工礦企業(yè)
Acrel-2000電力監(jiān)控系統(tǒng)在青島橡膠六廠的應(yīng)用
摘要：介紹青島橡膠六廠，采用智能電力儀表、智能斷路器，采集配電現(xiàn)場(chǎng)的各種電參量和開關(guān)信號(hào)。系統(tǒng)采用現(xiàn)場(chǎng)就地組網(wǎng)的方式，組網(wǎng)后通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線通訊并遠(yuǎn)傳至后臺(tái)，通過(guò)Acrel-2000型電力監(jiān)控與電能管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)變電所配電回路用電的實(shí)時(shí)監(jiān)控和管理。
關(guān)鍵詞：青島橡膠;變電所;智能電力儀表;Acrel-2000;電力監(jiān)控系統(tǒng);
1.概述
本次主要新增車間供配電主要由6個(gè)變電所供電：輸送帶車間一變電所、煉膠車間變電所、辦公試驗(yàn)樓變電所、備品備件庫(kù)變電所、特種輸送帶車間變電所、輸送帶車間二變電所。
2.需求分析
為保證生產(chǎn)管理用電負(fù)荷的統(tǒng)計(jì)與分析及對(duì)危險(xiǎn)源實(shí)時(shí)監(jiān)控。需要對(duì)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的低壓配電柜、供電變壓器等電氣設(shè)備進(jìn)行電壓、電流、功率、溫度、濕度等參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)在線監(jiān)控。一旦監(jiān)控點(diǎn)被監(jiān)視參數(shù)異常，能夠及時(shí)檢測(cè)報(bào)警，有關(guān)人員采取必要的措施，避免安全事故的發(fā)生。
本技術(shù)條件適用于公司新建輸送帶車間一、煉膠車間、辦公試驗(yàn)樓、備品備件庫(kù)、特種輸送帶車間、輸送帶車間二的配電室采集柜。供方產(chǎn)品應(yīng)具有高安全性與可靠性、易于擴(kuò)展、便于維修與維護(hù)。供方提供的產(chǎn)品應(yīng)至少滿足本技術(shù)條件，但不僅于此，其技術(shù)性能應(yīng)滿足對(duì)配電室數(shù)據(jù)監(jiān)控的要求。
數(shù)據(jù)采集
自動(dòng)采集現(xiàn)場(chǎng)所有電量?jī)x表、溫度模塊等儀表的模擬量數(shù)據(jù)，自動(dòng)采集現(xiàn)場(chǎng)開光狀態(tài)以及故障狀態(tài)等開關(guān)量數(shù)據(jù)。
支持實(shí)時(shí)采集、自動(dòng)周期采集（定時(shí)采集）可配置周期（1分鐘～24小時(shí)）。
支持?jǐn)?shù)據(jù)傳輸正確性檢驗(yàn)，異常數(shù)據(jù)自動(dòng)處理。
支持多線程處理機(jī)制，提高數(shù)據(jù)采集效率，能同時(shí)對(duì)多個(gè)設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。
數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示采用配電室主接線圖直觀顯示模式，各回路開關(guān)斷合以及故障狀態(tài)直觀可見(jiàn)。
自動(dòng)采集現(xiàn)場(chǎng)2-31次諧波，生成圖表形式，方便進(jìn)行諧波分析。
數(shù)據(jù)分析與處理
數(shù)據(jù)的綜合統(tǒng)計(jì)、分析需要實(shí)現(xiàn)以下功能：
各設(shè)備用電數(shù)據(jù)小時(shí)、日、月、年等時(shí)間段內(nèi)的統(tǒng)計(jì)、計(jì)算。
各設(shè)備的用電負(fù)荷（有功、無(wú)功）平均值計(jì)算。
統(tǒng)計(jì)各分站及全廠的用電量（有功、無(wú)功）。
數(shù)據(jù)查詢與展示
要求能方便實(shí)現(xiàn)客戶端查詢和各級(jí)管理人員的查詢，查詢界面能適應(yīng)各級(jí)管理人員的要求能夠支持靈活的條件組合查詢和對(duì)比分析，各類統(tǒng)計(jì)分析的數(shù)據(jù)可靈活采用報(bào)表、棒圖、曲線圖等多種圖表方式直觀的展示功能。
數(shù)據(jù)展示功能按照不同用戶的不同的權(quán)限，分為操作層、管理層、決策層三層能耗展示。
操作層具備能耗分析、能耗累計(jì)用量、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、運(yùn)行記錄及比例、對(duì)比、對(duì)標(biāo)分析等功能。
管理層具備能耗數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和分析、分類分項(xiàng)的對(duì)比、對(duì)標(biāo)分析等功能。
決策層具備能耗數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)刪除、數(shù)據(jù)庫(kù)導(dǎo)入/導(dǎo)出等功能。
權(quán)限管理
要求對(duì)不同用戶賦予不同角色的權(quán)限，能授權(quán)到功能子菜單、具體檔案記錄、數(shù)據(jù)記錄等。
系統(tǒng)要求具備合理完善的用戶安全控制機(jī)制，能使應(yīng)用環(huán)境中的信息資源得到有效地保護(hù)，防止信息的丟失、失竊和破壞。
節(jié)能改造及效果評(píng)估
要求為生產(chǎn)節(jié)能改造提供數(shù)據(jù)支撐，并能提供節(jié)能改造前后的效果評(píng)估。
現(xiàn)場(chǎng)控制
要求具有繼電器輸出回路，輸出控制電壓類型交流、直流可選，視現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備而定。具有直觀電氣回路狀態(tài)顯示畫面，在監(jiān)控后臺(tái)可對(duì)現(xiàn)場(chǎng)回路進(jìn)行分閘操作。
參數(shù)設(shè)置
可通過(guò)采集柜設(shè)置各回路互感器變比，各種電流電壓保護(hù)整定值，溫度保護(hù)閾值。
故障判斷與報(bào)警
具有故障自動(dòng)判斷并采用聲光方式報(bào)警功能。報(bào)警類型包括開關(guān)故障，電壓、電流、溫度超限，現(xiàn)場(chǎng)采集模塊通訊故障，與監(jiān)控系統(tǒng)通訊故障等。報(bào)警時(shí)間自動(dòng)記入系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)，方便用戶查詢；同時(shí)系統(tǒng)通過(guò)計(jì)算機(jī)或短信模塊等方式，將報(bào)警信息及時(shí)發(fā)送到工作人員的手機(jī)，工作人員可隨時(shí)掌握變配電站實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)變配電運(yùn)行故障并作出相應(yīng)處理，提高變配電的管理效率，提升電力系統(tǒng)安全性、可靠性。
2 系統(tǒng)方案
安科瑞Acrel-2000系統(tǒng)根據(jù)青島橡六新廠區(qū)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，整體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)采用光纖環(huán)網(wǎng)，保障了廠區(qū)電力監(jiān)控系統(tǒng)傳輸?shù)姆€(wěn)定性與實(shí)時(shí)性。如下圖所示：站控管理層、網(wǎng)絡(luò)通訊層和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層。
根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)儀表分布情況，每個(gè)車間做一套電力監(jiān)控系統(tǒng)，6KV配電室及備品備件庫(kù)內(nèi)有電力儀表38臺(tái) 溫度巡檢儀5臺(tái)；辦公實(shí)驗(yàn)樓內(nèi)有電力儀表61臺(tái) 溫度巡檢儀3臺(tái)；煉膠車間內(nèi)有電力儀表86臺(tái) 溫度巡檢儀9臺(tái)；特種輸送帶車間有電力儀表39臺(tái) 溫度巡檢儀4臺(tái)；輸送帶車間一電有電力儀表93臺(tái) 溫度巡檢儀22臺(tái)；輸送帶車間一電有電力儀表64臺(tái) 溫度巡檢儀10臺(tái)。本工程中每個(gè)車間配有一臺(tái)PLC采集柜，采集現(xiàn)場(chǎng)智能設(shè)備的參數(shù)，傳送至該車間內(nèi)的監(jiān)控主機(jī)上，然后通過(guò)廠區(qū)環(huán)網(wǎng)交換機(jī)將數(shù)據(jù)上傳至監(jiān)控主站，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的整合及指令下發(fā)。下圖以輸送帶車間三（特種輸送帶車間）為例，展示了該車間的整體組網(wǎng)拓?fù)鋱D，其余車間與該組網(wǎng)方式一致，只是現(xiàn)場(chǎng)智能裝置數(shù)量不同。
1）站控管理層
站控管理層針對(duì)電力監(jiān)控系統(tǒng)的管理人員，是人機(jī)交互的直接窗口。在青島橡六遷建工程中主要指總站2臺(tái)監(jiān)控主機(jī)及每個(gè)分站的監(jiān)控主機(jī)。
2）網(wǎng)絡(luò)通訊層
通訊層主要是由西門子S7-200、Nport-5630串口服務(wù)器、環(huán)網(wǎng)交換機(jī)、以太網(wǎng)設(shè)備及總線網(wǎng)絡(luò)組成。其中S7-200的主要功能是監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)回路的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)及對(duì)現(xiàn)場(chǎng)回路的分閘控制；NPORT-5630串口服務(wù)器主要功能是監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)智能儀表及溫度模塊；以太網(wǎng)設(shè)備及總線網(wǎng)絡(luò)的主要功能是實(shí)現(xiàn)分站與主站之間的數(shù)據(jù)交互，使配電系統(tǒng)管理集中化、信息化、智能化，提高了配電系統(tǒng)的安全性、可靠性和穩(wěn)定性，達(dá)到了無(wú)人值守的目的。
3）現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層
現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層是數(shù)據(jù)采集終端，主要由智能儀表、溫度模塊、傳感器及斷路器組成，智能儀表與溫度模塊通過(guò)屏蔽雙絞線RS485接口，采用MODBUS通訊協(xié)議總線型連接接入通訊服務(wù)器，經(jīng)通訊服務(wù)器和交換機(jī)到達(dá)該車間監(jiān)控主機(jī)；斷路器控制觸點(diǎn)通過(guò)中間繼電器與S7-200相連，與監(jiān)控主機(jī)進(jìn)行組網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。
智能儀表現(xiàn)場(chǎng)連接示意
現(xiàn)場(chǎng)儀表以手拉手方式通過(guò)屏蔽雙絞線(RVSP2*1.0)進(jìn)行通訊連接，每根總線連接智能儀表數(shù)量在20只左右，不同種類的智能裝置連接在不同的總線上，然后將數(shù)據(jù)上傳至串口服務(wù)器Nport5630-8，進(jìn)而將數(shù)據(jù)上傳至當(dāng)?shù)乇O(jiān)控終端。具體連接示意圖如下所示：
現(xiàn)場(chǎng)連接示意
S7-200輸出控制點(diǎn)通過(guò)中間繼電器接至斷路器控制點(diǎn)位，電力監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)所有現(xiàn)場(chǎng)回路遠(yuǎn)程分閘功能。如下圖所示：
進(jìn)線回路采用ACR230ELH/K多功能諧波儀表，其是針對(duì)電力系統(tǒng)、工礦企業(yè)、公共設(shè)施、智能大廈的電力監(jiān)控需求而設(shè)計(jì)的網(wǎng)絡(luò)電力儀表，它能測(cè)量所有常規(guī)電力參數(shù)，如：三相電壓、電流、有功功率、無(wú)功功率、功率因數(shù)、頻率、有功電度、無(wú)功電度、并可監(jiān)測(cè)電壓、電流的2-31次諧波分量等多種電參量。并且本儀表帶有4路光電隔離開關(guān)量輸入接點(diǎn)和2路繼電器控制輸出接點(diǎn)，這些接點(diǎn)可以配合智能斷路器實(shí)現(xiàn)斷路器的遙信、遙控操作。該系列網(wǎng)絡(luò)電力儀表主要應(yīng)用于變電站自動(dòng)化、配電網(wǎng)自動(dòng)化、小區(qū)電力監(jiān)控、工業(yè)自動(dòng)化、能源管理系統(tǒng)及智能建筑等領(lǐng)域。
重要配出回路采用ACR220EL/K系列網(wǎng)絡(luò)電力儀表，該儀表主要測(cè)量所有常規(guī)電力參數(shù)，如：三相電壓、電流、有功功率、無(wú)功功率、功率因數(shù)、頻率、有功電度、無(wú)功電度。
3 系統(tǒng)功能
變電所實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)圖為主監(jiān)控畫面，主要實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)變電所所有回路的運(yùn)行狀態(tài)，紅色代表合閘，綠色代表分閘。在系統(tǒng)圖中可以直觀的看到每路進(jìn)線和出線的運(yùn)行參數(shù)和狀態(tài)，可以看 到變壓器出線側(cè)的所有常規(guī)電力參數(shù)，如：三相電壓、電流、有功功率、無(wú)功功率、功率因數(shù)、頻率、有功電度、變壓器溫度等，并可遠(yuǎn)程遙控?cái)嗦菲鞯姆趾祥l。如下圖所示：
變電所一次系統(tǒng)圖
遙信和遙測(cè)報(bào)警功能，主要完成對(duì)低壓各出線回路的開關(guān)運(yùn)行狀態(tài)和負(fù)載進(jìn)線監(jiān)控，對(duì)開關(guān)變位和負(fù)載越限彈出報(bào)警界面指示具體的報(bào)警位置并聲音報(bào)警，通過(guò)手機(jī)短信的形式發(fā)給當(dāng)天值班人員，提醒值班人員及時(shí)處理。負(fù)載越限值在相應(yīng)權(quán)限下可自由設(shè)置。具備歷史查詢功能，
支持對(duì)所有回路功率實(shí)時(shí)和歷史查詢報(bào)表，方便管理人員深入了解各負(fù)荷的運(yùn)行狀況。如下圖所示：
功率歷史報(bào)表
參數(shù)抄表功能，主要對(duì)低壓各出線回路的電參數(shù)進(jìn)線查詢。支持任意時(shí)刻電參數(shù)查詢，具備數(shù)據(jù)導(dǎo)出和報(bào)表打印等功能。該報(bào)表查詢6座變電所所有變壓器出線各低壓回路的電參數(shù)，主要包括：三相電流、有功功率和有功電度及變壓器溫度。該報(bào)表各回路名稱和數(shù)據(jù)庫(kù)關(guān)聯(lián)，方便用戶修改回路名稱。如下圖所示
電參數(shù)抄表
用電量報(bào)表功能，可選擇時(shí)間段進(jìn)行查詢，支持任意時(shí)間段電度累計(jì)查詢，具備數(shù)據(jù)導(dǎo)出和報(bào)表打印等功能。為值班人員提供了可靠的電能報(bào)表。該報(bào)表各回路名稱和數(shù)據(jù)庫(kù)關(guān)聯(lián)，方便用戶修改回路名稱。如下圖所示，顯示辦公樓實(shí)驗(yàn)樓配電回路的用電量，用戶可以直接打印報(bào)表，可以以EXCEL格式另存到其他位置。 如下圖所示：
辦公實(shí)驗(yàn)樓電能報(bào)表
系統(tǒng)通訊結(jié)構(gòu)示意圖，主要顯示系統(tǒng)的組網(wǎng)結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)采用分層分布式結(jié)構(gòu)，同時(shí)監(jiān)測(cè)間隔層設(shè)備的通信狀態(tài)。紅色表示通訊正常，綠色表示通訊故障。下圖為辦公實(shí)驗(yàn)樓通訊狀態(tài)示意圖。
辦公實(shí)驗(yàn)樓通訊結(jié)構(gòu)示意圖
負(fù)荷趨勢(shì)曲線界面中可直觀的查看回路的負(fù)荷運(yùn)行情況。查看實(shí)時(shí)和歷史趨勢(shì)曲線，點(diǎn)擊畫面相應(yīng)按鈕或菜單項(xiàng)可以完成相應(yīng)功能的切換；幫助用戶進(jìn)線趨勢(shì)分析和故障追憶，具備曲線打印功能。為分析整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行狀況提供了直觀而方便的軟件支持。如下圖所示：
趨勢(shì)曲線圖
復(fù)費(fèi)率電能報(bào)表功能，系統(tǒng)可設(shè)置任意變壓器回路的8時(shí)段費(fèi)率，同時(shí)設(shè)置峰平谷時(shí)段的電價(jià)，該報(bào)表支持打印和導(dǎo)出功能，管理人員根據(jù)系統(tǒng)可直接打印出任意時(shí)間段所用電費(fèi)單，如下圖所示:
復(fù)費(fèi)率報(bào)表
4 結(jié)束語(yǔ)
在當(dāng)今配電設(shè)施的應(yīng)用中，工礦企業(yè)的配電安全性至關(guān)重要，本文介紹的Acrel-2000電力監(jiān)控系統(tǒng)在青島橡膠六廠的應(yīng)用，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)變電所供配電回路用電的實(shí)時(shí)監(jiān)控，不僅能顯示回路用電狀況，還具有網(wǎng)絡(luò)通訊功能，可以與串口服務(wù)器、計(jì)算機(jī)等組成電力監(jiān)控系統(tǒng)。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)采集數(shù)據(jù)的分析、處理，實(shí)時(shí)顯示變電所內(nèi)各配電回路的運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)分合閘、負(fù)載越限具有彈出報(bào)警對(duì)話框、語(yǔ)音提示、短信報(bào)警燈，并生成各種電能報(bào)表、分析曲線、圖形等，便于電能的遠(yuǎn)程抄表以及分析、研究，同時(shí)可遠(yuǎn)程分合閘操控，該系統(tǒng)運(yùn)行安全、可靠、穩(wěn)定，為工廠解決用電問(wèn)題提供了真實(shí)可靠的依據(jù)，取得了較好的企業(yè)效益。
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