配电系统

0　 引言　　当前，国内很多建筑配电仍普遍采用干式变电器配以低压电缆分接箱实现分散供电，给整个系统的运行管理带来了很多的不便。计算机技术和网络通信技术的日趋成熟，配电系统测量、控制等功能智能化、网络化是发展的必然趋势，配电系统运行中的各种问题可以通过微机全面解决。　　智能化配电系统由开关配以具有通信功能的智能化元件，经数字通信与计算机系统网络连接，实现对分散分布的低压电缆分接箱内开关设备运行进行自动化管理。系统可实现数据的实时采集、数字通信、远程操作与程序控制及设备维护信息管理等功能。1　 项目概况　　上海核工程研究设计院是隶属于中国核工业集团公司的重点研究设计单位,该院新建大楼系统分为配电室和楼层部分，配电室高压部分采用ACR330ELH采集谐波数据，WHD72采集温湿度数据；低压进线侧采用ACR320ELH采集谐波、功率因数等数据， ACR220EK网络电力仪表采集测量电流，开关状态由辅助触点接入ACR220EK仪表的DI（开关量输入）接口。楼层部分由ACR220E采集电能数据。所有电参量数据由仪表的通讯接口经RS-485总线传给上位机，实现遥测、遥控和遥信功能。 2　 系统拓扑结构　　上海核工院电力监控系统的拓扑结构如图1。系统多采用分布式结构，按功能或区域进行划分，模块化设计。整个系统一般分为三层，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。其主要设备是：ACR330ELH、ACR320ELH谐波表，WHD72D温湿度仪表、 ACR220EK网络电力仪表，装设在现场的电缆分接箱内。上述设备均相互独立完成各自的功能，不依赖主控计算机运行，所有仪表都具备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。　　中间层位于现场层与主控层之间，由光电隔离器、串口服务器构成，现场485总线通过光电隔离器串口服务器与交换机相连，完成现场层设备与主控计算机之间的网络通信联接、数据交换。　　主控层位于中控室或值班室，配置高性能、高可靠性工业级计算机、UPS不间断电源、打印机、报警装置等。Acrel-3000电力监控软件安装在主控计算机上，通过软件的人机界面和各种管理功能实现对整个配电系统的实时监控。　　上海核工院新建楼层监控中心位于1层消控室，配电室位于地下2层车库，距离不超过1200米，直接通过铺设RS-485总线进行通讯即可，考虑到现场地理位置及走线方便合理等问题，采用8路RS-485网络可将所有配电室监控点覆盖；楼层部分考虑到走线方便问题，采用3路RS-485网络，通过竖井、吊顶拉到消控室。3　 Acrel-3000电力监控组态软件解决方案 　　Acrel-3000电力监控组态软件是对现场生产数据进行采集与过程控制的专用软件，最大的特点是能以灵活多样的“组态方式”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监控层的各项功能，比如在分布式网络应用中，所有应用（例如趋势曲线、报警等）对远程数据的引用方法与引用本地数据完全相同，通过“组态”的方式可以缩短自动化工程师的系统集成的时间，提高集成效率。　　该系统实施后，实现了各类用电设备的电能报表，各用电回路的实时电参量遥测，重要回路的电能质量（含谐波）分析，以及重要回路的负荷用电趋势等功能，图表分别见图2、图3、图4。4　 结束语　　在电力监控系统中配置网络电力仪表，具有实施简明，投资少等显著优点，可以方便和实时地监控配电系统的运行状态，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的繁琐工作，系统对各种用电设备的历史运行数据和状态进行管理分析，便于维护人员明确设备状况，制定详细的设备维护计划，减少工作人员，提高效率。同时，根据建立的电能计量体系，可以了解、分析建筑总体能耗，提出降耗计划，采取节能降耗措施，逐步提高用电效率。

摘 要：介绍一种基于数字式智能仪表在配电系统改造中的应用，现场层采用智能数显仪表（SCADA）采集配电现场的U、I、P、COS¢、 Ep等电参量和开关信号；现场仪表组网通讯并远传至后台监控系统，同时通过智能仪表的输出控制继电器，远程控制断路器的合、分闸操作，达到低压配电系统的自动化综合管理。关键词：低压智能配电系统 Acrel-2000 型 三遥 RS485通讯0　 概述 　　胜利油田物探院配电室于1992年建成投产，已安全运行16年，配电系统分为高、低压两大部分，高压部分有聊城甲线和淄博甲线两条10KV进线，有6台1250KVA有载调压变压器。物探院属于重要电力负荷用户，主要包括网络二楼处理机房机群及其配套用电设备；网络三楼解释机房、局域网服务器及其配套用电设备、局信息中心ERP机房计算机及其配套用电设备；综合楼处理和解释机房用电设备；制冷机组及其配套用电设备以及全院的生产，生活用电。　　高、低压一次设备是十四年前安装的，原配电系统采用的是MS-2801数据库定义系统，所用备件多，通讯线接点多，易出故障，操作系统是Windows NT 4.0，应用、维护起来比较繁琐。近几年来随着全院电力负荷的增加和SP2机群的扩容，变压器容量和配电回路开关的容量和数量已不能满足当前用电负荷的需求，并且设备严重老化，断路器分断能力差；另外，供电公司正在进行油田线路升压，原6KV进线已升为10KV，原低压母线和变压器出线开关容量不够，电容补偿柜也已老化，起不到无功补偿的作用。为了保证全院科研、生产的正常运行，我们对低压配电系统进行了一次全面的系统改造。　　由于物探院属于一级供电用户，供电系统要求绝对安全、可靠。根据场地设备实现远程监控和集中管理的要求，改造后的配电系统采用了Acrel-2000型低压智能配电系统实现对高低压设备的遥测、遥信、遥控即“三遥”功能。　　Acrel-2000型低压智能配电系统，充分利用了现代电子技术、计算机技术、网络技术和现场总线技术的最新发展，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，将分散的配电所的现场设备连接为一个有机的整体，实现电网运行的远程监控和集中管理。1　 配电监控系统构成　　间隔层主要的设备为：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。　　中间层主要为：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，数据最高传输速率为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，最大传输距离为1.2km。2　 监控系统的主要功能　　1)数据采集与处理　　数据采集是配电监控的基础，数据采集主要由底层多功能网络仪表采集完成，实现远程数据的本地实时显示。需要完成采集的信号包括：三相电压U、三相电流I、频率Hz、功率P、功率因数COSφ、电度Ep、远程设备运行状态等数据。　　数据处理主要是把按要求采集到的电参量实时准确的显示给用户，达到配电监控的自动化化和智能化要求，同时把采集到的数据存入数据库供用户查询。　　2)人机交互　　系统提供简单、易用、良好的用户使用界面。采用全中文界面，CAD图形显示低压配电系统电气一次主接线图，显示配电系统设备状态及相应实时运行参数，画面定时轮巡切换；画面实时动态刷新；模拟量显示；开关量显示；连续记录显示等　　3)故障报警及事故追忆　　在配电系统发生运行故障时，会及时发出声光报警提示用户及时响应故障回路，同时自动记录事件发生的时间地点，以被用户查询，追忆故障原因。　　4)数据库建立与查询　　主要完成遥测量和遥信量定时采集，并且建立数据库，定期生成报表，以供用户查询打印。　　5)用户权限管理　　针对不同级别的用户，设置不同的权限组，防止因人为误操作给生产，生活带来的损失，实现配电系统的安全，可靠运行。　　6)电能成本管理　　自动进行日、月、年的电能统计，可以进行尖、峰、平、谷时段设定，实现具有电能分时计费功能，同时生成日、月、年报表。　　7)运行负荷曲线　　定时采集进线及重要回路电流负荷参量，自动生成运行负荷趋势曲线的，方便用户及时了解设备的运行负荷状况。3　 案例分析　　胜利油田物探研究院低压配电系统主要有6台10kv/0.4kv配电变压器，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控。　　进线回来采用ACR320EK多功能网络电力仪表，其是针对电力系统、工矿企业、公共设施、智能大厦的电力监控需求而设计的网络电力仪表，它能测量所有常规电力参数，如：三相电压、电流、有功功率、无功功率，功率因数、频率、有功电度、无功电度等多种电参量。并且本仪表带有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，这些接点可以配合智能断路器实现断路器的遥信、遥控操作。该系列网络电力仪表主要应用于变电站自动化、配电网自动化、小区电力监控、工业自动化、能源管理系统及智能建筑等领域。　　重要配出回路采用ACR100K系列网络电力仪表，该仪表主要完成三相电流、三相电压、有功电度的测量以及开关信号的检测和继电器遥控输出。　　一般配出回路采用Pz42-AI/KC系列网络仪表，该仪表主要完成三相电流测量、开关信号检测和继电器遥控输出。　　图(1)为系统主监控画面，实时显示遥测数值，断路器运行状态信息，运行事件报警，画面快捷切换，系统功能菜单等主要功能。　　①遥测：主要监测运行设备的电参量，其中包括：进线三相电压，电流，功率，功率因数，电能，频率等电参量及配出回路的三相电流；　　②遥信：实现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；　　③遥控：主要实现对智能断路器的远程分/合闸操作，所有操作均要通过严格的权限验证，以防止运行人员误操作。　　报表统计功能：主要完成对进线回路的事件记录报表（见图（2））；远程抄表（见图（3））以及用电统计报表统计（见图　　负荷曲线：定时采集进线回路的电流参量，同时生成趋势曲线（见图（5）），实时了解设备负荷状况，同时为事故追忆提供依据。图（5）　趋势曲线4　 系统特点　　通讯线接点少，画面显示直观，数据刷新快，及时反应现场设备的运行状况，同时系统操作简单，方便用户使用。5　 结束语　　目前该系统已经成功投入运行近半年，系统运行安全、稳定，极大的方便了用户的使用。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-2000型低压智能配电系统是解决供配电高质量运行的良好配电系统之一，通过系统的运行，可以实现和保障配电系统的可靠、安全、稳定运行，并在此基础上降低设备运行成本，提高配电自动化质量。

摘 要：本文介绍基于Acrel-3000电力监控软件和电力监控仪表，设计并实现了一套分散式采集和集中控制管理的配电自动化系统。系统实现了微机在配电室中无人管理的功能，省去了值班人员现场操作的烦琐，提高了供电质量和管理水平，具有简明实用、投资少等优点。 关键词：电力监控软件；电力监控仪表；智能配电系统；应用0　 概述　　当前，国内很多建筑配电仍普遍采用箱式变电站配以低压电缆分接箱实现分散供电，给整个系统的运行管理带来了很多的不便，计算机技术和网络通信技术日趋成熟，配电系统测量、控制等功能的智能化、网络化已是发展的必然趋势，配电系统运行中的各种问题可以通过微机全面解决。　　智能化配电系统由开关配以具有通信功能的智能化元件经数字通信与计算机系统网络连接，实现对分散分布的低压电缆分接箱内开关设备运行的自动化管理。系统可实现数据的实时采集、数字通信与程序控制及设备维护信息管理等功能。　　本文以淄博运动员公寓（后改名为齐盛国际宾馆）电能管理系统为例子，简单介绍以下变电站的智能化管理。1　 系统分析　　山东省第22届运动会将于9月19日在淄博举行，淄博运动员公寓正是为此服务的。　　据悉，为保证第十一届全运会和第二十二届山东省运动会的召开，淄博市运动员公寓作为两运会服务的体育配套项目，从去年开始进入论证阶段。经多次论证，今天，中国建筑方面的专家组成的评审团开始对方案进行评审。据了解，根据淄博市城市总体规划与淄博市新区发展规划，淄博市运动员公寓将建于淄博新城区核心区内，在规划政务区东北角，中润大道南面，西十路西面，整体呈现南高北低。运动员公寓预计总用地面积约22公顷，总建筑面积121660平方米，地上　　　建筑面积为102922平方米，地下建筑面积为18738平方米，绿化率达到65％。　　在整体布局上，淄博市运动员公寓采用园林式分散组合形式，兼顾独立和联系；建筑以现代的北方园林建筑风格为主，兼顾实用与创新；环境的创造以北方现代园林形式为基础，兼顾传统与特色。特别是在节能设计上，本着“超低能耗，自然通风，天然采光，健康空间，再生能源，智能控制”的原则，外墙门窗均采用高效保温隔热系统，有效提高维护结构的性能；在建材选用上，采用轻质新型隔墙材料，减少建筑自重，节约结构构件用料。　　淄博运动员公寓电力监控和电能管理项目是2010年7月份开始的项目，旨在通过该系统实现运动员公寓电力系统的集中管理和检测，实现远程智能化配电系统。　　项目启动前买方需提供配电系统一次系统图、平面图、二次系统图等，以供卖方设计参考。卖方按照买方的实际需求和智能元器件的功能，完成系统的设计，主要功能为：一次主接线图界面显示；电参量遥测及电参量越限报警；事件记录，系统运行异常监测；故障报警及操作记录；电能报表查询与打印；系统负荷、用户权限管理等主要功能，实际细化功能卖方可以根据买方的使用习惯和需求做可行性修改。　　整个系统采用网络分布式结构，监控主机位于2#楼前面地下一层的动力中心中，其他5个配电室分别位于1#、2#、3#、4#地下一层（其中3#有南北两个配电室）。该项目实现了淄博运动员公寓4个楼内电力系统的智能管理。设计方案为4个楼内的5个配电室，通过光电转换器经过光纤拉倒2#楼前面地下一层的动力中心。5个配电室现场放置通讯机柜，仪表数据通过485接口，MODBUS通讯协议经光电转换器输送到动力中心。2　 系统的结构 　　本系统采用分层分布式计算机网络结构即间隔层、通讯层和站控层如下图所示：　　隔层主要的设备为：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。　　中间层主要为：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，数据最高传输速率为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，最大传输距离为1.2km。3　 Acrel-3000电力监控组态软件解决方案 　　Acrel-3000电力监控组态软件是对现场生产数据进行采集与过程控制的专用软件，最大的特点是能以灵活多样的“组态方式”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监控层的各项功能，比如在分布式网络应用中，所有应用（例如趋势曲线、报警等）对远程数据的引用方法与引用本地数据完全相同，通过“组态”的方式可以缩短自动化工程师的系统集成的时间，提高集成效率。　　该系统实施后，实现了各类用电设备的一次系统图显示、各回路实时电参量遥测、重要回路电能报表、以及进线回路的负荷用电趋势、重要回路的分合闸报警、用户权限管理等功能，图表分别见图2、3、4、5、6、7。　　系统一次图：直观地显示低压系统各回路的三相电流及运行状况。　　实时电参量：低压各回路三相电流、电压、功率、频率、电能数据等查询、打印及导出。　　电能报表：重要回路电能按时间短进行查询计算、打印、导出。　　趋势曲线：各进线回路及重要出线回路电流负荷趋势曲线历史记录查询。　　分合闸报警信息：各重要回路分合闸遥信报警，实时报警及历史报警查询。　　用户权限管理：用户可配置不同用户权限，增减用户，修改密码等。　　系统特点：通讯线接点少，画面显示直观，数据刷新快，及时反应现场设备的运行状况，同时系统操作简单，方便用户使用，各种功能可根据用户的需求灵活变化，系统的设计快捷方便，修改软件也不繁琐。4　 结束语　　在电力监控系统中配置网络电力仪表，具有实施简明，投资少等显著优点，可以方便和实时地监控配电系统的运行状态，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的繁琐工作，系统对各种用电设备的历史运行数据和状态进行管理分析，便于维护人员明确设备状况，制定详细的设备维护计划，减少工作人员，提高效率。同时，根据建立的电能计量体系，可以了解、分析建筑总体能耗，提出降耗计划，采取节能降耗措施，逐步提高用电效率。