淺談基于組態(tài)監(jiān)控軟件的變電站電能管理系統(tǒng)

羅帥¹
1. 上海安科瑞電氣股份有限公司，上海 201801

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(jìn)行綜合利用，對保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行具有重大的意義。變電站自動化控制是一項(xiàng)提高變電站安全、可靠穩(wěn)定運(yùn)行水平，降低運(yùn)行維護(hù)成本，提高經(jīng)濟(jì)效益，向用戶提供高質(zhì)量電能服務(wù)的一項(xiàng)措施。本文就基于Acrel-3000電力監(jiān)控軟件和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)，簡單的介紹下組態(tài)軟件在變電站電能管理方面的應(yīng)用。該系統(tǒng)設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一套分散式采集和集中控制管理，實(shí)現(xiàn)了微機(jī)在配電室中無人管理的功能，省去了值班人員現(xiàn)場操作斷路器的煩瑣，提高了供電質(zhì)量和管理水平，具有簡明實(shí)用、投資少等優(yōu)點(diǎn)。
關(guān)鍵詞：電力監(jiān)控軟件   電力儀表  電能管理                              

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(shí)現(xiàn)分散供電，給整個系統(tǒng)的運(yùn)行管理帶來了很多的不便，計(jì)算機(jī)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(yùn)行中的各種問題可以通過微機(jī)解決。
　　智能化配電系統(tǒng)由開關(guān)配以具有通信功能的智能化元件經(jīng)數(shù)字通信與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)連接，實(shí)現(xiàn)對分散分布的低壓電纜分接箱內(nèi)開關(guān)設(shè)備運(yùn)行的自動化管理。系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集、數(shù)字通信、遠(yuǎn)程操作與程序控制及設(shè)備維護(hù)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，簡單介紹以下變電站的智能化管理。

1　 系統(tǒng)分析
　　上海羅涇礦石碼頭有限公司由上海港務(wù)（集團(tuán)）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(shí)?？?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(jìn)行裝船作業(yè)。在世界上實(shí)現(xiàn)供供碼頭和大型鋼鐵企業(yè)之間的工業(yè)物流配送新理念，進(jìn)行物流鏈于生產(chǎn)鏈的無縫隙銜接。
　　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(yuǎn)程自動抄表系統(tǒng)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)與實(shí)施。采用Acrel-3000型電力監(jiān)控系統(tǒng)， 本監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控范圍：上海羅涇礦石碼頭3.5萬總變、2#分變、2B分變、3#分變、4#分變安裝的100多個安科瑞提供的帶通訊電表。項(xiàng)目啟動前買方需提供配電系統(tǒng)一次系統(tǒng)圖、平面圖、二次系統(tǒng)圖等，以供賣方設(shè)計(jì)參考。賣方按照買方的實(shí)際需求和智能元器件的功能，完成系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，主要功能為：一次主接線圖界面顯示；電參量遙測及電參量越限報(bào)警；事件記錄，系統(tǒng)運(yùn)行異常監(jiān)測；故障報(bào)警及操作記錄；電能報(bào)表查詢與打??；系統(tǒng)負(fù)荷、諧波的實(shí)時(shí)、歷史曲線，用戶權(quán)限管理等主要功能，實(shí)際細(xì)化功能賣方可以根據(jù)買方的使用習(xí)慣和需求做可行性修改。
　　整個系統(tǒng)采用網(wǎng)絡(luò)分布式結(jié)構(gòu)，監(jiān)控主機(jī)位于辦公大樓八樓的計(jì)算機(jī)房內(nèi)，四個變電站分別立在碼頭的四個位置，各個變電站均含有10KV、700V、400V供配電系統(tǒng)，變電所配電柜內(nèi)安裝有本公司的ACR330ELFHK、ACR230ELFHK、ACR220ELFHK儀表共計(jì)100多個回路。系統(tǒng)采用開放的通訊協(xié)議，通過現(xiàn)場總線與高低壓配電系統(tǒng)等相連，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊功能。

2　 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)   
　　本系統(tǒng)采用分層分布式計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)即間隔層、通訊層和站控層如下圖所示：

　　隔層主要的設(shè)備為：多功能網(wǎng)絡(luò)電力儀表、開關(guān)量、模擬量采集模塊和智能斷路器等。這些裝置分別對應(yīng)相應(yīng)的一次設(shè)備安裝在電氣柜內(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。
　　中間層主要為：通訊服務(wù)器，其主要功能為把分散在現(xiàn)場采集裝置集中采集，同時(shí)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(bào)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，同時(shí)用戶可以通過系統(tǒng)軟件發(fā)送指令至現(xiàn)場設(shè)備，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)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，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(shí)刻只能發(fā)送或接收數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)zui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(qiáng)，總線上允許連接多達(dá)32個設(shè)備，zui大傳輸距離為1.2km。

3　 系統(tǒng)的主要功能
3.1  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(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)的本地實(shí)時(shí)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(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(shí)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(shí)把采集到的數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫供用戶查詢。
3.2  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(shí)運(yùn)行參數(shù)，畫面定時(shí)輪巡切換；畫面實(shí)時(shí)動態(tài)刷新；模擬量顯示；開關(guān)量顯示；連續(xù)記錄顯示等。

3.3  故障報(bào)警及事故追憶
　　在配電系統(tǒng)發(fā)生運(yùn)行故障時(shí)，會及時(shí)發(fā)出聲光報(bào)警提示用戶及時(shí)響應(yīng)故障回路，同時(shí)自動記錄事件發(fā)生的時(shí)間地點(diǎn)，以被用戶查詢，追憶故障原因。

3.4  數(shù)據(jù)庫建立與查詢
　　主要完成遙測量和遙信量定時(shí)采集，并且建立數(shù)據(jù)庫，定期生成報(bào)表，以供用戶查詢打印。
3.5  電能成本管理
　　自動進(jìn)行日、月、年的電能統(tǒng)計(jì)，可以進(jìn)行尖、峰、平、谷時(shí)段設(shè)定，實(shí)現(xiàn)具有電能分時(shí)計(jì)費(fèi)功能，同時(shí)生成日、月、年報(bào)表，電能棒圖、餅圖、電能曲線圖等。

3.6  用戶權(quán)限管理
　　可根據(jù)買方要求添加和刪除軟件的用戶數(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(shí)現(xiàn)配電系統(tǒng)的安全，可靠運(yùn)行。
3.7  運(yùn)行負(fù)荷曲線
　　定時(shí)采集進(jìn)線及重要回路電流負(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(shí)了解設(shè)備的運(yùn)行負(fù)荷狀況、實(shí)時(shí)顯示重要回路的諧波數(shù)據(jù)（2—31次諧波），以及查詢歷史諧波數(shù)據(jù)等。

3.8  系統(tǒng)特點(diǎn)
　　通訊線接點(diǎn)少，畫面顯示直觀，數(shù)據(jù)刷新快，及時(shí)反應(yīng)現(xiàn)場設(shè)備的運(yùn)行狀況，同時(shí)系統(tǒng)操作簡單，方便用戶使用，各種功能可根據(jù)用戶的需求靈活變化，系統(tǒng)的設(shè)計(jì)快捷方便，修改軟件也不繁瑣。

4　 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。變電站自動化是一個系統(tǒng)工程，要實(shí)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(yuǎn)的一段時(shí)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(xiàn)
[1] 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
[2] 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
[3] 王振生 解析《變配電所計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)
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