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智能配电柜中电力监控系统的设计及应用 安科瑞鲍静君
摘要：本文介绍基于人机界面和智能电测仪表、电机保护器而设计实现的智能配电柜进线、馈线、出线各回路分散式采集和集中控制管理的电力监控系统，系统实现了人机界面在智能配电柜中无人管理的功能，省去了值班人员现场操作的繁复性，减少人工操作的误差性，提高了供电质量和管理水平，具有简明实用、投资少等优点，具有广泛的应用前景。
关键词：人机界面；智能仪表；电力监控；智能配电柜
0 引言
智能配电柜是一种综合采集所有能源数据的配电柜，为终端能源监测系统提供高精度测量数据，通过显示单元，实时反映电力参数及电能质量数据，并通过数字通讯至后台控制系统，以达到对整个配电系统的实时监控和运行质量的有效管理，而电力监控系统作为当今配电产业智能化的发展趋势，是配电自动化控制非常重要的组成部分，主要功能包括：数据采集和显示、数据记录、导出、现场设备运行状况实时显示、记录等。
本文以某电器公司智能配电柜电力监控管理系统为例，提出利用触摸屏和智能仪表、电动机保护器及断路器模块等设计一套智能智能电力监控管理系统[1]应用于配电柜进线、馈线、出线回路中，对配电柜各个回路用电设备运行参数及运行状况实现实时监测、管理。
1 项目介绍
电力监控系统能够通过使用电力仪表来监测各回路设备的用电情况，通过集中采集显示终端来实时显示、存储，并能够导出一个工作周期的数据，便于进行系统和电力数据分析，能够为配电柜提供分析设备运行状况及用电情况的依据，本智能配电柜电力监控系统项目基于用户对现场配电柜进线、馈线、出线回路设备及用电情况监控的需求，采用昆仑通态触摸屏TPC1062K与安科瑞智能仪表PZ72L-E4/KC、PZ80L-E4/KC及电动机保护器ARD2F-100A/CKQ，实现对智能配电柜的进线、馈线、出线回路用电设备运行过程中三相电压、电流、有功功率、无功功率、视在功率、电能数据的实时监测显示、数据存盘、导出功能，实时显示回路的通断状态，并对电机设备的过载、不平衡、欠载、接地等故障进行故障报警与记录，既能保证智能配电柜的正常运行，又能对配电柜的进线、馈线、出线回路实时监控管理。
2 用户需求
通过对配电柜进行监测管理，了解设备的运行状况及用电情况，对所设计的电力监控系统提出以下需求：
实时显示:
进线柜：通过触摸屏实时采集进线柜回路智能仪表PZ80L-E4/KC电压、电流、功率及电能等数据，直观的显示出总电源进线柜的负荷用电情况；
馈线柜：主要采集馈线柜回路电压、电流、功率及电能参数，便于用户实时了解外部所需电源的用电状况；
出线柜：通过PZ72L-E4/KC交流仪表采集出线柜单个回路的交流电流、电压、功率等参数，并利用电动机保护器ARD2F对出线回路电机进行数据监测和保护；
曲线分析:实时显示各个电气柜的电流（或功率）实时曲线趋势图；
事件报警:实现进线柜、馈线柜、出线柜电压、电流、功率、频率、功率因数等参数的越限报警；
电能管理:完成对回路各仪表的电力参数集抄功能，可查询历史时刻各回路的有功功率值、无功功率值、用电量（KWH）、功率因素、每相电流及电压值，报表存储时间*短为1S，并自动生成符合客户管理需求的用电报表，报表能够在触摸屏上实现电能实时查询；
数据导出:实现各仪表电力参数按照客户要求的时间进行自动、手动导出，导成Excel形式到U盘，供客户对电能统计、打印。
3 设计方案
3.1参考标准
GB/T3797-2008 《电气控制设备》
GB/T11022-1999 《高压开关设备和控制设备标准的共用技术要求》
20077566-Q-604 《工业自动化产品安全要求1部分:总则》
20077556-Q-604 《工业自动化产品安全要求10部分:记录仪表的安全要求》
GB/T 16656.46-2010 《工业自动化系统与集成及产品数据表达与交换》
DL/T 814-2002 《配电自动化系统功能规范》
DL/T634-2002 《远动设备和系统传输规约基本远动任务配套标准》
DL/T 814-2002 《配电自动化系统功能规范》
DL/T645-1997 《多功能电能表通信规约》
3.2系统介绍
整个系统设备主要包括人机界面、智能仪表PZ72L-E4/KC、PZ80L-E4/KC、电动机保护器ARD2F-100A/CKQ及开关电源，通过屏蔽双绞线将配电柜进线回路、馈线回路、出线回路各个仪表连接至集中采集显示终端，对现场数据的采集、实时显示、参数存盘、故障记录，实现智能型配电柜系统的电力监测管理，系统总体架构如下图1所示。
图1 系统总体结构图
3.3 设备选型
4 系统功能
上位机采用触摸屏TPC1062K，通过触摸屏[2]与现场设备连接，并在触摸屏中进行数据库变量配置、界面设计等，完成在上位机中监控现场智能仪表PZ72L-E4/KC、PZ80L-E4/KC、ARD2F电动机保护器、断路器等配电设备用电情况及运行状况的功能。
4.1 系统图显示
在触摸屏实时显示智能配电柜各个回路用电设备运行状况，便于用于实时了解现场设备状况，对于出现的故障及时处理，并在触摸屏上实现设备的分合闸控制，实现远程遥控操作，系统图显示界面如下图2所示。
图2 系统图显示界面
4.2 数据采集显示
触摸屏采集智能配电柜进线回路PZ80L-E4/KC智能电测表、馈线回路的PZ72L-E4/KC智能仪表、出线回路的电动机保护器ARD2F-100A/CKQ及PZ72L-E4/KC交流电测仪表、三相电压、三相电流、频率、功率因数、有功功率、无功功率、视在功率、电能等参数，并在人机界面实时准确显示，方便用户及时了解系统各个设备运行参数以及进行能耗监测管理，具体数据如图3至图5所示。
图3 进线回路数据显示界面
图4 馈线回路数据显示界面
图5 出线回路数据显示界面
4.3 曲线显示
电力监控系统将智能配电柜进线回路PZ80L-E4/KC智能仪表、馈线回路PZ72L-E4/KC电测表、出线回路低压电机保护器ARD2F及PZ72L-E4/KC智能电测表[3]的三相电流传给人机界面用曲线的形式表现，为用户提供实时曲线，帮助用户了解设备的用电状况，便于用户实时了解用电设备，具体曲线界面如图6至图8所示。
图6 进线柜曲线显示界面
图7 馈线柜曲线显示界面
图8 出线柜曲线显示界面
4.4 数据存盘
系统采集配电柜进线回路、馈线回路及出线回路各个仪表数据并按照时间段进行历史数据查询，选择时间间隔对系统采集的历史数据精确查询，同时对出线回路电动机运行过程中出现的故障进行实时存盘，查询结果在触摸屏存盘数据浏览构建中显示，便于用户对设备运行参数及运行状况实时了解，同时能实现对数据的导出，便于用于了解各个设备历史运行状况，存盘数据界面如下图9、图10所示。
图9 电参数存盘界面
图10 电能存盘界面
4.5 故障记录
通过触摸屏的遥测对智能配电柜进线回路、馈线回路、出线回路各个设备的电压、电流、功率、频率、功率因数等参数越限及通讯故障实现报警功能，并进行实时记录，便于用户了解现场设备运行参数超过设定值的状况及设备运行状况，事件报警记录界面如下图11所示。
图11 事件报警记录界面
5 系统特点
完善的数据采集功能，实现对智能配电柜的全部用电设备数据采集、显示和设备的运行状况分析，配电柜的数据采集由通讯模块实现，数据由通讯采集传送至后台监控。
安全运行监视，操作人员借助触摸屏系统人机界面，监视智能配电柜的进线、馈线、出线回路的设备运行状态，并实时显示，便于设备在运行状态发生变更时及时进行分析和处理。
系统运行可靠，提供智能配电柜进线、馈线、出线回路主要设备的运行状态报警记录显示，便于操作人员对于故障报警和事故状态进行应急处理。
实现远程遥控，在触摸屏上进线分合闸控制，减轻现场运行人员的劳动强度，提高安全运行水平[4]。
6 结束语
智能配电柜作为精密配电柜，除了配电管理外，还具有运行管理与安全管理的功能，能够的监测系统的各项运行参数，有效的提高了整个配电系统的可靠性，智能配电柜中电力监控系统的设计应用，在智能配电柜配置网络电力仪表，可以方便和实时地监控配电柜各个回路设备的用电状况及运行状态，对现场的用电设备进行统一管理，免去工作人员到现场记录、操作的繁琐工作，减少人员工作量，同时，智能配电柜中电力监控系统对各种用电设备的历史运行数据进行管理分析，整个系统既保证了现场设备的安全运行，具有较高的系统可靠性，又提高了配电柜配电质量和管理水平，因此，电力监控系统在智能配电柜的应用，充分体现了智能化配电的优势，具有广泛的应用前景。
参考文献：
[1].周中等编着. 智能电网用户端电力监控与电能管理系统产品选型及解决方案[M]. 北京. 机械工业出版社. 2011.10
[2].昆仑通态触摸屏MCGS初级、中级教程. 2013.4
[3].刘美集. 配电柜的智能化电能监控系统[J]. 电气自动化技术, 2007(3):102~105.
[4].彭良超, 刘洁芳等. 配电柜智能化监控系统[J]. 电子产品技术, 2010(8):183~185.
高校建筑能耗监测系统的应用 安科瑞鲍静君
1、概述
我国大型公共建筑年耗电量约占全国城镇总耗电量的22%，每平方米年耗电量是普通居民住宅的10～20倍，是欧洲、日本等发达国家同类建筑的1.5~2倍。
对于大型公共建筑而言，能源消耗情况非常复杂，只有实现建筑内各耗能环节分项计量，才可能真正把实际各类系统的能耗状况和合理的用能配额相比较，确定差异的形成，明确进一步的节能潜力。
2、校园建筑能源管理系统的可行性分析
高等院校作为大型公共建筑中的一部分，它集教学、科研和生活于一体， 占地面积大、建筑类型多、功能划分区较复杂，既是人口的高密度区，更是重要的能源消耗大户。
我国绝大多数高等院校人工管理电、水、气的消耗量。原始的人工抄表存在多种问题，如：数据不精确、实时性差、工作量大、管理难度大等。能耗管理部门也没有其他直接有效的手段，获取的实际能耗信息，也无法进一步提出节能方案，有效降低能耗。因此更无法对不同类别耗能进行有效正确的分析，因此制定针对性的能耗管理政策尤为关键。
建筑能耗分析管理系统不仅可以分析高耗能设备能耗产生的主要原因，还可以分析办公、生活能耗与气候、人数以及建筑结构之间的关系，即使用一个平台对不同建筑类型建筑的节能潜力进行研究，同时跟据数据分析结果选择正确的节能方法以达到节能的目的。
3、Acrel-5000能耗分析管理系统的优势
1）保证面积庞大的供配电系统安全可靠供电；
2）了解供电隐患，快速定位故障和排除故障；
3）实时准确统计学校各部门、院系和宿舍的用电量，做到独立核算；
4）提高了管理效率，减少人力成本。
4、Acrel-5000能耗分析管理系统在北京电气工程学校项目中的应用
4.1项目概况
北京电气工程学校一校五址，建筑面积21133平方米，校内建有行政楼、教学楼、实验楼、师生餐厅、宿舍楼、体育楼等楼群。变配电室是校园内的电力中枢采用电度表实现电度计量，其运行设备的情况依旧依靠人工巡查，远远不能满足安全运行的要求，当出现运行故障、设备老化等情况时，无法及时进行故障隔离使得停电范围不会扩大。对于实验室等重要用能部门的电能质量也没有监测和**。需要通过建立实时监控来保证用能系统的安全运行。同时北方院校的供热系统同样需要运行的安全监测，可增加智能控制，通过电动调节阀的开闭来控制热量，合理用能。
安科瑞电气股份有限公司承接北京电力工程学校能耗管理系统的设计、施工及调试。主要完成对现场能耗的集中采集及分析，通过对用户端所有能耗进行细分和统计，以直观的数据和报表向管理人员或决策层展示各类能源的使用消耗情况。
4.2 组网结构
系统采用分层分布式设计，由站控管理层、网络通讯层、现场设备层组成。可以实现远方的监视控制，也能够在上层故障时不影响本层和下一层的功能。
各个结构层的具体形式如下：
1）站控管理层
软件管理层针对配电系统的管理人员，是人机交互的直接窗口，也是整个系统的*上层部分，该层主要由系统软件和必要的硬件设备组成，包括监控主机、打印机、UPS电源。系统软件具有良好的人际交互界面，对采集的现场耗电、耗水、耗气等数据信息经过计算处理，并以图形、数显等方式反映现场的运行状况。
2）网络通讯层
该层是数据信息交换的桥梁，负责对现场设备回送的数据信息进行采集、分类和存储等工作的同时，转达上位机对现场设备的各种控制命令。
3）现场设备层
现场包括ACR多功能电力仪表、终端电能表计、水表、气表、集中供冷供热表，负责采集电力现场的各类数据和信息状态，发送给网络通讯层，同时也作为执行单元，执行网络通讯层发出的指令。
监测建筑数据展示应包括：
4.3 设备参数列表
4.4系统功能及软件界面
系统对电、水、气能耗实时采集、动态监测、能耗分析、成本核算、绩效考核和报表发布等功能，实现校园能源管理精细化，促进节能降耗。
4.4.1 能耗数据对比分析
概要显示当月、当年用能情况，并与往年同期用能进行对比，掌握用能趋势。实时动态监测企业当前用电功率。通过设置每日用能的计划值，实现用能的定额管理，并与实际用能进行对比，对可能出现的用能突增进行预警，全局掌握校园的用能情况。
4.4.2趋势曲线分析
通过用能趋势图，快速定位校园用能负荷高峰，并逐级定位高峰能耗的组成，为移峰填峰找到依据。
4.4.3 分类、分项统计能耗数据
将各类能源监测数据（水、电、气）接入到一套能耗监测系统中，改变原来多头管理的局面，清晰的掌握校园能耗的构成，避免能耗改造过程中降低某一类能耗的同时增加了其他类能耗的支出。
4.4.4 能耗数据综合分析
将校园能耗数据同建筑面积、校园人口、环境温度等参数进行综合比较，系统根据需要建立不同的能耗分析模型，科学、准确的判断一个校园能耗的高低，从而综合分析影响能耗的因数。
4.4.5能耗数据的实时监测
系统具备良好的开放性，可对用户需求进行功能扩展，在基本分析功能的基础上为用户定制个性化报表和分析模板；系统具有报警管理功能，负责报警及事件的传送、报警确认及报警记录功能以便告知用户或供用户查询；系统具备权限管理、系统日志及系统参数设置等功能。
5 结束
能源管理监控系统分别对校园中各个分散分布的区域配电所进行独立测量，能耗管理部门实时掌握高校各区域的水电数据及其能耗负荷的变化，从而及时做出可行性调整，制定相应的管理制度 ，为进一步节能改造提供准确的数据支撑，让系统真正运行起来起到节能的效果。
参考文献：
［1］ 上海安科瑞电气股份有限公司产品手册.2013.01.版
[2] 基于ACREL-5000的大型公共建筑能耗监测系统设计与应用[J.]