安科瑞电能管理系统在昆明第十污水处理厂的应用

徐霜

安科瑞电气股份有限公司，上海 嘉定 201801

    摘要：介绍安科瑞电能管理系统，采用智能电力仪表采集6个地点分配电现场的各种电参量。系统采用现场就地组网的方式，组网后通过现场总线通讯远传至监控后台，通过电能管理系统实现对变电所配电回路用电的实时监控和管理。

    概述

    云南省昆明市第十污水处理厂是亚洲首家大规模采用膜生物反应器污水处理工艺的环保项目，每天可处理污水15万吨，采用全地埋式集中布置，在节约土地的同时，还可在地上建成园林景观，这个地下式污水处理厂，位于官渡区石虎关立交桥，占地约59亩，服务面积59平方公里，服务人口43万人，总投资7亿元，主要处理西起环城东路-东二环，东至东三环，北始穿金路，南止昆石高速区域的城市污水。

    该污水处理厂有6个变配电室，97路0.4KV出线。

    1客户需求

    污水处理厂是国内首个大型地下式污水处理厂，在配电室分布在6个地点，对用电管理人员很大的不便，根据其实际情况提出以下需求：

    1）由于该污水处理厂配电室分布于6个地点比较分散，本次设计、集成的主要目的对分散配电的集中管理，通过数据转发实现数据共享。

    2）各个分变的电流越限时无法实时被管理人员得知，安全用电存在隐患，系统需能实现声光告警功能。

    3）需实时监测主变和直变的实时电流、电压、功率的波动情况。

    4）能够查看具体某个回路或几个回路每天的用电量，并可通过报表进行对比。

    5）系统数据可以通过局域网转发至异地SQL Server数据库，实现数据共享。

    根据用户需求，需要对第十污水处理厂6个变配电所进行组网并建立电能管理系统（主要是数据的实时监控），在控制中心值班室内设置监控平台，对97个回路实时监测、统计、分析，以保证用电的安全、可靠和高效。

    安科瑞电能管理系统，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、集中管理。

    2 系统结构描述

    本系统采用分层分布式结构进行设计，即站控管理层、网络通讯层和现场设备层，项目组网图如下，现场6网络个地点的ACR220EL网络电力仪表经RS485现场总线连接至串口服务器，然后通过以太网经光纤传输至现场监控主机，实现数据的采集，存储，处理，显示和上传如图（1）所示：

图（1）电能管理系统网络拓扑图

    间隔设备层主要为：ACR220EL多功能网络电力仪表，分别对应相应的一次设备分散安装在6个配电室的电气柜内，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。
网络通讯层主要为：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。

    站控管理层：设有高性能工业计算机、显示器、UPS电源、打印机等设备。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。

    建设完成后的多功能网络电力仪表均采用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。

    RS485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 电能管理系统主要功能

    3.1 数据采集与处理

    数据采集是电能管理的基础，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Epi、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，达到电能管理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。

    3.2 历史事件

    历史事件查看界面主要为用户查看曾经发生过的故障记录、信号记录、操作记录、越限记录提供方便友好的人机交互，通过历史事件查看平台，您可以根据自己的要求和查询条件方便定位您所要查看的历史事件，为您把握整个系统的运行情况提供了良好的软件支持。

    3.3 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。

    3.4 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。可以通过用户管理进行用户登录、用户注销、修改密码、添加删除等操作，方便用户对账号和权限的修改。

    3.5 运行负荷曲线

    负荷趋势曲线功能主要负责定时重要回路电流和功率负荷参量，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。点击画面相应按钮或菜单项可以完成相应功能的切换；可以查看实时趋势曲线或历史趋势线；对所选曲线可以进行平移、缩放、量程变换等操作，帮助用户进线趋势分析和故障追忆，为分析整个系统的运行状况提供了直观而方便的软件支持。

    3.6 远程报表查询

    报表管理程序的主要功能是根据用户的需要设计报表样式，把系统中处理的数据经过筛选、组合和统计生成用户需要的报表数据。本程序还可以根据用户的需要对报表文件采用定时保存、打印或者召唤保存、打印模式。同时本程序还向用户提供了对生成的报表文件管理功能。

    报表具有自由设置查询时间实现日、月、年的电能统计，数据导出和报表打印等功能。

    3.7 数据转发功能

    电能管理系统通过厂内局域网将数据转发至控制中心的SQL Server数据库中，实现数据的共享，避免数据的重复采集。

    4 案例分析

    本监控系统主要实现云南省昆明市第十污水处理厂6个0.4KV变电所97个回路配电实时监测、分析及管理，监控范围如下表2所示：

    表1 监测点位分布表

    安科瑞电气股份有限公司为其选用ACR220EL的多功能网络电力仪表。

    ACR220EL尺寸及详细参数如下图2所示：

图2 ACR220EL尺寸

    系统监控现场所有点的通讯状态，红色绿色分别代表仪表通讯异常和正常，便于用户查看各监测点通讯状态，如图3：

图（3） 通讯状态图

    遥测报警功能，主要完成对直变和主变负载越限弹出报警界面指示具体的报警位置并声音报警，提醒值班人员及时处理。负载越限值在相应权限下可自由设置。具备历史查询功能，见图（4）。

图（4） 越限报警信息

    用电量报表功能，可选择时间段进行查询，支持任意时间段电度累计查询，具备数据导出和报表打印等功能。为值班人员提供了精确可靠的电能报表。该报表各回路名称和数据库关联，方便用户修改回路名称，用户可以直接打印报表，并导出为EXCEL格式如图（5）所示：

图（5） 电能报表

    参数抄表功能，主要所有回路的电参数进线查询。支持任意时刻电参数查询，具备数据导出和报表打印等功能。电参数主要包括：三相电压、三相电流、有功功率、无功功率、频率和有功电度。如图（6）所示。

图（6） 参数抄表

    负荷趋势曲线界面中可直观的查看回路的负荷运行情况。查看实时和历史趋势曲线，点击画面相应按钮或菜单项可以完成相应功能的切换；帮助用户进线趋势分析和故障追忆，具备曲线打印功能。为分析整个系统的运行状况提供了直观而方便的软件支持，见图（7）。

图（7）电流趋势曲线图

    系统可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。可以通过用户管理进行用户登录、用户注销、修改密码、添加删除等操作，方便用户对账号和权限的修改，如图（8）所示。

图（8）用户权限操作示意图

    4 结束语

    1）本系统于2013年9月完成现场调试，顺利通过用户验收并投入运行，系统稳定可靠，至今未出现任何故障，得到用户好评。

    2）本项目的成功实施表明：本项目的技术方案是科学的、合理的、可行的。

    3）本系统采用对分布式配电的集中监控，达到了预期的效果，电能管理软件运行界面满足了用户需求，并有效降低了设计和施工成本。

    作者简介：

    徐霜，女，本科，安科瑞电气股份有限公司，主要研究方向为电能管理<