海门行政中心电力监控系统系统设计方案

    摘  要：本文介绍基于ACR系列可编程智能电测表的Acrel-3000电力监控系统在海门行政中心的应用，实现了分散式采集和集中控制管理的智能化电力监控。

    0   引言

    海门位于著名的长江三角洲，建县于公元958年（后周显德5年），因出江入海之门户而得名，素有"棉粮故里、滨江乐土"之称。

    海门行政中心电力监控和电能管理项目是2009年7月份开始的项目，旨在通过该系统实现行政中心A楼，B楼，H楼和主楼电力系统的集中管理和检测，实现远程智能化配电系统。该项目实现了海门行政中心4座楼内电力系统的智能管理。设计方案为4个楼内的4个配电室，通过光电转换器经过光纤拉倒主楼地下一层的配电中心。4个配电室现场放置通讯机柜，仪表数据通过485线通过MOXA串口服务器，光电转换器输送到配电中心。

    1. 系统结构

    Acrel-3000电力监控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”的方式大大缩短了自动化工程师的系统集成时间，提高了集成效率。海门行政中心变配电系统拓扑结构如图1。

图1 变配电系统拓扑结构图

    系统采用分布式结构，按功能或区域进行划分，模块化设计。整个系统分为三层，即站控管理层、网络通讯层、现场设备层。

    1.1现场设备层

    现场设备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经网络通讯层传输至监控系统。其中主楼变配电室主要设备是：ACR220EL/KC、ACR330EL/KC可编程智能电测表共96块；A楼变配电室主要设备是：ACR220EL/KC可编程智能电测表共63块；B楼变配电室主要设备是：ACR220EL/KC可编程智能电测表共59块；H楼变配电室主要设备是：ACR220EL/KC可编程智能电测表共105块。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，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—串口服务器。

    ACR系列可编程智能电测表，该系列仪表采用交流采样技术，能分别测量电网中的电流、电压、功率、功率因数和电能等参数，可通过面板薄膜开关设置倍率。带RS-485通讯接口，采用Modbus协议；也可将电量信号转换成标准的直流模拟信号输出；或带开关量输入／输出，继电器报警输出等功能。

    1.2网络通讯层

    网络通讯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。

    1.3站控管理层

    主控层位于主楼地下一层变配电室内，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-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行政中心的实时监控和报表管理。

    海门行政中心的值班室位于主楼负一层变配电室内，配置一台工业网络交换机；A楼变配电室现场采用8根总线，使用一台8口的串口服务器，通过光纤连接至主楼值班室内的交换机上；B楼变配电室现场采用6根总线，使用一台8口的串口服务器，通过光纤连接至主楼值班室内的交换机上；H楼变配电室现场采用5根总线，使用一台8口的串口服务器，通过光纤连接至主楼值班室内的交换机上；再通过交换机把数据传输到工控机。

    2. 电力监控系统的主要功能

    系统依据客户实际需求进行设计，并实现了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；报表查询与打印；系统负荷实时、历史曲线，用户权限管理等主要功能。

    2.1  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。

    2.2  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；画面实时动态刷新；模拟量显示等。

    2.3  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，以被用户查询，追忆故障原因。

    2.4  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。

    2.5  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。

    2.6  电能成本管理

    自动进行日、月、年的电能统计，同时生成日、月、年报表。

    3. 案例分析

    海门行政中心低压配电系统主要有10台10/0.4 kV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测。

    进线回路采用ACR330EL/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ACR220EL/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。

    低压配电系统主要监测运行设备的电参量，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，见图3。

图3  B楼低压配电系统配电系统图

    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  电力监控系统通讯状态图

    远程抄表功能，完成对各主要回路的实时远程集抄功能，见图5。

图5  远程抄表

    事件记录功能，事件记录报警可实时历史查看，见图6；

图6 事件记录

    4. 设备与投资

    根据现场实际情况所配置的系统硬件含采集装置、电源、工作站主机、打印设备、系统软件、弱电安装施工等总计费用为19万元左右。配电各环节的数据均可通过监控主机集中显示，方便配电管理人员及时发现配电故障环节，按月统计用电数据，又可以转发上传至楼宇自控系统BAS，便于整体调度。相对于传统的电工抄表、统计虽增加了一次投入，但智能化程度得到极大提高，节省了人力资本的投入。省去了值班人员现场抄表的烦琐，具有投资少、简明实用、便于智能管理等优点。

    5. 结束语

    Acrel-3000电力监控系统具有通用性好、可靠性高、组态灵活等优点，在海门行政中心项目上得以成功应用。随着计算机信息技术的普及，低压配电智能化的要求也越来越高，变配电监控及低压配电管理使得实现配电室的无人职守真正成为现实，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，减少人力投入，提高工作效率，从而降低整个系统的运营成本。

    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<