摘要

    介紹日立建基電力監(jiān)控系統(tǒng)，采用智能電力儀表采集配電現(xiàn)場的各種電參量。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(yuǎn)傳至后臺，通過Acrel-2000型電能管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)變電所配電回路用電的管理。

概述 

     日立建機(jī)是一家建筑設(shè)備生產(chǎn)商，總部位于東京。通過遍布的經(jīng)銷網(wǎng)絡(luò)向*銷售我們的產(chǎn)品。日立建機(jī)（中國）有限公司成立于1995年3月，坐落在安徽省合肥市經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)，占地68萬平方米，由日立建機(jī)株式會社、三菱商事株式會社、香港暨永實(shí)業(yè)有限公司三方共同出資組建的大型外商投資企業(yè)，注冊資本8億人民幣，總投資額17億人民幣。目前擁有中方員工1454人，日方人員31人。公司主要進(jìn)行工程機(jī)械的研發(fā)和制造。

     本項(xiàng)目為其中的一處廠房變電所的電力監(jiān)控系統(tǒng)。根據(jù)配電系統(tǒng)管理的要求，需要對變電所的配電柜進(jìn)出線進(jìn)行電力監(jiān)控，以保證用電的安全、可靠和。

     Acrel-2000型低壓智能配電系統(tǒng)，充分利用了現(xiàn)代電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和現(xiàn)場總線技術(shù)的新發(fā)展，對變配電系統(tǒng)進(jìn)行分散數(shù)據(jù)采集和集中監(jiān)控管理。對配電系統(tǒng)的二次設(shè)備進(jìn)行組網(wǎng)，通過計(jì)算機(jī)和通訊網(wǎng)絡(luò)，將分散的配電所的現(xiàn)場設(shè)備連接為一個的整體，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)運(yùn)行的遠(yuǎn)程監(jiān)控和集中管理。

1  系統(tǒng)結(jié)構(gòu)描述

    本監(jiān)控系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)日立建基10KV高壓變電所的配電系統(tǒng)進(jìn)行用電監(jiān)測與電能管理；監(jiān)測范圍為變電所的微機(jī)保護(hù)以及多功能電表進(jìn)行遠(yuǎn)程實(shí)時監(jiān)控和電能管理。該系統(tǒng)總計(jì)有33個設(shè)備，其中包含23只微機(jī)保護(hù)，4只多功能電表以及直流屏、溫控儀、光伏縱差保護(hù)裝置、小電流接地選線裝置等，實(shí)現(xiàn)總線上儀表與監(jiān)控主機(jī)的數(shù)據(jù)連通。

本監(jiān)控系統(tǒng)采用分層分布式結(jié)構(gòu)，即站控層，通訊層與間隔層；如圖（1）所示：

圖（1）電力監(jiān)控系統(tǒng)圖

    間隔設(shè)備層主要為：微機(jī)保護(hù)、多功能電表以及直流屏、溫控儀、光伏縱差保護(hù)裝置、小電流接地選線裝置等。這些裝置分別對應(yīng)相應(yīng)的一次設(shè)備安裝在變電所的配電柜內(nèi)，這些裝置均采用RS485通訊接口，通過現(xiàn)場MODBUS總線組網(wǎng)通訊，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)現(xiàn)場采集。

    網(wǎng)絡(luò)通訊層主要為：通訊服務(wù)器、工業(yè)網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，其主要功能為把分散在現(xiàn)場采集裝置集中采集，同時遠(yuǎn)傳至站控層，完成現(xiàn)場層和站控層之間的數(shù)據(jù)交互。

    站控管理層：設(shè)有高性能工業(yè)計(jì)算機(jī)、顯示器、UPS電源、打印機(jī)、報警蜂鳴器等設(shè)備。監(jiān)控系統(tǒng)安裝在計(jì)算機(jī)上，集中采集顯示現(xiàn)場設(shè)備運(yùn)行狀況，以人機(jī)交互的形式顯示給用戶。

    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，一般都采用二根連線，接線簡單方便；通訊接口是半雙工通信即通信的雙方都可以接收、發(fā)送數(shù)據(jù)但是在同一時刻只能發(fā)送或接收數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)高傳輸速率為10Mbps。RS485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(qiáng)，總線上允許連接多達(dá)32個設(shè)備，大傳輸距離為1.2km。

2  電力監(jiān)控系統(tǒng)主要功能

2.1  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)采集主要由微機(jī)保護(hù)多功能表等設(shè)備采集完成，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)的本地實(shí)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EPI、開關(guān)量狀態(tài)、遠(yuǎn)程設(shè)備運(yùn)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(shí)時準(zhǔn)確的顯示給用戶，達(dá)到配電監(jiān)控的自動化化和智能化要求，同時把采集到的數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫供用戶查詢。

2.2  人機(jī)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(shí)時運(yùn)行參數(shù)；畫面實(shí)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。

2.3  歷史事件

    歷史事件查看界面主要為用戶查看曾經(jīng)發(fā)生過的故障記錄、信號記錄、操作記錄、越限記錄提供方便友好的人機(jī)交互，通過歷史事件查看平臺，您可以根據(jù)自己的要求和查詢條件方便定位您所要查看的歷史事件，為您把握整個系統(tǒng)的運(yùn)行情況提供了良好的軟件支持。

2.4  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。

2.5  用戶權(quán)限管理

    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(shí)現(xiàn)配電系統(tǒng)的安全，可靠運(yùn)行。可以通過用戶管理進(jìn)行用戶登錄、用戶注銷、修改密碼、添加刪除等操作，方便用戶對賬號和權(quán)限的修改。

2.6  運(yùn)行負(fù)荷曲線

    負(fù)荷趨勢曲線功能主要負(fù)責(zé)定時采集進(jìn)線及重要回路電流和功率負(fù)荷參量，自動生成運(yùn)行負(fù)荷趨勢曲線的，方便用戶及時了解設(shè)備的運(yùn)行負(fù)荷狀況。點(diǎn)擊畫面相應(yīng)按鈕或菜單項(xiàng)可以完成相應(yīng)功能的切換；可以查看實(shí)時趨勢曲線或歷史趨勢線；對所選曲線可以進(jìn)行平移、縮放、量程變換等操作，幫助用戶進(jìn)線趨勢分析和故障追憶，為分析整個系統(tǒng)的運(yùn)行狀況提供了直觀而方便的軟件支持。

2.7  遠(yuǎn)程報表查詢

    報表管理程序的主要功能是根據(jù)用戶的需要設(shè)計(jì)報表樣式，把系統(tǒng)中處理的數(shù)據(jù)經(jīng)過篩選、組合和統(tǒng)計(jì)生成用戶需要的報表數(shù)據(jù)。本程序還可以根據(jù)用戶的需要對報表文件采用定時保存、打印或者召喚保存、打印模式。同時本程序還向用戶提供了對生成的報表文件管理功能。

    報表具有自由設(shè)置查詢時間實(shí)現(xiàn)日、月、年的電能統(tǒng)計(jì)，數(shù)據(jù)導(dǎo)出和報表打印等功能。

3  案例分析

3.1  客戶要求

    日立建基的10KV變電所配電系統(tǒng)進(jìn)行用電監(jiān)測與電能管理；監(jiān)測范圍為10KV高壓配電柜內(nèi)的設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程實(shí)時監(jiān)控和電能管理。客戶提供的配電配電室電力監(jiān)測需求表：

3.2  針對本項(xiàng)目軟件實(shí)現(xiàn)功能客戶對報表的要求

    對各回路的電流、電壓、功率、功率因數(shù)、報表并支持查詢歷史據(jù)打印功能。要求能夠進(jìn)行產(chǎn)能統(tǒng)計(jì)即客戶輸入一定時間內(nèi)的產(chǎn)量系統(tǒng)通過自動計(jì)算生成每臺設(shè)備所消耗的電能。

    本項(xiàng)目中采用的多功能電表為P80-E4，其是針對電力系統(tǒng)、公共設(shè)施、智能大廈的電力監(jiān)控需求而設(shè)計(jì)的電能計(jì)量表，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、無功電度等多種電參量。該系列電能計(jì)量表主要應(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。

    遙信和遙測報警功能，主要完成對變電所的微機(jī)保護(hù)和多功能電表的開關(guān)運(yùn)行狀態(tài)和負(fù)載進(jìn)線監(jiān)控，對開關(guān)變位和負(fù)載越限具備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(fù)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,如圖（2）所示：

圖（2）歷史遙測報警信息查詢

    參數(shù)抄表功能，主要完成對變電所配電柜進(jìn)出線回路的電參數(shù)進(jìn)線查詢。支持任意時刻電參數(shù)查詢，具備數(shù)據(jù)導(dǎo)出和報表打印等功能。該報表查詢變電所配電柜進(jìn)出線回路的電參數(shù)，主要包括：三相電壓U、三相電流I、頻率Hz、功率P、功率因數(shù)COSφ、電度EPI、開關(guān)量狀態(tài)等。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，如圖（3）所示：

圖（3） 參數(shù)抄表

    用電量報表功能，可選擇時間段進(jìn)行查詢，支持任意時間段電度累計(jì)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，如圖（4）所示：

圖（4） 電能報表

    電能年、月、日報表功能，主要完成對低壓出線回路的電能進(jìn)線年、月、日統(tǒng)計(jì)，為值班人員提供了直觀、、可靠的年、月、日報表并且客戶能過通過輸入一定時間內(nèi)的產(chǎn)量系統(tǒng)能夠自動對產(chǎn)能進(jìn)行計(jì)算并且生成相應(yīng)的報表。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，具備數(shù)據(jù)導(dǎo)出和報表打印等功能，如圖（5）所示：

圖（5）

    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，如圖（6）所示：

圖（6）系統(tǒng)通訊結(jié)構(gòu)示意圖

    負(fù)荷趨勢曲線界面中可直觀的查看回路的負(fù)荷運(yùn)行情況。查看實(shí)時和歷史趨勢曲線，點(diǎn)擊畫面相應(yīng)按鈕或菜單項(xiàng)可以完成相應(yīng)功能的切換；幫助用戶進(jìn)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(yùn)行狀況提供了直觀而方便的軟件支持，如圖（7）所示：

圖（7）趨勢曲線圖

    越限報警設(shè)置界面中客戶可以根據(jù)現(xiàn)場的實(shí)際情況設(shè)置相應(yīng)的電流越限值。當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行過程中監(jiān)測到某一回路超過設(shè)定值時系統(tǒng)會自動進(jìn)行報警提醒值班人員盡快查找原因并且解決問題。為整個系統(tǒng)的安全運(yùn)行提供了直觀而方便的軟件支持，如圖（8）所示：

圖（8）越限報警設(shè)置界面

4  結(jié)束語

    隨著社會的發(fā)展及電力的廣泛應(yīng)用，電力監(jiān)控系統(tǒng)已成為全國各地工程項(xiàng)目、標(biāo)志性建筑/大型公共設(shè)施等大面積多變電所用戶的必然選擇，本文介紹的Acrel-2000電力監(jiān)控系統(tǒng)在合肥日立建基項(xiàng)目的應(yīng)用，可以實(shí)現(xiàn)對變電所配電柜回路用電的實(shí)時監(jiān)控和電能管理，不僅能顯示回路用電狀況，還具有網(wǎng)絡(luò)通訊功能，可以與串口服務(wù)器、計(jì)算機(jī)等組成電能管理系統(tǒng)。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對采集數(shù)據(jù)的分析、處理，實(shí)時顯示變電所內(nèi)各配電回路的運(yùn)行狀態(tài)，對模擬分合閘、負(fù)載越限具有彈出報警對話框及報警聲音提示，并生成各種電能報表、分析曲線、圖形等，便于電能的遠(yuǎn)程抄表以及分析、研究。該系統(tǒng)運(yùn)行安全、可靠、穩(wěn)定，為變電所用戶解決用電問題提供了真實(shí)可靠的依據(jù)，取得了較好的社會效益。［2］

參考文獻(xiàn)：

[1].任致程 周中. 電力電測數(shù)字儀表原理與應(yīng)用指南[M]. 北京. 中國電力出版社. 2007. 4

[2].周中等編著. 智能電網(wǎng)用戶端電力監(jiān)控與電能管理系統(tǒng)產(chǎn)品選型及解決方案[M]. 北京. 機(jī)械工業(yè)出版社. 2011.10