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变配电监控系统在上海某医院病房新建工程中的应用 安科瑞鲍静君
摘 要：介绍一种在10/0.4KV配电系统中，加装智能电力仪表和变配电监控系统，对于主要回路的电压、电流、频率、功率因数、有功电能等电参量和开关信号进行实时采集;经组网远传至后台，从而实现对低压配电系统的电力状态实时监控和能耗监测。
关键词：变配电监控系统;Acrel-3000 型;RS485通讯;能耗监测
0 概述
上海某医院病房楼是一幢医用建筑,建筑面积约为2万平方米。根据配电系统管理和能耗监测的要求，需要对楼内的高压进线、低压配出线和各楼层内配电箱进行电力监控，以保证用电的安全、。
Acrel-3000型低压智能配电系统，利用现代电子技术、计算机技术、网络技术和现场总线技术的*新发展，对变配电系统进行分散数据采集和集中监控管理。对配电系统的二次设备进行组网，通过计算机和通讯网络，将分散的现场设备连接为一个有机的整体，实现远程监控和集中管理。
1 配电监控系统构成
本系统采用分层分布式计算机网络结构即现场设备层、网络通讯层和站控管理层如图1所示。
图1 系统拓扑结构
现场设备主要的设备为：多功能网络电力仪表、开关量、模拟量采集模块和智能断路器等。这些装置分别对应相应的一次设备安装在电气柜内，这些装置均采用RS485通讯接口，通过现场MODBUS总线组网通讯，实现数据现场采集。
网络通讯层主要为：通讯服务器，其主要功能为把分散在现场采集装置集中采集，同时远传至站控层，完成现场层和站控层之间的数据交互。
站控管理层：设有高性能工业计算机、显示器、UPS电源、打印机、报警蜂鸣器等设备。监控系统安装在计算机上，集中采集显示现场设备运行状况，以人机交互的形式显示给用户，同时用户可以通过系统软件发送指令至现场设备，实现远程遥控功能。
以上网络仪表均采用RS485接口和MODBUS-RTU通讯协议，RS485采用屏蔽线传输，一般都采用二根连线，接线简单方便;通讯接口是半双工通信即通信的双方都可以接收、发送数据但是在同一时刻只能发送或接收数据，数据*高传输速率为10Mbps。RS-485接口是采用平衡驱动器和差分接收器的组合，抗噪声干扰能力增强，总线上允许连接多达32个设备，*大传输距离为1.2km。
2 监控系统的主要功能
电力监控计算机通过现场设备和通信系统提供的传输通道，完成对各回路电力参数的数据采集，信息经分析、处理，以报表等多种形式供值班员参考，使值班员能够便捷的掌握供电系统的运行状况，包括相关设备的运行状况。
2.1 运行信息与保护信息采集
系统采集来自智能测控单元装置送来的参数，所有信息低压主进、母联和出线的遥测信号。包括每个回路的电压、电流、有功功率 、无功功率、功率因数、频率、有功电能、无功电能和各种告警信息等。
2.2 人机操作界面
系统提供简单、易用、良好的用户使用界面。可按照配电所显示配电系统设备状态及相应实时运行参数。
系统软件提供功能齐全的图形编辑软件，用户可以根据实际情况和以往习惯自行定各种图元图形及设备在各种状态下的显示方式。
包括如下功能特征：
全图形方式编辑的图形画面具有多种显示特性，用户可以非常直观、方便地编辑、定位、查看有关信息和内容。
提供画面管理工具，可联想相关调用、重要画面快速调用、画面文件索引选择、事故自动调用画面。
提供多种数值显示手段，数值可用棒图显示、曲线显示，并可根据数值状态和系统状态由用户根据需要和习惯自行定义闪烁、变色及置上特殊符号以便区分包括遥测在内的各种数据的正常、越上限、越下限等情况。
屏幕显示：中文液晶显示，可选择图形颜色、闪烁、动画等手段充分表示工况图及操作画面、配电系统实用参数表格、各类操作票及报表、事故及故障报警显示、测控及保护单元运行工况显示等电力运行状况;画面显示响应时间1s。见图2。
图2 配电系统图
2.3 统计分析、报表、打印
时、日、月、年用电量统计;用户自定义报表格式和计算方法;所有报表的定时打印、召唤打印、和事件记录打印;数据库实时和历史记录保留2年以上;对各电气设备和系统运行参数进行汇总统计，并根据用户要求生成各类报表，包括：分时、日、月、季度和年度报表;见图3。
图3 电参量汇总表
各设备参数和*值统计报表;全系统运行统计报表等对于事件记录、报警和数据报表，可设置为定时和根据需要的召唤打印。
能源统计报表及打印，对能源消耗进行汇总统计，并根据用户要求生成各类报表，包括：分时、日、月、季度和年度报表;能耗统计报表，日、月、年的有功/无功电能的统计，并按用户常规格式输出电能报表，实现人工抄表到自动报表，可设置为定时和根据需要的召唤打印，见图4。
图4 电能报表
2.4 历史记录与趋势分析
系统收集各监测控制与管理装置的实时数据并存储在一个开放式数据库中予以保存，系统可保存长时段(多年)的历史记录。系统可以标准和设定文件格式随时调用和打印上述历史数据。
根据历史数据记录可进行各参数的年度、月度和日变化和实时数据趋势分析，进行分类和综合比较分析，为业务流程优化和设备设施使用优化提供依据，见图5。
图5 电流趋势曲线图
2.5 系统安全
本系统软件设置多达几百种密码分区和密级设置，为系统管理员、工程师、值长、一般值班操作人员等提供分级密码，并对所有操作自动进行带时标事件记录，可建立良好的反事故措施，见图6。
图6 用户权限管理
2.6 故障分析与设备维护管理
系统依据带时标的事件记录和波形记录可进行故障和事件的成因分析;另外，系统统计开关等设备的状态参数和累积寿命参数，可据此提出设备维护预告;见图7。
图7 事件记录
2.7 保护信息管理
管理保护定值和保护动作信息，提供有关查询。
2.8 其他功能
其它日常管理，如运行记录及交接班记录管理，设备运行状态、缺陷、维修记录管理、规章制度等。管理功能满足用户要求，适用、方便、资源共享。各种文档能存储、检索、编辑、显示、打印。
2.9 系统自诊断功能
本系统软件能在线诊断各软件和硬件的运行工况，当发现异常及故障时能及时显示和打印报警信息，并在运行工况图上用不同颜色区分显示。
由于本系统设备有冗余配置，当系统发生软、硬件故障时，能自动切换到备用系统设备上运行。3 结束语
随着社会的快速发展，用户对供配电自动化和智能化的要求越来越高，实现配电室的无人职守已经成为未来配电自动化发展的一个方向;ACREL-3000型变配电监控系统是解决供配电高质量运行的良好方案，运行表明，系统可靠、安全、稳定，并降低了设备运行成本，提高配电自动化质量。
文章来源于：《上海仪器仪表》2010年3期。
参考文献：
【1】任致程、周中编着 电力电测数字仪表原理与应用指南，中国电力出版社 2007.4
电力需求侧管理及智能电力监控一、行业用户用电特性分析 安科瑞鲍静君
服装制造业按国民生产行业分类可细分为：纺织服装制造业、纺织面料鞋的制造业、制帽业。
该行业一般都由10kV变电所和0.4kV供电，其用电负荷中等或较小；生产性质为三班制连续作业。服装制造业属于劳动密集型企业，每个车间为一条生产流水线，使用的设备数量多、功率小，负荷相对比较平稳。服装企业非生产用电除办公楼外，厂区内都建有宿舍和食堂，非生产用电约占总用电量的10%左右。
服装制造行业用户设备分类表
二、行业用户参与错峰限电能力分析
1. 该行业用户一般生产时间为7：30～21：00，在生产时间段负荷曲线相对稳定，在高温或严寒季节，该类企业的用电需求也有所变化，随着温度的变化，用电负荷将有显着上升，夏季高温期间将增加35%左右的空调负荷。服装制造行业的办公、生活用电约占总用电的10%左右，生产用电以车间为单位，每个车间的上下道工序相互衔接，错峰时只能以车间为单位进行限电。
2. 紧急错峰限电，可停用非生产性负荷和生产性负荷，可以快速响应错峰实施。该行业用电负荷中等偏小，紧急错峰限电效果较好。
3. 阶段性错峰，该行业用户可以通过有效组织部分生产车间停产让电的方式开展，阶段性错峰效果较好。
三、行业用户参与错峰限电技术方案
（一）缺口等级Ⅳ级参与方案
1. 阶段性错峰：
执行错峰指令，大型服装厂对办公用电、生活用电等部分非生产用电限电、部分车间停产，保证企业生产的连续性。中小型服装厂每周开六停一。
2. 紧急错峰：
接到错峰指令后快速停用办公用电（电脑、打印机、照明、空调、电梯）等非生产性负荷，然后根据指令释放负荷恢复正常生产。
（二）缺口等级Ⅲ级参与方案
1. 阶段性错峰：
执行错峰指令，大型服装厂对办公用电、生活用电等部分非生产用电限电、部分生产车间停产，保证企业生产的连续性。中小型服装厂每周开六停二。
2. 紧急错峰：
接到错峰指令后快速停用生产辅助设备和部分生产车间的孔压机、裁剪机、缝纫机、粘合机、断布机等生产负荷进行限电。然后根据指令释放负荷恢复正常生产。
（三）缺口等级Ⅱ级参与方案
1. 阶段性错峰：
执行错峰指令，大型服装厂对办公用电、生活用电等部分非生产用电限电、部分生产车间停产，保证企业生产的连续性。中小型服装厂每周开六停三。
2. 紧急错峰：
在执行Ⅲ级方案的基础上，继续停用部分生产车间进行限电，完成错峰指标。然后根据指令释放负荷恢复正常生产。
（四）缺口等级Ⅰ级参与方案
1. 阶段性错峰：
执行错峰指令，企业停产，非生产用电只留门卫、消防、职工生活等必须用电。
2. 紧急错峰：
在执行Ⅱ级方案的基础上，继续停用部分生产车间进行限电，直至企业停产，非生产用电只留门卫、消防、职工生活等必须用电以完成错峰指标。然后根据指令释放负荷恢复正常生产。
四、行业用户参与错峰限电风险及注意事项
1. 服装制造业属于劳动密集型企业，一般每个车间的工人数大都超过一百人，大型服装企业每个车间工人数一般超过五百人。由于服装企业的生产车间均为全封闭，因此夏季空调负荷很大，在需要限电时企业为保证产品质量和工人不停工，优先考虑停用生产设备，保留空调用电和照明用电。
2. 服装制造行业的企业接到订单后，给予的生产时间都很短，需集中力量生产，如企业参与错峰限电后，影响订单的完成情况，造成不能按合同及时交货，特别是以外贸订单为主的企业，将面临很大的考验。
3. 服装企业都是劳动密集型企业，工人薪资都是按基本工资加计件提成的模式确定，如企业参与错峰限电后，有部分工人被迫停工，影响其工资收入，*终导致工人流失，给原本就招工难的服装行业雪上加霜。
因此，该行业用户参与错峰时，企业应根据自身的实际情况，科学、合理地编制内部应急预案，主动配合错峰实施，杜绝恶性事故发生，主动承担社会责任同时将损失降到*低。
五、智能电力监控的功能与应用
5.1项目概况
苏州某纺织制造厂变配电系统主要由工厂一楼高压电机出线和三楼配电室进行变配电管理，共计一个高压出线回路，32个低压出线回路，高压出线回路，工厂三楼配电室提供整个常熟涤纶的生产所需电力。监控值班室设置在工厂的二楼监控室。
5.2系统结构
Acrel-3000电能管理系统以监控主机、通讯设备、测控单元为基本工具，为大型公共建筑的实时数据采集、开关状态监测及远程管理与控制提供了基础平台，它可以和检测、控制设备构成任意复杂的监控系统。该系统主要采用分层分布式计算机网络结构，如图下图所示：站控管理层、网络通讯层和现场设备层。
1）站控管理层
站控管理层针对电能管理系统的管理人员，是人机交互的直接窗口，也是系统的*上层部分。主要由系统软件和必要的硬件设备，如工业级计算机、打印机、UPS电源等组成。监测系统软件具有良好的人机交互界面，对采集的现场各类数据信息计算、分析与处理，并以图形、数显、声音等方式反映现场的运行状况。
监控主机：用于数据采集、处理和数据转发。为系统内或外部提供数据接口，进行系统管理、维护和分析工作。
打印机：系统召唤打印或自动打印图形、报表等。
UPS：保证计算机监测系统的正常供电，在整个系统发生供电问题时，保证站控管理层设备的正常运行，提供足够的时间进行数据存储。
2）网络通讯层
通讯层设备为CP134U-I扩展卡。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、分类和传送等工作的同时，转达上位机对现场设备的各种控制命令。
通讯介质：系统主要采用屏蔽双绞线，以RS485接口，MODBUS通讯协议实现现场设备与上位机的实时通讯。
3）现场设备层
现场设备层是数据采集终端，主要由智能仪表组成，采用具有高可靠性、带有现场总线连接的分布式I/O控制器构成数据采集终端，向数据中心上传采集的数据。测量仪表担负着*基层的数据采集任务，其监测的数据必须完整、准确并实时传送至监控主机。
5.3系统功能
上位机软件为Acrel-3000电能管理系统组态软件，该软件是对现场电参量数据进行采集与监测的专用软件，*大的特点是能以灵活多样的“组态形式”而不是编程方式来进行系统集成，它提供了良好的用户开发界面和简捷的工程实现方法，只要将其预设置的各种软件模块进行简单的“组态”，便可以非常容易地实现和完成对现场数据的采集与监测功能。Acrel-3000电能管理系统具有友好的人机交互界面，可实时和定时采集现场设备各电参量及开关量状态，并将采集到的数据上传给监控主机进行实时显示与存储。系统还提供了实时曲线和历史趋势曲线分析，符合用户设计需要的报表、事件记录和故障报警等功能。整个系统可以实现所有回路用电量的采集和统计，实现了远程自动抄表、电力监控与电能管理功能。
①数据采集和显示
现场仪表测量并采集回路数据信息，上位机软件再对现场仪表的数据进行定时或周期采集并存储，可以自由设置采集的时间周期，*小的系统支持的采集周期。可以随时查看任一表计的瞬时表值、累计量等信息，记录时间间隔内电力仪表的电压、电流、功率因数和有功电度等。这些参数信息可以自动保存到数据库中，便于查询。
系统具有友好的人机界面，便于普通的现场值班人员查看并记录相关信息，系统一次图不仅显示了线路的开关状态，还实时显示电压、电力、有功电度等重要的电力参数。所有数据信息都定期的保存到数据库中。
②远程抄表
系统对所有采集到的数据都能实时的显示，并保存到数据库中，因此可以手动查询每个回路的所有实时及历史电参量数据，并以表格的形式展现给用户，便于打印、保存。
③电能报表与棒图
系统采集的有功电度数据，按照回路名称的不同，自动生成日报表、月报表和年报表并有报表打印功能，并可对某一回路的某一时间段内的用电量进行查询与打印，同时这些报表也能以Excel的格式导出。
系统还可以根据生成的电能报表，对每一回路的用电量根据时间不同形成年用电棒图、月用电棒图以及每日的用电棒图，便于查看。
④电流、功率趋势曲线
对于所有回路，不仅可以对电流、功率进行实时显示与监测，并可以根据保存的历史数据做成趋势曲线，可以查看实时和历史变化趋势，预测电力负荷容量，并可对电力故障进行查询，保证电力负荷的安全运行。
⑤事件记录与报警
主要用于查看历史报警信息；帮助用户进行事故查询与追忆；支持历史查询，打印等功能。实时报警信息会即时弹出，提醒用户所进行的操作。并对所有操作具有自动事件记录功能。
六、主要监控产品
（1）高压回路或低压进线回路选ACR330ELH仪表
该表为电能质量分析仪表，主要功能有：LCD显示、全电参量测量（U、I、P、Q、PF、F、S）；四象限电能计量、复费率电能统计；THDu，THDi、2-31次各次谐波分量；电压波峰系数、电话波形因子、电流K系数、电压与电流不平衡度计算；电网电压电流正、负、零序分量（含负序电流）测量；4DI+3DO（DO3做过压、欠压、过流、不平衡报警）；RS485通讯接口、Modbus协议或DL/T645规约。外形尺寸：120×120mm，开孔尺寸：108×108mm。适用于高压重要回路或低压进线柜。
（2）低压联络或出线回路选ACR220EL电力仪表
该表主要功能有：LCD显示、全电参量测量（U、I、P、Q、PF、F）；四象限电能计量、复费率电能统计、*大需量统计；4DI+2DO；RS485通讯接口、Modbus协议。外形尺寸：96×96mm，开孔尺寸：88×88mm。适用于低压联络柜、出线柜。
（3）低压出线柜选ARD系列
该表测量三相电流、定值查询、定值整定、过载、断相（不平衡）、堵转、欠载、外部故障、阻塞、欠压等保护功能、8DI+4DO、电能管理、漏电保护、SOE记录、多种起动模式、RS485通讯接口、MODbus协议/Profibus-DP协议可选。
（4）节能产品可选导轨表或APF有源滤波装置
照明箱DDSF1352电表主要功能：电流规格1.5(6)A、5(20)A、10(40)A、20(80)A可选、复费率电能统计、电能脉冲输出、RS485通讯接口、Modbus协议或DL/T 645规约可选。外形尺寸：76×89×74mm，4模数。适用于照明箱的电流、电压测量；单相电能计量。
ARD
DTSF1352导轨式电表主要功能：电流规格1.5(6)A、5(20)A、10(40)A、20(80)A可选、复费率电能统计、电能脉冲输出、RS485通讯接口、Modbus协议或DL/T 645规约可选。外形尺寸：126×89×74mm，7模数。适用于照明箱的三相电能计量。
DTSD1352导轨式电表主要功能：LCD显示、全电参量测量（U、I、P、Q、PF、F、S）；四象限电能计量、复费率电能统计、*大需量统计；电流规格1.5(6)A、5(20)A、10(40)A、20(80)A可选、RS485通讯接口、Modbus协议或DL/T 645规约可选。外形尺寸：126×89×74mm，7模数。适用于动力柜。
ANAPF系列有源电力滤波装置，以并联方式接入电网，通过实时检测负载的谐波和无功分量，采用PWM变流技术，从变流器中产生一个和当前谐波分量和无功分量对应的反向分量并实时注入电力系统，从而实现谐波治理和无功补偿。
七、设备清单
参考文献：
[1]安科瑞电气股份有限公司系统解决方案.2013.1版.
[2]服装制造行业错峰限电技术指导．技术在服装制造行业错峰限电中的应用 安科瑞鲍静君
