摘要
介紹青島橡膠六廠，采用智能電力儀表、智能斷路器，采集配電現(xiàn)場的各種電參量和開關信號。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)控與電能管理系統(tǒng)實現(xiàn)變電所配電回路用電的實時監(jiān)控和管理。
0 概述
根據(jù)青島市“環(huán)灣保護，擁灣發(fā)展”的發(fā)展戰(zhàn)略及公司的中、長期發(fā)展規(guī)劃和對、國內(nèi)輸送帶市場未來需求趨勢的估計，在青島市城陽區(qū)棘洪灘橡膠工業(yè)園征地329畝，投資6億元人民幣，通過新建1000萬平方米輸送帶生產(chǎn)項目，結合太原路廠區(qū)1000萬平方米輸送帶生產(chǎn)設備的搬遷技改，再經(jīng)過實施擴產(chǎn)1000萬平方米輸送帶生產(chǎn)項目，終形成3000萬平方米輸送帶生產(chǎn)能力，達產(chǎn)后實現(xiàn)銷售收入15億元人民幣。整個發(fā)展規(guī)劃將以、國內(nèi)的輸送帶制造技術、工藝、裝備和生產(chǎn)管理技術，堅持科技創(chuàng)新，積極推進精細化管理模式，將橡六公司打造成一個、安全、節(jié)能、環(huán)保的*的輸送帶生產(chǎn)企業(yè)。
本次主要新增車間供配電主要由6個變電所供電：輸送帶車間一變電所、煉膠車間變電所、辦公試驗樓變電所、備品備件庫變電所、特種輸送帶車間變電所、輸送帶車間二變電所。
1 需求分析
為保證生產(chǎn)管理用電負荷的統(tǒng)計與分析及對危險源實時監(jiān)控。需要對生產(chǎn)現(xiàn)場的低壓配電柜、供電變壓器等電氣設備進行電壓、電流、功率、溫度、濕度等參數(shù)進行實時在線監(jiān)控。一旦監(jiān)控點被監(jiān)視參數(shù)異常，能夠及時檢測報警，有關人員采取必要的措施，避免安全事故的發(fā)生。
本技術條件適用于公司新建輸送帶車間一、煉膠車間、辦公試驗樓、備品備件庫、特種輸送帶車間、輸送帶車間二的配電室采集柜。供方產(chǎn)品應具有高安全性與可靠性、易于擴展、便于維修與維護。供方提供的產(chǎn)品應至少滿足本技術條件，但不于此，其技術性能應滿足對配電室數(shù)據(jù)監(jiān)控的要求。
數(shù)據(jù)采集
自動采集現(xiàn)場所有電量儀表、溫度模塊等儀表的模擬量數(shù)據(jù)，自動采集現(xiàn)場開光狀態(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)實時顯示采用配電室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。
自動采集現(xiàn)場2-31次諧波，生成圖表形式，方便進行諧波分析。
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（有功、無功）大、小、平均值計算。
統(tǒng)計各分站及全廠的用電量（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、棒圖、曲線圖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、決策層三層能耗展示。
操作層具備能耗分析、能耗累計用量、實時監(jiān)測、運行記錄及比例、對比、對標分析等功能。
管理層具備能耗數(shù)據(jù)統(tǒng)計和分析、分類分項的對比、對標分析等功能。
決策層具備能耗數(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*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。
現(xiàn)場控制
要求具有繼電器輸出回路，輸出控制電壓類型交流、直流可選，視現(xiàn)場設備而定。具有直觀電氣回路狀態(tài)顯示畫面，在監(jiān)控后臺可對現(xiàn)場回路進行分閘操作。
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，溫度保護閾值。
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、溫度超限，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
2 系統(tǒng)方案
安科瑞Acrel-2000系統(tǒng)根據(jù)青島橡六新廠區(qū)現(xiàn)場實際情況，整體網(wǎng)絡結構采用光纖環(huán)網(wǎng)，保障了廠區(qū)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。
根據(jù)現(xiàn)場儀表分布情況，每個車間做一套電力監(jiān)控系統(tǒng)，6KV配電室及備品備件庫內(nèi)有電力儀表38臺 溫度巡檢儀5臺；辦公實驗樓內(nèi)有電力儀表61臺 溫度巡檢儀3臺；煉膠車間內(nèi)有電力儀表86臺 溫度巡檢儀9臺；特種輸送帶車間有電力儀表39臺 溫度巡檢儀4臺；輸送帶車間一電有電力儀表93臺 溫度巡檢儀22臺；輸送帶車間一電有電力儀表64臺 溫度巡檢儀10臺。本工程中每個車間配有一臺PLC采集柜，采集現(xiàn)場智能設備的參數(shù)，傳送至該車間內(nèi)的監(jiān)控主機上，然后通過廠區(qū)環(huán)網(wǎng)交換機將數(shù)據(jù)上傳至監(jiān)控主站，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)的整合及指令下發(fā)。下圖以輸送帶車間三（特種輸送帶車間）為例，展示了該車間的整體組網(wǎng)拓撲圖，其余車間與該組網(wǎng)方式一致，只是現(xiàn)場智能裝置數(shù)量不同。
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。在青島橡六遷建工程中主要指總站2臺監(jiān)控主機及每個分站的監(jiān)控主機。
2）網(wǎng)絡通訊層
通訊層主要是由西門子S7-200、Nport-5630串口服務器、環(huán)網(wǎng)交換機、以太網(wǎng)設備及總線網(wǎng)絡組成。其中S7-200的主要功能是監(jiān)測現(xiàn)場回路的實時運行狀態(tài)及對現(xiàn)場回路的分閘控制；NPORT-5630串口服務器主要功能是監(jiān)測現(xiàn)場智能儀表及溫度模塊；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，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)場設備層
現(xiàn)場設備層是數(shù)據(jù)采集終端，主要由智能儀表、溫度模塊、傳感器及斷路器組成，智能儀表與溫度模塊通過屏蔽雙絞線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)通訊服務器和交換機到達該車間監(jiān)控主機；斷路器控制觸點通過中間繼電器與S7-200相連，與監(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Nport5630-8，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：
PLC現(xiàn)場連接示意
S7-200輸出控制點通過中間繼電器接至斷路器控制點位，電力監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)對所有現(xiàn)場回路遠程分閘功能。如下圖所示：
進線回路采用ACR230ELH/K多功能諧波儀表，其是針對電力系統(tǒng)、工礦企業(yè)、公共設施、智能大廈的電力監(jiān)控需求而設計的網(wǎng)絡電力儀表，它能測量所有常規(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)絡電力儀表主要應用于變電站自動化、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)及智能建筑等領域。
重要配出回路采用ACR220EL/K系列網(wǎng)絡電力儀表，該儀表主要測量所有常規(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。
3 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)，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、變壓器溫度等，并可遠程遙控斷路器的分合閘。如下圖所示：
變電所一次系統(tǒng)圖
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，通過短信的形式發(fā)給當天值班人員，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，
支持對所有回路功率實時和歷史查詢報表，方便管理人員深入了解各負荷的運行狀況。如下圖所示：
功率歷史報表
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6座變電所所有變壓器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及變壓器溫度。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
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。 如下圖所示：
辦公實驗樓電能報表
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。下圖為辦公實驗樓通訊狀態(tài)示意圖。
辦公實驗樓通訊結構示意圖
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。如下圖所示：
趨勢曲線圖
復費率電能報表功能，系統(tǒng)可設置任意變壓器回路的8時段費率，同時設置峰平谷時段的電價，該報表支持打印和導出功能，管理人員根據(jù)系統(tǒng)可直接打印出任意時間段所用電費單，如下圖所示:
復費率報表
4 結束語
在當今配電設施的應用中，工礦企業(yè)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)在青島橡膠六廠的應用，可以實現(xiàn)對變電所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，實時顯示變電所內(nèi)各配電回路的運行狀態(tài)，對分合閘、負載越限具有彈出報警對話框、語音提示、短信報警燈，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，同時可遠程分合閘操控，該系統(tǒng)運行安全、可靠、穩(wěn)定，為工廠解決用電問題提供了真實可靠的依據(jù)，取得了較好的企業(yè)效益。
參考文獻：
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