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变配电监控系统在上海华山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
上海华山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
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。
参考文献：
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
国家机关办公建筑中的能耗分析管理系统 安科瑞鲍静君
【摘要】：本文主要介绍了广东某司法局节约型建筑节能监管平台的建设，着重阐述了Acrel-5000建筑能耗分析管理系统软件，及其实现分散式采集和集中控制管理的智能化节能监控体系。
【关键词】：机关大楼；智能电测表；建筑能耗分析
一、前言
我国目前是世界上二位能源生产国和消费国。能源供应的持续增长，为经济社会发展提供了重要的支撑；同时，能源消费的快速增长，为世界能源市场创造了广阔的发展空间。中国已经成为世界能源市场不可或缺的重要组成部分，中国的发展对维护全球能源安全，正发挥着越来越重要的积极作用。
在我国，建筑能耗约占总能耗的27%以上，而且还在以每年1个百分点的速度增加。据住房和城乡建设部统计数字显示，我国每年城乡建设新建房屋建筑面积近20亿平方米，其中80%以上为高能耗建筑；既有建筑近400亿平方米，95%以上是高能耗建筑。建筑能耗占全国总能耗的比例逐年快速上升，为应对上述情况，我国新建建筑已经基本实现按节能标准设计，这个比例已高达95.7%，但是，施工阶段执行节能设计标准的比例仅为53.8%。
据统计，我国国家机关办公建筑和大型公共建筑总面积不足城镇建筑总面积的4%，但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。
由此看来，节能减排是我国当前及将来发展中所必须面临并亟待解决的重大问题。实际上，十一五规划已经为减少能源浪费和降低废气排放制定了具体的目标，**印发的发展改革委会同有关部门制定的《节能减排综合性工作方案》，明确了中国实现节能减排的目标任务和总体要求。
为了我国长远可持续的发展，为了我国能源的安全，也为了把我国建设成一个和谐、现代化的文明社会，节能减排是必须完成的既定目标。为达到上述目标，作为占总能耗1/4还多的建筑物，迫切需要建立一套完整的能耗监测系统，特别必须建立一套国家机关办公建筑和大型公共建筑能耗监测系统，这是节能减排的必要措施。
二、系统设计依据及技术规范
建筑能耗监测系统是在住房和城乡建设部制定的《国家机关办公建筑和大型公共建筑能耗监测系统》技术规范的出台后完成设计和开发的。因此，设计依据充分、技术标准正确，并且为节能减排提供了预留接口。
本系统设计依据的技术规范包括：
1、住房和城乡建设部技术要求
《国家机关办公建筑和大型公共建筑能耗监测系统分项能耗数据采集技术导则》
《国家机关办公建筑和大型公共建筑能耗监测系统分项能耗数据传输技术导则》
《国家机关办公建筑和大型公共建筑能耗监测系统楼宇分项计量设计安装技术导则》
《国家机关办公建筑和大型公共建筑能耗监测系统数据中心建设与维护技术导则》
《国家机关办公建筑和大型公共建筑能耗监测系统建设、验收与运行管理规范》
《国家机关办公建筑和大型公共建筑能耗监测系统软件开发指导说明书》
2、国家及行业相关标准
GB50052-2009 供配电系统设计规范
DL/T 698 电能信息采集与管理系统
MODBUS_RTU 多功能电表通信规约
CJ/T 188-2004 户用计量仪表数据传输技术条件
GB/T 19582-2008 基于Modbus协议的工业自动化网络规范
GB 9254-1998 信息技术设备的无线电骚扰限值和测量方法
GB/T 17168-1998 信息技术设备抗扰度限值和测量方法
GB/T 17626-1998 电磁兼容试验和测量技术
三、建筑能耗分析管理系统应用实例
广东某市级司法中心，总占地面积85亩，总建筑面积9.2万平方米，工程建设投资4亿元，建成后的机关大楼，供区法院、检察院、**、政法委在内的政法系统单位办公使用。
该项目有1#（**）、2#（法院、检察院）两个变配电室，室内的配电柜中安装了安科瑞332块PZ系列可编程智能电测表。为了能够实现电力参数实时遥测、电能计量、电能报表等功能，系统采用了Acrel-5000能耗监测管理系统，做到集中管理、集中控制，解决了值班人员现场抄表的烦琐，及以往定期手工抄表带来的低效率和数据可靠性不高的问题。并且预留了扩展接口，可方便进行水、气以及其他能源消耗监测的扩展接入，具有投资少、简明实用、便于智能管理等优点。
四、系统结构
司法中心的值班室位于1#**负一层变配电室旁，配置一台工业网络交换机；2#变配电室现场采用13根总线，使用一台16口的串口服务器，通过光纤连接至1#值班室内的交换机上；1#变配电室现场采用13根总线，使用一台16口的串口服务器，连接至值班室内的交换机；再通过大楼的局域网把数据传输到后台系统。
Acrel-5000能耗监测管理系统拓扑结构如图1。
图1 系统拓扑结构图
Acrel-5000能耗监测管理系统采用了分布式结构，按功能或区域进行划分，模块化设计。整个系统分为三层，即现场层、中间层、主控层。
现场层主要任务是将现场的各种配电系统的运行参数进行采集和测量，并将采集和测量的各种数据传输给监控系统。项目中主要使用了安科瑞PZ系列可编程智能电测表共计300余台，实现了现场300余点位的监控及管理。以上设备均相互独立完成各自的功能，不依赖主控计算机运行，具备RS-485 通信接口，通过现场的RS-485总线将检测到的各项电参数和状态信号实时传输到中间层的数据处理单元—通讯服务器。
中间层位于现场层与主控层之间，采用高性能、嵌入式通讯服务器。通讯服务器负责把现场层仪表采集的数据经过网络通信联接、数据交换上传到主控层，是主控层与现场层的桥梁。
主控层位于1#**变配电室旁的值班室，配置高性能、高可靠性工业级计算机、UPS不间断电源、打印机等。Acrel-5000能耗监测管理系统安装在主控计算机上，通过软件的人机界面和各种控制功能实现对整个大楼电力系统的能耗监控及分析管理。
五、设备参数列表
六、系统功能介绍
现场低压配电系统主要有8台10/0.4 kV配电变压器和2台应急发电机，本系统主要负责对低压进线及相应配出回路的实时动态监测。
进线回路采用PZxx-E4/KC，它能测量三相电压、三相电流、有功功率、无功功率、功率因数、频率、有功电能、无功电能等多种电参量，并带有4路光电隔离开关量输入接点和2路继电器控制输出接点,带RS485通讯接口。
配出回路采用PZxx-AI3/KC，它能测量三相电流，带有4路光电隔离开关量输入接点和2路继电器控制输出接点，带RS485通讯接口。
进入系统后通过遥测我们可以查看各回路的三相线电压、电流、功率、电能等电参量。遥信功能则实现了显示现场设备的运行状态，主要包括：开关的分、合闸运行状态和通讯故障报警，断路器变位时会发出报警信号。如下图2，高压配电系统主要监测了高压回路的运行状态，红色代表合闸，绿色代表分闸；并在画面上动态显示三相电流、线电压。
图2 1#（**）高压配电系统图
图3的低压配电系统主要监测了运行设备的电参量，其中包括：进线三相电流，功率，功率，电能，频率等电参量及配出回路的三相电流。
图3 T1变压器低压配电系统图
系统通讯状态图，可实时查看系统各设备通讯运行情况，见图4。
图4 1#（**）配电室通讯状态
远程抄表功能，完成对各主要回路的实时远程集抄功能。并根据时间段可以查询各回路的能耗情况，定期打印电能报表，见图5。
图5 电能报表
趋势曲线，可直观的查看回路的负荷运行情况，并进行不同时间段之间的能耗曲线比较，见图6。
图6 趋势曲线
能耗管理系统实施效果——机关办公大楼内的能耗分析管理系统经过近一年的运行,已积累了一定量的能耗数据，管理人员已可以使用此系统对楼内各分项系统、各个供电回路进行实时监测,多次及时地纠正了个别办公室在非工作时间忘记关灯、空调及办公设备的行为。通过对历史能耗数据的统计分析,已掌握了电耗在各大楼内分项系统中的分布情况以及各部门的能耗情况。Acrel-5000能耗监测管理系统为国家机关办公建筑的节能管理工作提供了客观的量化依据。
节能减排是我国当前及将来发展中所必须面临并亟待解决的重大问题。此司法中心项目上的成功应用，证明了Acrel-5000能耗监测管理系统为国家机关办公建筑的实时数据采集及远程管理与控制提供了基础平台，实现建筑分项能耗的自动采集，自动汇总及分析，该系统能够得到大型建筑实时能耗，并为降低其建筑能耗和提高建筑能效，提供了决策依据和参考；为进一步推进能耗统计，能源审计，能效测评等工作提供了关键数据。
参考文献：
[1]《电力电测数字仪表原理与应用指南》， 任致程、周中，中国电力出版社
[2]安科瑞电气股份有限公司产品手册.2013.01.版
[3] [2008]114号文《关于印发国家机关办公建筑和大型公共建筑能耗监测系统建设相关技术导则的通知》
