建筑樓宇
嘉定司法中心電能管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案
摘 要：本文介紹基于PZ系列可編程智能電測表的Acrel-3000電能管理系統(tǒng)在嘉定司法中心的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了分散式采集和集中控制管理的智能化電能計(jì)量管理。
關(guān)鍵詞：政府機(jī)關(guān)；智能電測表；電能管理軟件
0 引言
嘉定司法中心位于嘉定新城白銀路、永盛路路口，總占地面積85畝，總建筑面積9.2萬平方米，預(yù)計(jì)工程建安投資4億元，建成后，供區(qū)法院、檢察院、公安局、政法委、610辦公室在內(nèi)的政法系統(tǒng)單位辦公使用。該項(xiàng)目有1#（公安局）、2#（法院、檢察院）兩個(gè)變配電室，室內(nèi)的配電柜中安裝了安科瑞332塊PZ系列可編程智能電測表。為了能夠?qū)崿F(xiàn)電力參數(shù)實(shí)時(shí)遙測、電能計(jì)量、電能報(bào)表等功能，系統(tǒng)采用Acrel-3000電能管理軟件，做到集中管理、集中控制，省去了值班人員現(xiàn)場抄表的煩瑣，具有投資少、簡明實(shí)用、便于智能管理等優(yōu)點(diǎn)。
1. 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
Acrel-3000電能管理軟件是對現(xiàn)場生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集與過程控制的專用軟件，特點(diǎn)是能以靈活多樣的“組態(tài)方式”而不是編程方式來進(jìn)行系統(tǒng)集成，它提供了良好的用戶開發(fā)界面和簡捷的工程實(shí)現(xiàn)方法，只要將其預(yù)設(shè)置的各種軟件模塊進(jìn)行簡單的“組態(tài)”，便可以非常容易地實(shí)現(xiàn)和完成監(jiān)控層的各項(xiàng)功能。比如在分布式網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中，所有應(yīng)用（例如趨勢曲線、報(bào)警等）對遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)的引用方法與引用本地?cái)?shù)據(jù)完全相同，通過“組態(tài)”的方式大大縮短了自動化工程師的系統(tǒng)集成時(shí)間，提高了集成效率。嘉定司法中心電能管理系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1。
圖1 系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖
系統(tǒng)采用分布式結(jié)構(gòu)，按功能或區(qū)域進(jìn)行劃分，模塊化設(shè)計(jì)。整個(gè)系統(tǒng)分為三層，即現(xiàn)場層、中間層、主控層。
1.1現(xiàn)場層
現(xiàn)場層主要任務(wù)是將現(xiàn)場的各種配電系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行采集和測量，并將采集和測量的各種數(shù)據(jù)傳輸給監(jiān)控系統(tǒng)。其中1#變配電室主要設(shè)備是：PZ80-E3/KC、PZ80-E4/KC、PZ80-AI3/KC可編程智能電測表共168塊；2#變配電室主要設(shè)備是：PZ80-E3/KC、PZ96-E4/KC、PZ96-AI3/KC、PZ72-AI3/KC可編程智能電測表共164塊。上述設(shè)備均相互獨(dú)立完成各自的功能，不依賴主控計(jì)算機(jī)運(yùn)行，具備RS-485 通信接口，通過現(xiàn)場的RS-485總線將檢測到的各項(xiàng)電參數(shù)和狀態(tài)信號實(shí)時(shí)傳輸?shù)街虚g層的數(shù)據(jù)處理單元—通訊服務(wù)器。
PZ系列可編程智能電測表，該系列儀表采用交流采樣技術(shù)，能分別測量電網(wǎng)中的電流、電壓、功率、功率因數(shù)和電能等參數(shù)，可通過面板薄膜開關(guān)設(shè)置倍率。帶RS-485通訊接口，采用Modbus協(xié)議；也可將電量信號轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的直流模擬信號輸出；或帶開關(guān)量輸入／輸出，繼電器報(bào)警輸出等功能。
1.2中間層
中間層位于現(xiàn)場層與主控層之間，采用高性能、嵌入式通訊服務(wù)器。通訊服務(wù)器負(fù)責(zé)把現(xiàn)場層儀表采集的數(shù)據(jù)經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)通信聯(lián)接、數(shù)據(jù)交換上傳到主控層，是主控層與現(xiàn)場層的橋梁。
1.3主控層
主控層位于1#公安局變配電室旁的值班室，配置高性能、高可靠性工業(yè)級計(jì)算機(jī)、UPS不間斷電源、打印機(jī)等。Acrel-3000電能管理軟件安裝在主控計(jì)算機(jī)上，通過軟件的人機(jī)界面和各種管理功能實(shí)現(xiàn)對整個(gè)大樓電力系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控和報(bào)表管理。
嘉定司法中心的值班室位于1#公安局負(fù)一層變配電室旁，配置一臺工業(yè)網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)；2#變配電室現(xiàn)場采用13根總線，使用一臺16口的串口服務(wù)器，通過光纖連接至1#值班室內(nèi)的交換機(jī)上；1#變配電室現(xiàn)場采用13根總線，使用一臺16口的串口服務(wù)器，連接至值班室內(nèi)的交換機(jī)；再通過大樓的局域網(wǎng)把數(shù)據(jù)傳輸?shù)胶笈_系統(tǒng)。
2. 電能管理系統(tǒng)的主要功能
系統(tǒng)依據(jù)客戶實(shí)際需求進(jìn)行設(shè)計(jì)，并實(shí)現(xiàn)了一次主接線圖界面顯示；電參量遙測及電參量越限報(bào)警；事件記錄；系統(tǒng)運(yùn)行異常監(jiān)測；故障報(bào)警及操作記錄；報(bào)表查詢與打??；系統(tǒng)負(fù)荷實(shí)時(shí)、歷史曲線，用戶權(quán)限管理等主要功能。
2.1 數(shù)據(jù)采集與處理
數(shù)據(jù)采集是配電監(jiān)控的基礎(chǔ)，數(shù)據(jù)采集主要由底層多功能網(wǎng)絡(luò)儀表采集完成，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)的本地實(shí)時(shí)顯示。需要完成采集的信號包括：三相電壓U、三相電流I、頻率Hz、功率P、功率因數(shù)COSφ、電度Ep、遠(yuǎn)程設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)等數(shù)據(jù)。
數(shù)據(jù)處理主要是把按要求采集到的電參量實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的顯示給用戶，達(dá)到配電監(jiān)控的自動化化和智能化要求，同時(shí)把采集到的數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫供用戶查詢。
2.2 人機(jī)交互
系統(tǒng)提供簡單、易用、良好的用戶使用界面。采用全中文界面，CAD圖形顯示低壓配電系統(tǒng)電氣一次主接線圖，顯示配電系統(tǒng)設(shè)備狀態(tài)及相應(yīng)實(shí)時(shí)運(yùn)行參數(shù)，畫面定時(shí)輪巡切換；畫面實(shí)時(shí)動態(tài)刷新；模擬量顯示；開關(guān)量顯示；連續(xù)記錄顯示等。
2.3 故障報(bào)警及事故追憶
在配電系統(tǒng)發(fā)生運(yùn)行故障時(shí)，會及時(shí)發(fā)出聲光報(bào)警提示用戶及時(shí)響應(yīng)故障回路，同時(shí)自動記錄事件發(fā)生的時(shí)間地點(diǎn)，以被用戶查詢，追憶故障原因。
2.4 數(shù)據(jù)庫建立與查詢
主要完成遙測量和遙信量定時(shí)采集，并且建立數(shù)據(jù)庫，定期生成報(bào)表，以供用戶查詢打印。
2.5 用戶權(quán)限管理
針對不同級別的用戶，設(shè)置不同的權(quán)限組，防止因人為誤操作給生產(chǎn)，生活帶來的損失，實(shí)現(xiàn)配電系統(tǒng)的安全，可靠運(yùn)行。
2.6 運(yùn)行負(fù)荷曲線
定時(shí)采集進(jìn)線及重要回路電流負(fù)荷參量，自動生成運(yùn)行負(fù)荷趨勢曲線的，方便用戶及時(shí)了解設(shè)備的運(yùn)行負(fù)荷狀況。
2.7 電能成本管理
自動進(jìn)行日、月、年的電能統(tǒng)計(jì)，可以進(jìn)行尖、峰、平、谷時(shí)段設(shè)定，實(shí)現(xiàn)具有電能分時(shí)計(jì)費(fèi)功能，同時(shí)生成日、月、年報(bào)表。
3. 案例分析
上海市嘉定區(qū)司法中心低壓配電系統(tǒng)主要有8臺10/0.4 kV配電變壓器和2臺應(yīng)急發(fā)電機(jī)，本系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)對低壓進(jìn)線及相應(yīng)配出回路的實(shí)時(shí)動態(tài)監(jiān)測。
進(jìn)線回路采用PZxx-E4/KC，它能測量三相電壓、三相電流、有功功率、無功功率、功率因數(shù)、頻率、有功電能、無功電能等多種電參量，并帶有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),帶RS485通訊接口。
配出回路采用PZxx-AI3/KC，它能測量三相電流，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)，帶RS485通訊接口。
高壓配電系統(tǒng)主要監(jiān)測高壓回路的運(yùn)行狀態(tài)，紅色代表合閘，綠色代表分閘；并在畫面上動態(tài)顯示三相電流、線電壓。見圖2。
圖2 1#（公安局）高壓配電系統(tǒng)圖
低壓配電系統(tǒng)主要監(jiān)測運(yùn)行設(shè)備的電參量，其中包括：進(jìn)線三相電流，功率，功率，電能，頻率等電參量及配出回路的三相電流，見圖3。
圖3 T1變壓器低壓配電系統(tǒng)圖
系統(tǒng)通訊狀態(tài)圖，可實(shí)時(shí)查看系統(tǒng)各設(shè)備通訊運(yùn)行情況，見圖4。
圖4 1#（公安局）配電室通訊狀態(tài)
遠(yuǎn)程抄表功能，完成對各主要回路的實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程集抄功能，見圖5。
圖5 遠(yuǎn)程抄表
電能報(bào)表功能，根據(jù)時(shí)間段可以查詢各回路的用電量情況，定期打印報(bào)表，見圖6；
圖6 電能報(bào)表
趨勢曲線，可直觀的查看回路的負(fù)荷運(yùn)行情況，見圖7。
圖7 趨勢曲線
事件記錄功能，事件記錄報(bào)警可實(shí)時(shí)歷史查看，見圖8；
圖8 事件記錄
4. 設(shè)備與投資
根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況所配置的系統(tǒng)硬件含采集裝置、電源、工作站主機(jī)、打印設(shè)備、系統(tǒng)軟件、弱電安裝施工等總計(jì)費(fèi)用為14萬元左右。配電各環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)均可通過監(jiān)控主機(jī)集中顯示，方便配電管理人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)配電故障環(huán)節(jié)，按月統(tǒng)計(jì)用電數(shù)據(jù)，又可以轉(zhuǎn)發(fā)上傳至樓宇自控系統(tǒng)BAS，便于整體調(diào)度。相對于傳統(tǒng)的電工抄表、統(tǒng)計(jì)雖增加了一次投入，但智能化程度大大提高，節(jié)省了人力資本的投入。省去了值班人員現(xiàn)場抄表的煩瑣，具有投資少、簡明實(shí)用、便于智能管理等優(yōu)點(diǎn)。
5. 結(jié)束語
Acrel-3000電能管理系統(tǒng)具有通用性好、可靠性高、組態(tài)靈活等優(yōu)點(diǎn)，在嘉定司法中心項(xiàng)目上得以成功應(yīng)用。隨著計(jì)算機(jī)信息技術(shù)的普及，低壓配電智能化的要求也越來越高，變配電監(jiān)控及低壓配電管理使得實(shí)現(xiàn)配電室的無人職守成為現(xiàn)實(shí)，系統(tǒng)對各種用電設(shè)備的歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)和狀態(tài)進(jìn)行管理分析，便于維護(hù)人員明確設(shè)備狀況，制定詳細(xì)的設(shè)備維護(hù)計(jì)劃，減少人力投入，提高工作效率，從而降低整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)營成本。
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