安科瑞電氣股份有限公司  上海嘉定  201801

摘 要：動力分廠的低壓電能是電力管理的關鍵內(nèi)容，能夠幫助管理人員詳細了解電力資源分配情況，分析其合理性，對各項電力設備的耗能情況予以評估。但是傳統(tǒng)計量模式及管理模式均具有一定局限性，在復雜環(huán)境下檢測的數(shù)據(jù)也具有及時性不佳、準確性待提升等弊端，因此不利于電能合理管控，探究更加智能的管理系統(tǒng)成為重要工作內(nèi)容。本項目中智能低壓電能在線管理系統(tǒng)的設計意在實現(xiàn)管理的智能化和數(shù)字化，提升管理質(zhì)量，文章詳細介紹了系統(tǒng)設計的各項參數(shù)及應用優(yōu)勢，能夠在很大程度上保證電能系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，同時實現(xiàn)節(jié)能降耗。。 

關鍵詞：動力分廠；智能低壓電能在線管理系統(tǒng)；節(jié)能降耗

 

       動力分廠在企業(yè)中發(fā)揮關鍵作用，為總、分公司提供動力支持，其中的低壓配電室管理又在其中占據(jù)重要位置。當前如何提升低壓配電室電能管理質(zhì)量已成為各個企業(yè)需面臨的主要難題，也是合理分配企業(yè)電能資源、提升企業(yè)綜合競爭力的核心所在。在企業(yè)發(fā)展規(guī)模不斷擴大、市場競爭愈發(fā)激烈的影響下，實現(xiàn)低壓電能智能化、信息化管控已成為必然。

 

       動力分廠主要的任務是為全廠提供充足電能，服務范圍不僅包括總公司，還包括下屬分公司。當前低壓配電室的電能計量系統(tǒng)計量方式一般為針電能表、機械電能表或者電子式直讀表，雖具有數(shù)據(jù)測量功能，但是不支持數(shù)據(jù)實時上傳，且系統(tǒng)內(nèi)設備繁多。傳統(tǒng)計量方式下統(tǒng)計周期長、工作量大，數(shù)據(jù)分析的準確性將受到較大影響，無法幫助管理人員有效衡量廠區(qū)用電情況。不僅如此，部分計量使用儀用變壓器安裝，存在一定安全隱患，可能影響設備的穩(wěn)定運行。本項目的智能低壓電能在線管理系統(tǒng)意在通過智能管理的構(gòu)建提升廠區(qū)電能管理質(zhì)量，提升設備自動化、智能化水平，對區(qū)域電能使用情況予以有效統(tǒng)計和監(jiān)控，促使廠區(qū)節(jié)能降耗，為設備升級提供充分且科學的數(shù)據(jù)參考。

 

2.1　服務范圍

     （1）總公司?？偣竟灿械蛪号潆娛?3個，更換的導軌式電能表、多功能測控電表、儀用變壓器、無線采集器分別為474臺、62臺、1422臺、23臺，此外應將電能管理系統(tǒng)安裝于整流所主控室，并安裝一臺無線采集器。

     （2）分公司。分公司共有低壓配電室24個，更換的導軌式電能表、多功能測控電表、儀用變壓器、無線采集器分別為171臺、59臺、513臺、23臺，此外與總公司相同，應將電能管理系統(tǒng)安裝于整流所主控室，安裝一臺無線采集器。此外，總公司及分公司各低配室內(nèi)需要于母聯(lián)柜、低壓進線柜面板處安裝多功能測控電表，饋出柜則配置導軌式三相電能表及一次電流互感器。整流所主控室操作臺則要配備服務器主機，于其中安裝電能計量監(jiān)控系統(tǒng)軟件。由于部分分公司未實現(xiàn)5G網(wǎng)絡覆蓋，此部分公司使用通訊光纖傳輸信號。

2.2　系統(tǒng)組網(wǎng)方式

       低壓配電室安裝的多功能測控表可以將測得的數(shù)據(jù)通過有線或無線方式上傳至無線采集器；導軌式三相電能表可以將測得的數(shù)據(jù)通過LoRa無線方式上傳至無線采集器?？偣炯胺止镜团涫覠o線采集器均可使用5G網(wǎng)絡實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，匯總至整流所主控室服務器。但是需要注意的是，電能計量管理系統(tǒng)需提前預約接口供集控系統(tǒng)平臺使用。

 

3.1　導軌式三相電能表

    （1）使用環(huán)境。相對濕度則要求在無冷凝環(huán)境下處于5%至95%。

    （2）安裝要求。在符合低壓開關柜位置及尺寸的基礎上選擇標準導軌式安裝。

    （3）電磁兼容性及防護等級。設備需在高濕度、腐蝕氣體、強電磁感染環(huán)境下工作，因此元件需采用防潮、防腐、穩(wěn)定性強的工藝進行制造。此外，電磁兼容性需在EMC3級以上、防護性能需在IP52級以上。

    （4）液晶顯示。導軌式三相電能表需安裝液晶顯示屏，且滿足高清晰度、高亮度、帶背光支持的特點，用以顯示電壓、電能、功率因素、電流以及DI狀態(tài)等各項數(shù)據(jù)。

    （5）測量功能。此電能表能夠測量的參數(shù)較多，其中主要包括三相電流、三相電壓、雙向有功功率及電度、雙向無功功率及電度、功率因數(shù)、電壓不平衡度、零序電流、15min需量等。

    （6）I/O輸入輸出。開關量輸入、輸出接點需在2路以上，可實現(xiàn)現(xiàn)場斷路器分合閘。

    （7）通訊。配置LoRa無線通信接口，用以將采集的數(shù)據(jù)傳輸至電能管理系統(tǒng)主機，同時刷新開關量變位及系統(tǒng)實時數(shù)據(jù)；配置RS-485通訊口，用以作為備用通信接口。

    （8）事件記錄。事件記錄功能的配備可用于管理人員后期查詢報警、開關量變位等各項數(shù)據(jù)，記錄條目在32條以上，停電后自動保存數(shù)據(jù)。

    （9）需量。電能表可自行計算正向有功、無功功率實時需量等。

    （10）諧波分析。諧波分析功能的配備能夠?qū)﹄娏髦C波總畸變率、回路電壓等實施監(jiān)測，分次諧波數(shù)據(jù)應在31次以上。

    （11）定值越限。電能表支持電氣量越限報警功能，可采用相電壓越上限及越下限、電流越上限及越下限、線電壓越上限及越下限、總功率因數(shù)越上限及越下限、線電壓越上限及越下限等，另外越限報警事件需在6組以上，越限后系統(tǒng)自動開啟繼電器出口。

3.2　多功能測控電表

    （1）安裝要求。在符合低壓開關柜位置及尺寸的基礎上選擇標開孔嵌入式安裝。

    （2）I/O輸入輸出。多功能測控電表需配備開關量輸入接點4路以上、開關量輸出接點2路以上，可實現(xiàn)現(xiàn)場斷路器分合閘。

    （3）通訊。多功能測控電表配置RS-485通訊口，用以將采集的數(shù)據(jù)傳輸至電能管理系統(tǒng)主機，同時刷新開關量變位及系統(tǒng)實時數(shù)據(jù)。事件順序記錄分辨率應為1ms。

    （4）其他。多功能測控電表使用環(huán)境、電磁兼容性及防護等級、液晶顯示、測量功能、事件記錄、需量、諧波分析、定值越限等均與導軌式三相電能表配置相同。

3.3　無線采集器

    （1）使用環(huán)境及防護等級。無線采集器使用環(huán)境及防護等級、電磁兼容性等與導軌式三相電能表相同。

    （2）通信參數(shù)。以太網(wǎng)參數(shù)：配置4個以上標準RJ45型以太網(wǎng)接口，另外內(nèi)部建立1.5kV磁隔離保護。串口通信參數(shù)：配置8個以上RS485接口，另外內(nèi)部建立3kV磁隔離保護、防靜電保護、防雷保護、靜電保護。

    （3）網(wǎng)絡要求。無線采集器需支持5G網(wǎng)絡。

    （4）LoRa通信參數(shù)。32個以上通信信道，工作頻段為470~510MHz，主要采用LoRa調(diào)制方式，但是同時也支持包括FSK、GFSK在內(nèi)的傳統(tǒng)調(diào)制方式。空曠條件下極限通信距離為3000m。

    （5）數(shù)據(jù)采集功能。8個以上RS-485接口、以太網(wǎng)接口及LoRa接口。采集方式可分為實時采集（對各電表數(shù)據(jù)通過在線輪詢法實時采集）、指令采集（接收到數(shù)據(jù)中心命令后立刻采集）和定時自動采集（依據(jù)預先設置的時間定時采集）。

    （6）數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)功能。配備8個以上轉(zhuǎn)發(fā)通道，相互獨立，同時配套轉(zhuǎn)發(fā)規(guī)約、通信地址以及端口。

    （7）數(shù)據(jù)存儲。采集器支持15d以上數(shù)據(jù)存儲，且在出現(xiàn)故障或者斷電時能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的自動保存，當服務器恢復后可將保存的數(shù)據(jù)上傳至后臺服務器數(shù)據(jù)庫，保證數(shù)據(jù)不丟失。

    （8）透明傳輸功能。要求配備集成串口服務器功能，以此對智能終端設備與主站的數(shù)據(jù)交流予以控制。

    （9）邏輯可編程功能。能夠通過邏輯運算、算術(shù)運算進一步分析遙測、電能等數(shù)據(jù)，并將計算成果分享至主站，還可使用運算結(jié)果遙控出口；二次邏輯編程有利于預期輸出結(jié)果的實現(xiàn)。

    （10）系統(tǒng)校時功能?？娠@示時鐘并支持SNTP對時、主站通信對時，誤差控制在0.5s/d以下。

    （11）輸入輸出功能。系統(tǒng)輸入信號4路以上，24V額定電壓，10ms事件分辨率；系統(tǒng)輸出信號2路以上，分別為常開DO、常開常閉Alarm，人員可以利用軟件對常開DO進行設置，作為常規(guī)DO用以邏輯控制輸出。

3.4　服務器

    （1）處理器?？偣尽⒎止揪渲盟椒掌?，處理器型號為至強E-2225G，3.7GHz CUP頻率。

    （2）內(nèi)存容量。服務器內(nèi)存容量為16GB。

    （3）硬盤容量。服務器硬盤為SATA可擴展，容量為2TB，擴展后可達32TB。

    （4）USB。同時配置USB2.0、USB3.0，數(shù)量分別為4個、6個。

    （5）內(nèi)置硬盤托架。配置6個內(nèi)置硬盤托架支持大存儲容量。

    （6）操作系統(tǒng)。操作系統(tǒng)選擇Win10中文標準版。

    （7）4個DIMM插槽，支持DDR4內(nèi)存容量。

    （8） 液 晶 顯 示 器 。 顯 示 器 分 辨 率 為1920*1080，面板尺寸32英寸，60Hz刷新率，5ms響應時間。另外配置VGA接口和HDMI接口。 

 

4.1　電力監(jiān)控功能

    （1）數(shù)據(jù)采集與處理。本項目可準確采集、處理多種能源及生產(chǎn)數(shù)據(jù)，且數(shù)據(jù)穩(wěn)定、可靠、及時，使用專門數(shù)據(jù)庫儲存數(shù)據(jù)，期限在3年以上，系統(tǒng)支持設備為5000個以上。電能計量監(jiān)控系統(tǒng)軟件中的采集程序可同時進行多設備采集，實現(xiàn)分布式數(shù)據(jù)采集，另外可就地前置，與實時監(jiān)控主機，獨立運行，一旦監(jiān)控主機發(fā)生故障不會對采集程序造成影響。該軟件系統(tǒng)同時支持主備冗余機制，程序間需實現(xiàn)無縫切換，間隔時間在8s以下。數(shù)據(jù)采集程序還可以對數(shù)據(jù)予以統(tǒng)計、分析、修正，同時擁有自我保護機制，即在系統(tǒng)通信中斷后仍可通過智能裝置中數(shù)據(jù)的讀取恢復重要信息。

    （2）實時監(jiān)控報警。監(jiān)控設備的主要任務就是在運行異常時發(fā)出報警信號，通過語音報警、監(jiān)控畫面推送、閃爍提示等實現(xiàn)監(jiān)控的有效執(zhí)行。

    （3）事件記錄查詢。告警發(fā)生時電能計量監(jiān)控系統(tǒng)軟件將會實時彈出警告畫面，詳細展示日期、時間、告警類型并定位告警部位且按照事件將會進行分級報警，顯示不同的顏色和特征值，有利于人員進行針對性處理。告警信息及處理結(jié)果將自動儲存至相關數(shù)據(jù)庫，同時支持事件查詢，人員可在軟件內(nèi)按照時間、關鍵詞等進行快速檢索。

    （4）趨勢曲線分析。軟件具有歷史數(shù)據(jù)分析功能，可以詳細、智能分析歷史數(shù)據(jù)，類型多樣，包括棒圖分析、曲線分析等，同時支持多種視圖類型。

    （5）故障錄波分析功能。故障錄波分析模塊可正確讀取故障波形文件并進行計算和分析，顯示變化趨勢，波形分析界面能直觀查詢故障量相關參數(shù)，可展示矢量圖形，同時能夠?qū)崿F(xiàn)波形數(shù)據(jù)導出、PNG圖片輸出。

    （6）標準報表模板。系統(tǒng)支持報表統(tǒng)計，系統(tǒng)內(nèi)所有設備的電能信息均可統(tǒng)計在程序內(nèi)并通過報表形式分析和傳輸，同時支持對比統(tǒng)計、自定義計算、手動修改數(shù)據(jù)、自定義表格形式、信息查詢、Excel格式轉(zhuǎn)化、數(shù)據(jù)的二次處理等功能，人員可以進行報表打印，可以發(fā)送至郵箱。

4.2　電能管理

    （1）電能計量管理。支持自定義設置電能計量點周期，可根據(jù)實際所需周期選擇電能用量的統(tǒng)計分析；支持自定義時間段統(tǒng)計報表的顯示和輸出；可進行同比、環(huán)比、統(tǒng)計排名，支持多節(jié)點分析。

    （2）需量管理。支持需量計算功能，經(jīng)監(jiān)控詳細了解各設備需量變化趨勢，以此分析月度基本電費，了解設備運行過程中的可優(yōu)化之處并予以調(diào)整。需量計算可幫助管理人員有效識別耗電源，對于降低能耗、控制波峰電價用電、減少用電費用有重要現(xiàn)實意義。所有分析的參數(shù)可通過棒圖、曲線圖等形式顯示，同時管理者可經(jīng)Web管理界面查詢。需量計算功能下系統(tǒng)可設置多級需量限值超約預警，以此電能管理質(zhì)量和效率。

4.3　系統(tǒng)維護功能

     為系統(tǒng)設置安全權(quán)限，用戶角色不同，可按照自身權(quán)限大小使用口令登錄系統(tǒng)，對系統(tǒng)實施不同操作，操作記錄將由數(shù)據(jù)庫保存；軟件可按照企業(yè)管理組織結(jié)構(gòu)對訪問權(quán)限予以針對性設置，按權(quán)限對訪問范圍和節(jié)點予以分配，另外支持設置分層分級用戶群組。

4.4　數(shù)據(jù)庫維護和管理

     系統(tǒng)兼容性強，支持數(shù)據(jù)庫連接，配備主備數(shù)據(jù)庫同步機制，以此實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫合并。數(shù)據(jù)庫維護便捷，可方便地進行數(shù)據(jù)備份和還原，同時人員可以歸檔管理數(shù)據(jù)，后期也可查詢和導出維護記錄。

4.5　擴展功能

     監(jiān)控系統(tǒng)需具有通信接口擴展功能，便于各項設備的接入以及集成數(shù)據(jù)的交互，同時支持二次開發(fā)。支持標準規(guī)約設備、非標準規(guī)約設備的接入，另外支持標準下的遠傳規(guī)約轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)。

 

5.1概述

       用戶端消耗著整個電網(wǎng)80%的電能，用戶端智能化用電管理對用戶可靠、節(jié)約用電有十分重要的意義。構(gòu)建智能用電服務體系，推廣用戶端智能儀表、智能用電管理終端等設備用電管理解決方案，實現(xiàn)電網(wǎng)與用戶的雙向良性互動。用戶端急需解決的研究內(nèi)容主要包括：的表計，智能樓宇、智能電器、增值服務、客戶用電管理系統(tǒng)、需求側(cè)管理等課題。

      Acrel-3000WEB電能管理解決方案通過對用戶端用電情況進行細分和統(tǒng)計，以直觀的數(shù)據(jù)和圖表向管理人員或決策層展示各分項用電的使用消耗情況，便于找出高耗能點或不合理的耗能習慣，有效節(jié)約電能，為用戶進一步節(jié)能改造或設備升級提供準確的數(shù)據(jù)支撐。

5.2應用場所

     （1）辦公建筑（商務辦公、大型公共建筑等）；

     （2）商業(yè)建筑（商場、金融機構(gòu)建筑等）；

     （3）旅游建筑（賓館飯店、娛樂場所等）；

     （4）科教文衛(wèi)建筑（文化、教育、科研、醫(yī)療衛(wèi)生、體育建筑等）；

     （5）通信建筑（郵電、通信、廣播、電視等）；

     （6）交通運輸建筑（機場、車站、碼頭建筑等）。

5.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

 

5.4系統(tǒng)功能

1）實時監(jiān)測

     系統(tǒng)人機界面友好，以配電一次圖的形式直觀顯示配電線路的運行狀態(tài)，實時監(jiān)測各回路電壓、電流、功率、功率因數(shù)、電能等電參數(shù)信息，動態(tài)監(jiān)視各配電回路斷路器、隔離開關、地刀等合、分狀態(tài)，以及有關故障、告警等信號。

 

2）電能統(tǒng)計報表

     系統(tǒng)以豐富的報表支撐計量體系的完整性。系統(tǒng)具備定時抄表匯總統(tǒng)計功能，用戶可以自由查詢自系統(tǒng)正常運行以來任意時間段內(nèi)各配電節(jié)點的用電情況，即該節(jié)點進線用電量與各分支回路消耗電量的統(tǒng)計分析報表。該功能使得用電可視透明，并在用電誤差偏大時可分析追溯，維護計量體系的正確性。

 

 

3）詳細電參量查詢

      在配電一次圖中，當鼠標移動到每個回路附近時，鼠標指針變?yōu)槭中?，鼠標單擊可查看該回路詳細電參量，包括三相電流、三相電壓、三相總有功功率、總無功功率、總功率因數(shù)、正向有功電能，并可以查看24小時相電流趨勢曲線及24小時電壓趨勢曲線。

 

4）運行報表

     系統(tǒng)具有實時電力參數(shù)和歷史電力參數(shù)的存儲和管理功能，所有實時采集的數(shù)據(jù)、順序事件記錄等均可保存到數(shù)據(jù)庫，在查詢界面中能夠自定義需要查詢的參數(shù)、時間或選擇查詢更新的記錄數(shù)據(jù)等，并通過報表方式顯示出來。用戶可以根據(jù)需要定制運行日報、月報，支持導出Excel格式文件，還可以根據(jù)用戶要求導出PDF格式文件。

 

5）變壓器運行監(jiān)視

      系統(tǒng)對配電系統(tǒng)總進線、主變壓器、重要負荷出線的運行狀態(tài)進行在線實時監(jiān)視，用曲線顯示電流、變壓器運行溫度、有功需量、有功功率、視在功率、變壓器負荷率等運行趨勢，分析變壓器負荷率及損耗，方便運行維護人員及時掌握運行水平和用電需求，確保供電安全可靠。

 

6）實時報警

     系統(tǒng)具有實時報警功能，系統(tǒng)能夠?qū)ε潆娀芈窋嗦菲?、隔離開關、接地刀分、合動作等遙信變位，保護動作、事故跳閘，以及電壓、電流、功率、功率因數(shù)越限等事件進行實時監(jiān)測，并根據(jù)事件等級發(fā)出告警。系統(tǒng)報警時自動彈出實時報警窗口，并發(fā)出聲音或語音提醒。

 

7）歷史事件查詢

     系統(tǒng)能夠?qū)b信變位，保護動作、事故跳閘，以及電壓、電流、功率、功率因數(shù)越限等事件記錄進行存儲和管理，方便用戶對系統(tǒng)事件和報警進行歷史追溯，查詢統(tǒng)計、事故分析。

 

8）電能質(zhì)量監(jiān)測

      系統(tǒng)可以對整個配電系統(tǒng)范圍內(nèi)的電能質(zhì)量進行持續(xù)性的監(jiān)測，運行維護人員可以通過諧波分析棒圖、報表掌握進線、變壓器、重要回路的電壓、電流諧波畸變率、諧波含量、電壓不平衡度等，及時采取相應的措施，降低諧波損耗，減少因諧波造成的異常和事故(該功能需要選配帶諧波監(jiān)測功能的電力儀表，不需要可刪除。

 

9）遙控操作

     系統(tǒng)支持對斷路器、隔離開關、接地刀等進行分、合遙控操作。系統(tǒng)具有嚴格的密碼保護和操作權(quán)限管理功能，對于每次遙控操作，系統(tǒng)自動生成操作記錄，記錄內(nèi)容包含操作人、操作時間、操作類型等。實現(xiàn)該功能需要斷路器本身具有電操機構(gòu)及保護保測控裝置具備遙控功能等硬件設備的支持。

 

10）用戶權(quán)限管理

       系統(tǒng)為保障系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行，設置了用戶權(quán)限管理功能。通過用戶權(quán)限管理能夠防止未經(jīng)授權(quán)的操作（如配電回路名稱修改等）?？梢远x不同級別用戶的登錄名、密碼及操作權(quán)限，為系統(tǒng)運行、維護、管理提供可靠的安全保障。

 

11）通訊狀態(tài)圖

       系統(tǒng)支持實時監(jiān)視接入系統(tǒng)的各設備的通訊狀態(tài)，能夠完整的顯示整個系統(tǒng)網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)；可在線診斷設備通訊狀態(tài)，發(fā)生網(wǎng)絡異常時能自動在界面上顯示故障設備或元件及其故障部位。從而方便運行維護人員實時掌握現(xiàn)場各設備的通訊狀態(tài)，及時維護出現(xiàn)異常的設備，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

 

12）視頻監(jiān)控

        視頻監(jiān)控展示了當前實時畫面（視頻直播），選中某一個變配電站，即可查看該變配電站內(nèi)視頻信息。

 

13）用戶報告

       用戶報告頁面主要用于對選定的變配電站自動匯總一個月的運行數(shù)據(jù)，對變壓器負荷、配電回路用電量、功率因數(shù)、報警事件等進行統(tǒng)計分析。

 

14）APP支持

       電力運維手機支持“監(jiān)控系統(tǒng)"、“設備檔案"、“待辦事項"、“巡檢記錄"和“缺陷記錄"五大模塊，支持一次圖、需量、用電量、視頻、曲線、溫濕度、同比、環(huán)比、電能質(zhì)量、各種事件報警查詢，設備檔案查詢、待辦事件處理、巡檢記錄查詢等。

 

5.5系統(tǒng)硬件配置

 

6 結(jié)語

      動力分廠智能低壓電能在線管理系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)總公司、分公司電能管理的信息化及自動化水平，提升人員工作質(zhì)量，可以助管理者詳細準確地了解廠區(qū)范圍內(nèi)電能使用情況，合理分配能源、及時發(fā)現(xiàn)問題，對于節(jié)能降耗、促使企業(yè)可持續(xù)健康發(fā)展有關鍵現(xiàn)實意義，還有利于提升企業(yè)綜合競爭力。

【1】孫艷坤，劉康，孫偉，鮑學超，錢景磊，鄭子龍，動力分廠智能低壓電能在線管理系統(tǒng)設計與應用研究.

【2】石炳君.機關大樓老舊配電設備加裝電能管理系統(tǒng)的方法[J].江蘇科技信息,2020,37(12):60-65.

【3】安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊.2022.05