行政中心電力監控系統設計方案

海門(mén)位于著(zhù)名的長(cháng)江三角洲，建縣于公元958年（后周顯德5年），因出江入海之門(mén)戶(hù)而得名，素有"棉糧故里、濱江樂(lè )土"之稱(chēng)。

海門(mén)行政中心電力監控和電能管理項目是2009年7月份開(kāi)始的項目，旨在通過(guò)該系統實(shí)現行政中心A樓，B樓，H樓和主樓電力系統的集中管理和檢測，實(shí)現遠程智能化配電系統。該項目實(shí)現了海門(mén)行政中心4座樓內電力系統的智能管理。設計方案為4個(gè)樓內的4個(gè)配電室，通過(guò)光電轉換器經(jīng)過(guò)光纖拉倒主樓地下一層的配電中心。4個(gè)配電室現場(chǎng)放置通訊機柜，儀表數據通過(guò)485線(xiàn)通過(guò)MOXA串口服務(wù)器，光電轉換器輸送到配電中心。

1　 系統結構

Acrel-3000電力監控軟件是對現場(chǎng)生產(chǎn)數據進(jìn)行采集與過(guò)程控制的專(zhuān)用軟件，最大特點(diǎn)是能以靈活多樣的“組態(tài)方式”而不是編程方式來(lái)進(jìn)行系統集成，它提供了良好的用戶(hù)開(kāi)發(fā)界面和簡(jiǎn)捷的工程實(shí)現方法，只要將其預設置的各種軟件模塊進(jìn)行簡(jiǎn)單的“組態(tài)”，便可以非常容易地實(shí)現和完成監控層的各項功能。比如在分布式網(wǎng)絡(luò )應用中，所有應用（例如趨勢曲線(xiàn)、報警等）對遠程數據的引用方法與引用本地數據完全相同，通過(guò)“組態(tài)”的方式大大縮短了自動(dòng)化工程師的系統集成時(shí)間，提高了集成效率。海門(mén)行政中心變配電系統拓撲結構如圖1。

圖1　變配電系統拓撲結構圖

系統采用分布式結構，按功能或區域進(jìn)行劃分，模塊化設計。整個(gè)系統分為三層，即站控管理層、網(wǎng)絡(luò )通訊層、現場(chǎng)設備層。

1.1 現場(chǎng)設備層

現場(chǎng)設備層主要任務(wù)是將現場(chǎng)的各種配電系統的運行參數進(jìn)行采集和測量，并將采集和測量的各種數據經(jīng)網(wǎng)絡(luò )通訊層傳輸至監控系統。其中主樓變配電室主要設備是：ACR220EL/KC、ACR330EL/KC可編程智能電測表共96塊；A樓變配電室主要設備是：ACR220EL/KC可編程智能電測表共63塊；B樓變配電室主要設備是：ACR220EL/KC可編程智能電測表共59塊；H樓變配電室主要設備是：ACR220EL/KC可編程智能電測表共105塊。上述設備均相互獨立完成各自的功能，不依賴(lài)主控計算機運行，具備RS-485 通信接口，通過(guò)現場(chǎng)的RS-485總線(xiàn)將檢測到的各項電參數和狀態(tài)信號實(shí)時(shí)傳輸到中間層的數據處理單元—串口服務(wù)器。

ACR系列可編程智能電測表，該系列儀表采用交流采樣技術(shù)，能分別測量電網(wǎng)中的電流、電壓、功率、功率因數和電能等參數，可通過(guò)面板薄膜開(kāi)關(guān)設置倍率。帶RS-485通訊接口，采用Modbus協(xié)議；也可將電量信號轉換成標準的直流模擬信號輸出；或帶開(kāi)關(guān)量輸入／輸出，繼電器報警輸出等功能。

1.2 網(wǎng)絡(luò )通訊層

網(wǎng)絡(luò )通訊層位于現場(chǎng)層與主控層之間，采用高性能、嵌入式通訊服務(wù)器。通訊服務(wù)器負責把現場(chǎng)層儀表采集的數據經(jīng)過(guò)網(wǎng)絡(luò )通信聯(lián)接、數據交換上傳到主控層，是主控層與現場(chǎng)層的橋梁。

1.3 站控管理層

主控層位于主樓地下一層變配電室內，配置高性能、高可靠性工業(yè)級計算機、UPS不間斷電源、打印機等。Acrel-3000電力監控軟件安裝在主控計算機上，通過(guò)軟件的人機界面和各種管理功能實(shí)現對整個(gè)行政中心的實(shí)時(shí)監控和報表管理。

海門(mén)行政中心的值班室位于主樓負一層變配電室內，配置一臺工業(yè)網(wǎng)絡(luò )交換機；A樓變配電室現場(chǎng)采用8根總線(xiàn)，使用一臺8口的串口服務(wù)器，通過(guò)光纖連接至主樓值班室內的交換機上；B樓變配電室現場(chǎng)采用6根總線(xiàn)，使用一臺8口的串口服務(wù)器，通過(guò)光纖連接至主樓值班室內的交換機上；H樓變配電室現場(chǎng)采用5根總線(xiàn)，使用一臺8口的串口服務(wù)器，通過(guò)光纖連接至主樓值班室內的交換機上；再通過(guò)交換機把數據傳輸到工控機。

2　 電力監控系統的主要功能

系統依據客戶(hù)實(shí)際需求進(jìn)行設計，并實(shí)現了一次主接線(xiàn)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；報表查詢(xún)與打??；系統負荷實(shí)時(shí)、歷史曲線(xiàn)，用戶(hù)權限管理等主要功能。

2.1 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(wǎng)絡(luò )儀表采集完成，實(shí)現遠程數據的本地實(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COSφ、電度Ep、遠程設備運行狀態(tài)等數據。

數據處理主要是把按要求采集到的電參量實(shí)時(shí)準確的顯示給用戶(hù)，達到配電監控的自動(dòng)化化和智能化要求，同時(shí)把采集到的數據存入數據庫供用戶(hù)查詢(xún)。

2.2 人機交互

系統提供簡(jiǎn)單、易用、良好的用戶(hù)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(xiàn)圖，顯示配電系統設備狀態(tài)及相應實(shí)時(shí)運行參數；畫(huà)面實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)刷新；模擬量顯示等。

2.3 故障報警及事故追憶

在配電系統發(fā)生運行故障時(shí)，會(huì )及時(shí)發(fā)出聲光報警提示用戶(hù)及時(shí)響應故障回路，同時(shí)自動(dòng)記錄事件發(fā)生的時(shí)間，以被用戶(hù)查詢(xún)，追憶故障原因。

2.4 數據庫建立與查詢(xún)

主要完成遙測量和遙信量定時(shí)采集，并且建立數據庫，定期生成報表，以供用戶(hù)查詢(xún)打印。

2.5 運行負荷曲線(xiàn)

定時(shí)采集進(jìn)線(xiàn)及重要回路電流負荷參量，自動(dòng)生成運行負荷趨勢曲線(xiàn)的，方便用戶(hù)及時(shí)了解設備的運行負荷狀況。

2.6 電能成本管理

自動(dòng)進(jìn)行日、月、年的電能統計，同時(shí)生成日、月、年報表。

3　 案例分析

海門(mén)行政中心低壓配電系統主要有10臺10/0.4 kV配電變壓器，本系統主要負責對低壓進(jìn)線(xiàn)及相應配出回路的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監測。
　　
進(jìn)線(xiàn)回路采用ACR330EL/KC，它能測量三相電壓、三相電流、有功功率、無(wú)功功率、功率因數、頻率、有功電能、無(wú)功電能等多種電參量，并帶有4路光電隔離開(kāi)關(guān)量輸入接點(diǎn)和2路繼電器控制輸出接點(diǎn),帶RS485通訊接口。

配出回路采用ACR220EL/KC，它能測量三相電流，帶有4路光電隔離開(kāi)關(guān)量輸入接點(diǎn)和2路繼電器控制輸出接點(diǎn)，帶RS485通訊接口。

低壓配電系統主要監測運行設備的電參量，其中包括：進(jìn)線(xiàn)三相電流，功率，功率，電能，頻率等電參量及配出回路的三相電流，見(jiàn)圖2。