淺談基于組態監控軟件的變電站電能管理系統

羅帥¹
1. 上海安科瑞電氣股份有限公司，上海 201801

摘    要：電網是一個不可分割的整體，對整個電網的一、二次設備信息進行綜合利用，對保證電網安全穩定運行具有重大的意義。變電站自動化控制是一項提高變電站安全、可靠穩定運行水平，降低運行維護成本，提高經濟效益，向用戶提供高質量電能服務的一項措施。本文就基于Acrel-3000電力監控軟件和ACR220ELK、ACR230EFLK、ACR330EFLK網絡電力儀表的上海羅涇礦石碼頭的電能管理系統，簡單的介紹下組態軟件在變電站電能管理方面的應用。該系統設計并實現了一套分散式采集和集中控制管理，實現了微機在配電室中無人管理的功能，省去了值班人員現場操作斷路器的煩瑣，提高了供電質量和管理水平，具有簡明實用、投資少等優點。
關鍵詞：電力監控軟件   電力儀表  電能管理                              

0　 概述
　　當前，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現分散供電，給整個系統的運行管理帶來了很多的不便，計算機技術和網絡通信技術日趨成熟，配電系統測量、控制等功能的智能化、網絡化已是發展的必然趨勢，配電系統運行中的各種問題可以通過微機解決。
　　智能化配電系統由開關配以具有通信功能的智能化元件經數字通信與計算機系統網絡連接，實現對分散分布的低壓電纜分接箱內開關設備運行的自動化管理。系統可實現數據的實時采集、數字通信、遠程操作與程序控制及設備維護信息管理等功能。
　　本文以上海羅涇礦石碼頭電能管理系統為例子，簡單介紹以下變電站的智能化管理。

1　 系統分析
　　上海羅涇礦石碼頭有限公司由上海港務（集團）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、共同經營的方式合資組建。公司于2007年11月1日正式成立，港區位于寶山羅涇地區，距市中心38Km，距吳淞口約17km，年吞吐量2200萬噸，可同時停靠2艘20萬噸級（經減載）的超大型散貨船舶，并可對2萬噸級海輪直接進行裝船作業。在世界上實現供供碼頭和大型鋼鐵企業之間的工業物流配送新理念，進行物流鏈于生產鏈的無縫隙銜接。
　　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程自動抄表系統項目的設計與實施。采用Acrel-3000型電力監控系統， 本監控系統的監控范圍：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。項目啟動前買方需提供配電系統一次系統圖、平面圖、二次系統圖等，以供賣方設計參考。賣方按照買方的實際需求和智能元器件的功能，完成系統的設計，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警；事件記錄，系統運行異常監測；故障報警及操作記錄；電能報表查詢與打印；系統負荷、諧波的實時、歷史曲線，用戶權限管理等主要功能，實際細化功能賣方可以根據買方的使用習慣和需求做可行性修改。
　　整個系統采用網絡分布式結構，監控主機位于辦公大樓八樓的計算機房內，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，變電所配電柜內安裝有本公司的ACR330ELFHK、ACR230ELFHK、ACR220ELFHK儀表共計100多個回路。系統采用開放的通訊協議，通過現場總線與高低壓配電系統等相連，實現數據通訊功能。

2　 系統的結構   
　　本系統采用分層分布式計算機網絡結構即間隔層、通訊層和站控層如下圖所示：

　　隔層主要的設備為：多功能網絡電力儀表、開關量、模擬量采集模塊和智能斷路器等。這些裝置分別對應相應的一次設備安裝在電氣柜內，這些裝置均采用RS485通訊接口，通過現場MODBUS總線組網通訊，實現數據現場采集。
　　中間層主要為：通訊服務器，其主要功能為把分散在現場采集裝置集中采集，同時遠傳至站控層，完成現場層和站控層之間的數據交互。
　　站控層：設有高性能工業計算機、顯示器、UPS電源、打印機、報警蜂鳴器等設備。監控系統安裝在計算機上，集中采集顯示現場設備運行狀況，以人機交互的形式顯示給用戶，同時用戶可以通過系統軟件發送指令至現場設備，實現遠程遙控功能。
　　以上網絡儀表均采用RS485接口和MODBUS-RTU通訊協議，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、發送數據但是在同一時刻只能發送或接收數據，數據zui高傳輸速率為10Mbps。RS-485接口是采用平衡驅動器和差分接收器的組合，抗噪聲干擾能力增強，總線上允許連接多達32個設備，zui大傳輸距離為1.2km。

3　 系統的主要功能
3.1  數據采集與處理
　　數據采集是配電監控的基礎，數據采集主要由底層多功能網絡儀表采集完成，實現遠程數據的本地實時顯示。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COSφ、電度Ep、遠程設備運行狀態等數據。
　　數據處理主要是把按要求采集到的電參量實時準確的顯示給用戶，達到配電監控的自動化化和智能化要求，同時把采集到的數據存入數據庫供用戶查詢。
3.2  人機交互
　　系統提供簡單、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電氣一次主接線圖，顯示配電系統設備狀態及相應實時運行參數，畫面定時輪巡切換；畫面實時動態刷新；模擬量顯示；開關量顯示；連續記錄顯示等。

3.3  故障報警及事故追憶
　　在配電系統發生運行故障時，會及時發出聲光報警提示用戶及時響應故障回路，同時自動記錄事件發生的時間地點，以被用戶查詢，追憶故障原因。

3.4  數據庫建立與查詢
　　主要完成遙測量和遙信量定時采集，并且建立數據庫，定期生成報表，以供用戶查詢打印。
3.5  電能成本管理
　　自動進行日、月、年的電能統計，可以進行尖、峰、平、谷時段設定，實現具有電能分時計費功能，同時生成日、月、年報表，電能棒圖、餅圖、電能曲線圖等。

3.6  用戶權限管理
　　可根據買方要求添加和刪除軟件的用戶數量和設置用戶的權限。針對不同級別的用戶，設置不同的權限組，防止因人為誤操作給生產，生活帶來的損失，實現配電系統的安全，可靠運行。
3.7  運行負荷曲線
　　定時采集進線及重要回路電流負荷參量，自動生成運行負荷趨勢曲線的，方便用戶及時了解設備的運行負荷狀況、實時顯示重要回路的諧波數據（2—31次諧波），以及查詢歷史諧波數據等。

3.8  系統特點
　　通訊線接點少，畫面顯示直觀，數據刷新快，及時反應現場設備的運行狀況，同時系統操作簡單，方便用戶使用，各種功能可根據用戶的需求靈活變化，系統的設計快捷方便，修改軟件也不繁瑣。

4　 結束語
　　本文講述了變電站綜合自動化系統的特征、結構及其功能。變電站自動化是一個系統工程，要實現變電站自動化的功能，還有許多技術問題需要攻關解決，作者相信在不太遠的一段時間管理便捷化的變電站自動化系統，將有一個蓬勃的發展期。

參考文獻
[1] 任致程、周中編著  電力電測數字儀表原理與應用指南 中國電力出版社 2007.4
[2] 朱立泉 變配電系統的智能管理系統分析  智能建筑電氣技術  2007年第1卷第4期
[3] 王振生 解析《變配電所計算機監控系統
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