Acrel-2000型电力监控系统在援赞比亚恩多拉体育场的运用

    摘要:援赞比亚恩多拉体育场是以鲁班奖为目标建设的。体育场弱电系统由11个子系统组成。其中，作为体育场弱电子系统之一，电力监控系统的设计功能是平时单机运行，赛事举办期间和消防系统、智能照明系统联动，保障场馆在承办比赛期间的用电稳定性和安全性。

    项目概述

    援赞比亚恩多拉体育场由中国北京市建筑设计院设计，安徽省外经建设集团有限公司施工，总投资2.4亿美元，是一座能容纳4万人的国家级体育场。体育场位于恩多拉市市郊A3公路旁，总占地面积203300平方米，总建筑面积452080平方米，地上4层，建筑高度55.80米。体育场变配电系统60kV以上部分由赞方提供，低压系统主要变电设备为4台1600kW干式变压器和一台1600kW应急柴油发电机，分别位于2区15轴、2区28轴和4区44轴配电室的内，共27台低压配电柜，116个配电回路，低压成套设备由安徽鑫龙电器股份有限公司安装。

    体育场于2009年6月动工，2011年9月接受第三方验收并移交给赞比亚政府，中方派遣约30名技术人员长期驻扎恩多拉以便进行场馆维护。

    项目分析

    援赞比亚恩多拉体育场是以鲁班奖标准建设的。各弱电系统依照GB50606-2010《智能建筑工程施工规范》标准施工，依照GB50339-2003《智能建筑工程质量验收规范》验收。

    体育场的主要用电负荷为照明和应急照明，约占到总负载的70%，其中以金卤灯为主的场地照明占到照明负荷的60%。除照明外最大的负荷是电子大屏。援赞比亚恩多拉体育场电力监控系统为Acrel-2000型。本系统涉及回路共112个，配电柜上安装的仪表为上海安科瑞ACR系列及PZ系列多功能电力仪表。

    电力监控系统的设计功能为：在常态下单机工作，通过智能电力仪表将低压配电柜配电系统的运行状态直观地反馈给电气值班人员和中控室管理人员。而在体育馆承载比赛期间，则作为体育场的11个弱电子系统之一，与其他弱电控制系统联动，共同保障比赛活动的顺利进行。

    当作为弱电系统的一个子系统与其他系统协同工作时，本系统位于体育场弱电系统的反馈环节上，和智能照明系统以及消控系统组成一个整体，保障比赛期间体育场用电平衡和安全。比赛时所有照明回路由智能照明系统通过体育场各照明箱内的ABB智能模块控制；消控系统负责体育场各区域电气回路总开关的遥控；电力控制系统主要为其他两个系统提供数据支撑，辅助智能照明系统维持照明回路三相平衡，必要时消控系统切断部分次要回路以降低变压器的压力。

    系统结构

    根据设计意图和实际情况，本电力监控系统为三层结构，现场设备层由安装在低压配电柜上的多功能仪表组成，经由9根RS485总线上传数据。通讯管理层由安装在15轴监控室和44轴B#配电室通讯机柜内的通讯服务器、光电转换器和工业以太网交换机等设备组成，其功能是连接现场设备层和站控管理层。站控管理层设备（监控主机、UPS电源、显示器等）均安装在15轴监控室的通讯采集箱内。系统拓扑结构如下图：

    用于监测体育场各个220V/380V配电回路的运行情况及电力参数多功能仪表通过RS485总线，以一根总线不超过20块仪表为标准，连接至该配电室的串口服务器端口上。B#配电室的信号通过光纤传输到15轴值班室。

    根据实际需求，为提高整个弱电系统集成度，位于43轴中控室的消防和智能照明系统主机均可通过体育场弱电局域网远程连接本系统以获得配电系统的实时数据。

    当场馆在承载比赛活动时，场地照明的金卤灯全开，随着比赛的进行，管理人员需通过智能照明系统来实时调整场地内的亮度、照度及灰度等参数，并通过光学监测系统来观察调整效果。与此同时，场地照明全开势必会造成配电系统的高负荷运转及三相不平衡，需要通过电力监控系统反馈配电系统运行负荷率和用电平衡参数，使得管理员可以对场地照明进行预先调整，防止配电系统的运行进入危险区，损坏配电设备和用电设备。赛事举办期间体育场几个弱电子系统联动工作方框图如下：

    系统功能

    电力监控系统为整个体育场低压配电系统运行状态的监测提供了一套完整的解决方案，通过计算机界面反映给值班员和系统管理人员。系统软件采用全英文界面，通过界面左侧的树形按键菜单进行画面切换操作。其中报警功能只对中国留守人员开放，故该功能界面设定成中文。本系统的具体功能如下：

    参数采集及上传

    低压配电系统的进线回路电参量采集采用ACR330ELH电能质量分析仪，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，并可监测电压、电流的2-31次谐波分量、电流电压不平衡度等多种电网质量参数。本仪表带有4路光电隔离开关量输入接点这些接点可以配合智能断路器实现回路的遥信开关量监测。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。

    配出回路采用PZ80L系列电力仪表，该仪表主要完成三相电流的测量以及开关信号的检测。演出与商铺回路设计使用ACR120EL系列仪表，在三相电流和开关信号检测的基础上，加上所有常规电力参数测量和电能计量的功能。［1］

    软件实时界面显示

    系统通过配电系统一次图界面显示的方式将低压配电系统的运行情况呈现给用户，4台变压器下的配电回路和应急发电机回路各自占用1个界面。用户可以从界面上获取进线的三相电压、三相电流、有功功率、无功功率、功率因数、电网频率；母联回路的三相电流和有功、无功功率；馈出回路的三相电流。还可以查看所有低压配电回路的通断状态。[2]设计要求遥测和遥信信号传输延迟小于1秒。

    报表功能

    根据设计意图，在体育场的低压配电系统中，商铺和舞台演出部分都需要做电能计量，要求电力监控系统能具有一定的电能管理功能。本系统提供给客户一个能查询电能报表并打印的界面，提供用户查询时间的自定义选择然后生成电度计量报表，完成对进线回路、商铺回路和演出回路的电度计量。

    用电趋势

    在本系统的设计规划中，实时性和与其他子系统的兼容性为主要性能指标。因低压回路主进线的电流负荷曲线可以反映变压器负载的变化情况，所以对系统进行深化设计后选取实时电流负荷曲线界面作为本系统的启动初始界面，使用户可以查看4台变压器实时负载的大小，也可以通过查询功能查看历史趋势以便于进行故障追忆和定位。

    报警功能

    根据本系统的设计意图，如果重要回路或者照明回路三相中某一相电流负荷超过额定值的90%，系统必须立刻发出声光报警并弹出指示框指明报警源，提醒管理人员注意负载的三相平衡和负载率；根据现场技术人员要求，追求当某一个低压配电回路断路器发生变位时，同样发出声光报警和弹出报警框指明报警源的功能。报警记录存于数据库中，保存3年，用户可以通过查询功能查看指定时间域内发生的所有报警信息。

    本功能模块供中国驻恩多拉体育场技术人员使用，故设计成中文界面。

    下图为查询历史开关量报警的功能界面。

    系统联动工作功能

    本系统在体育场承办赛事期间与其它弱电子系统联动工作。

    因所有弱电子系统处于同一个局域网内，本系统的网络发布功能允许43轴中控室中其他系统主机通过HTTP方式访问本系统，赛事举行期间，中控室中智能照明系统的备用主机始终远程连接本系统。

    中控室消防控制系统主机则是通过MODBUS-TCP协议，将本系统视为一个外部数据源直接同步数据，必要时根据消控系统的逻辑判断直接分断某些次要回路以保证对场地照明和电子大屏供电的稳定性和安全性。

    问题汇总

    光纤通讯：本系统施工由安徽外经执行，其中，因我司光电转换器到现场后，与所用光电转换器MIE-1102S相匹配的单模光纤跳线已用完，在赞比亚采购。经过测试后发现，可以使用多模光纤跳线连接单模光纤光端盒和光电转换器，并且对系统通讯速率影响不大。

    系统防雷设计：因本工程处于中非地区，雨季雷暴天气频发，本系统所有通讯设备均经过可靠接地，现场仪表通过配电柜接地。项目于赞比亚旱季实施，先期方案选取了带有光电隔离和协议转换功能的隔离器并且预留了足够的备件。在接地系统偶尔失效的情况下，也可以通过隔离器来吸收雨季雷暴所带来的浪涌电流，事后更换隔离器，从而保护本系统其他通讯设备不被损坏，保障系统运行的连续性和可靠性。

    结束语

    援赞比亚恩多拉体育场电力监控系统项目从初步方案到项目执行经历了大约9个月的时间，其间根据设计院要求和现场人员建议修改过数次实行方案，最后的项目实施是比较顺利的。经过2周的调试和2周的试运行，中方留守人员以及监理工程师也认可了本系统的功能。

    项目实施的成功再次印证了Acrel-2000型电力监控系统广泛的适用性和可靠的稳定性，今后也将作为智能建筑弱电控制系统的一个重要子系统活跃于世。

    参考文献：

    [1].任致程 周中. 电力电测数字仪表原理与应用指南[M]. 北京. 中国电力出版社. 2007. 4

    [2].周中等编著. 智能电网用户端电力监控与电能管理系统产品选型及解决方案[M]. 北京. 机械工业出版社. 2011.10<