衡驅(qū)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(shè)備，大傳輸距離為1.2km。
6 系統(tǒng)的主要功能
6.1 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，實現(xiàn)遠程數(shù)據(jù)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(shù)COSφ、電度Ep、遠程設(shè)備運行狀態(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時準確的顯示給用戶，達到配電監(jiān)控的自動化和智能化要求，同時把采集到的數(shù)據(jù)存儲至數(shù)據(jù)庫并供用戶查詢。
6.2 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(shè)備狀態(tài)及相應(yīng)實時運行參數(shù)，畫面定時輪巡切換、畫面實時動態(tài)刷新、模擬量顯示、開關(guān)量顯示、連續(xù)記錄顯示等。
6.3 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)出聲光報警，提示用戶及時響應(yīng)故障回路，同時自動記錄事件發(fā)生的時間地點，以被用戶查詢、追憶故障原因。
6.4 數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)庫，定期生成報表，以供用戶查詢打印。
6.5 電能成本管理
自動進行日、月、年的電能統(tǒng)計，可以進行尖、峰、平、谷時段設(shè)定，實現(xiàn)電能分時段計費功能，同時生成日、月、年報表，電能棒圖、餅圖、電能曲線圖等。
6.6 用戶權(quán)限管理
可根據(jù)買方要求添加、刪除軟件的用戶數(shù)量和設(shè)置用戶的權(quán)限。針對不同級別的用戶，設(shè)置不同的權(quán)限組，防止因人為誤操作給生產(chǎn)、生活帶來的損失，實現(xiàn)配電系統(tǒng)，可靠運行。
6.7 運行負荷曲線
定時采集進線及重要回路電流負荷參量，自動生成運行負荷趨勢曲線，方便用戶及時了解設(shè)備的運行負荷狀況、實時顯示重要回路的諧波數(shù)據(jù)（2—31次諧波）及查詢歷史諧波數(shù)據(jù)等。
6.8系統(tǒng)特點
7 結(jié)束語
本文講述了變電站綜合自動化系統(tǒng)的特征、結(jié)構(gòu)及其功能。整套電力監(jiān)控系統(tǒng)達到了預(yù)期的效果，滿足用戶提出的需求。變電站自動化是一個系統(tǒng)工程，要實現(xiàn)變電站自動化的功能，還有許多技術(shù)問題需要攻關(guān)解決，作者相信在不太遠的一段時間管理便捷化的變電站自動化系統(tǒng)，將有一個蓬勃的發(fā)展期。
參考文獻
任致程、周中編著 電力電測數(shù)字儀表原理與應(yīng)用指南 中國電力出版社 2007.4
朱立泉 變配電系統(tǒng)的智能管理系統(tǒng)分析 智能建筑電氣技術(shù) 2007年第1卷第4期
王振生 解析《變配電所計算機監(jiān)控系統(tǒng)》智能建筑電氣技術(shù) 2006年第5卷第3期
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