摘要：介紹安科瑞能效管理系統(tǒng)，采用智能電力儀表采集35KV配電現(xiàn)場的各種電參量。系統(tǒng)采用現(xiàn)場就地組網(wǎng)的方式，組網(wǎng)后通過現(xiàn)場總線通訊遠(yuǎn)傳至監(jiān)控后臺，通過能效管理系統(tǒng)實現(xiàn)對變電所配電回路用電的實時監(jiān)控、分析及管理。

關(guān)鍵詞：變電所;智能電力儀表;能效管理系統(tǒng); 
概述

安徽金禾化工有限責(zé)任公司建成投產(chǎn)于1975年，當(dāng)時合成氨僅為年產(chǎn)3000噸，經(jīng)過多年不斷改造，現(xiàn)已發(fā)展成為年產(chǎn)10萬噸合成氨，10萬噸尿素，6萬噸碳酸氫銨，2萬噸甲醇，5萬噸甲醛，5萬噸復(fù)混肥，500噸香精香料的綜合性化工企業(yè)。企業(yè)占地面積15萬平方米，總資產(chǎn)1.6億元,1080名員工。

該工廠主要有1路35KV進線、6路直變（35KV/6.3KV）、6路直變（35KV/0.4KV）及若干0.4KV饋線回路。

公司每年在用電方面的投入成本比較大，主要對用電質(zhì)量和用電明細(xì)均不明確，對用電管理人員造成了很多困惑，根據(jù)其實際情況提出以下需求：

根據(jù)用戶需求，需要對安徽金禾化工35KV變電所進行改造并建立能效管理系統(tǒng)（主要是數(shù)據(jù)的實時監(jiān)控及能耗數(shù)據(jù)處理分析），在35KV隔壁的值班室內(nèi)設(shè)置監(jiān)控平臺，對改造后的回路實時監(jiān)測、統(tǒng)計、分析，以保證用電的安全、可靠和高效。

安科瑞能效管理系統(tǒng)，充分利用了現(xiàn)代電子技術(shù)、計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和現(xiàn)場總線技術(shù)的最新發(fā)展，對變配電系統(tǒng)進行分散數(shù)據(jù)采集和集中監(jiān)控管理。對配電系統(tǒng)的二次設(shè)備進行組網(wǎng)，通過計算機和通訊網(wǎng)絡(luò)，將分散的配電所的現(xiàn)場設(shè)備連接為一個有機的整體，實現(xiàn)電網(wǎng)運行的遠(yuǎn)程監(jiān)控、集中管理及能效分析。

2  系統(tǒng)結(jié)構(gòu)描述

本監(jiān)控系統(tǒng)采用分層分布式結(jié)構(gòu)，即站控層，通訊層與間隔層；如圖（1）所示：

客戶需求

由于工廠對斷電時間限制比較嚴(yán)格，本次改造主要針對35KV變電所主變和直變回路，0.4KV回路數(shù)比較多，后續(xù)再陸續(xù)改造。主變和直變的電流越限時無法實時被管理人員得知，安全用電存在隱患，系統(tǒng)需能實現(xiàn)短信告警功能。35KV出線回路均是指針電度表，靠人工定期抄表，無法統(tǒng)計每時每刻的具體用電量。沒有監(jiān)測35KV每個出線回路的功率因數(shù)，當(dāng)進線回路功率因數(shù)比較低時，無法進行排查，往往會接到供電局的罰單，新增表計需具有功率因數(shù)測量功能。該工廠工人為3個班組，人工抄表無法精確到具體每個班組的用電量，無法真正實現(xiàn)內(nèi)部績效考核。需實時監(jiān)測主變和直變的實時電流、電壓、功率及能耗波動情況。能夠查看具體某個回路或幾個回路每天的用電量，并可進行對比，形成餅圖、棒圖的形式。每個主變和直變均可查看當(dāng)日能耗、昨日能耗及同期能耗值?？扇斯ぴO(shè)置時間段，進行峰、平、谷能耗統(tǒng)計。系統(tǒng)可實現(xiàn)同比、環(huán)比分析功能。系統(tǒng)可遠(yuǎn)程訪問，使管理人員隨時可查看工程系統(tǒng)用電回路工作狀態(tài)。

• 1. 

  2. 圖（1）能效管理系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

      間隔設(shè)備層主要為：智能電度表、開關(guān)量、模擬量采集模塊和框架斷路器等。這些裝置分別對應(yīng)相應(yīng)的一次設(shè)備安裝在電氣柜內(nèi)，這些裝置均采用RS485通訊接口，通過現(xiàn)場MODBUS總線組網(wǎng)通訊，實現(xiàn)數(shù)據(jù)現(xiàn)場采集。

     網(wǎng)絡(luò)通訊層主要為：通訊服務(wù)器，其主要功能為把分散在現(xiàn)場采集裝置集中采集，同時遠(yuǎn)傳至站控層，完成現(xiàn)場層和站控層之間的數(shù)據(jù)交互。

     站控管理層：設(shè)有高性能工業(yè)計算機、顯示器、UPS電源、打印機、短信報警模塊、報警蜂鳴器等設(shè)備。監(jiān)控系統(tǒng)安裝在計算機上，集中采集顯示現(xiàn)場設(shè)備運行狀況，以人機交互的形式顯示給用戶。

     改造后增設(shè)的智能電度表均采用RS485接口和MODBUS-RTU通訊協(xié)議，RS485采用屏蔽線傳輸，一般都采用二根連線，接線簡單方便；通訊接口是半雙工通信即通信的雙方都可以接收、發(fā)送數(shù)據(jù)但是在同一時刻只能發(fā)送或接收數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)最高傳輸速率為10Mbps。

     RS485接口是采用平衡驅(qū)動器和差分接收器的組合，抗噪聲干擾能力增強，總線上允許連接多達32個設(shè)備，最大傳輸距離為1.2km。

     3  能效管理系統(tǒng)主要功能

     3.1  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，實現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)的本地實時顯示。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Epi、遠(yuǎn)程設(shè)備運行狀態(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時準(zhǔn)確的顯示給用戶，達到配電監(jiān)控的自動化化和智能化要求，同時把采集到的數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫供用戶查詢。

     3.2  人機交互

     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)實時運行參數(shù)，畫面定時輪巡切換；畫面實時動態(tài)刷新；模擬量顯示；開關(guān)量顯示；連續(xù)記錄顯示等。

     3.3  歷時事件

     歷時事件查看界面主要為用戶查看曾經(jīng)發(fā)生過的故障記錄、信號記錄、操作記錄、越限記錄提供方便友好的人機交互，通過歷史事件查看平臺，您可以根據(jù)自己的要求和查詢條件方便定位您所要查看的歷史事件，為您把握整個系統(tǒng)的運行情況提供了良好的軟件支持。

     3.4  數(shù)據(jù)庫建立與查詢

     主要完成遙測量和遙信量定時采集，并且建立數(shù)據(jù)庫，定期生成報表，以供用戶查詢打印。

     3.5  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，實現(xiàn)配電系統(tǒng)的安全，可靠運行?？梢酝ㄟ^用戶管理進行用戶登錄、用戶注銷、修改密碼、添加刪除等操作，方便用戶對賬號和權(quán)限的修改。

     3.6  運行負(fù)荷曲線

     負(fù)荷趨勢曲線功能主要負(fù)責(zé)定時重要回路電流和功率負(fù)荷參量，自動生成運行負(fù)荷趨勢曲線的，方便用戶及時了解設(shè)備的運行負(fù)荷狀況。點擊畫面相應(yīng)按鈕或菜單項可以完成相應(yīng)功能的切換；可以查看實時趨勢曲線或歷史趨勢線；對所選曲線可以進行平移、縮放、量程變換等操作，幫助用戶進線趨

     勢分析和故障追憶，為分析整個系統(tǒng)的運行狀況提供了直觀而方便的軟件支持。

     3.7  遠(yuǎn)程報表查詢

     報表管理程序的主要功能是根據(jù)用戶的需要設(shè)計報表樣式，把系統(tǒng)中處理的數(shù)據(jù)經(jīng)過篩選、組合和統(tǒng)計生成用戶需要的報表數(shù)據(jù)。本程序還可以根據(jù)用戶的需要對報表文件采用定時保存、打印或者召喚保存、打印模式。同時本程序還向用戶提供了對生成的報表文件管理功能。

     報表具有自由設(shè)置查詢時間實現(xiàn)日、月、年的電能統(tǒng)計，數(shù)據(jù)導(dǎo)出和報表打印等功能。

     3.8  系統(tǒng)能耗分析功能

     可實現(xiàn)對能耗系統(tǒng)同比、環(huán)比分析；根據(jù)自定義時間段查詢峰、平、谷電度值；根據(jù)班組能耗可核算某個班組的能效比。

      4  案例分析

     本監(jiān)控系統(tǒng)主要實現(xiàn)安徽金禾化工35KV變電所實時監(jiān)測、分析及管理，監(jiān)控范圍如下：

     1路35KV進線、6路直變（35KV/6.3KV）、6路直變（35KV/0.4KV）。

     安科瑞電氣股份有限公司為其選用DTSD1352-CF的多功能電度表，互感器采用高壓柜原有互感器進行項目改造。

     DTSD1352-CF尺寸及詳細(xì)參數(shù)：

  3. 

  4.  

     功能	功能說明	DTSD1352
     電能計量	有功電能計量（正、反向）	■
     	無功電能計量（正、反向）	■
     	A、B、C分相正向有功電能	■
     電量測量	U、I	■
     	P、Q、S、PF、F	■
     LCD顯示	8位段式LCD顯示	■
     按鍵編程	4按鍵可編程通信、變比等參數(shù)	■
     脈沖輸出	有功脈沖輸出、時鐘脈沖輸出	■
     	無功脈沖輸出	□（與時鐘復(fù)用）
     LED報警	失壓及數(shù)據(jù)效驗失敗報警	■
     復(fù)費率及 附帶功能	支持4個時區(qū)、2個時段表、8個日時段、4個費率	■
     	四種最大需量及發(fā)生時間	□
     	上12月歷史凍結(jié)數(shù)據(jù)	□
     	日期、時間	□
     通訊	RS485接口，同時支持Modbus、DL/T645-07、DL/T645-97	□

      

     根據(jù)其改造的回路，系統(tǒng)可實時顯示一次回路運行狀況，功能有電量遙測主要監(jiān)測運行設(shè)備的電參量，其中包括：線三相電壓、電流、功率、功率因數(shù)、電能，頻率等電參量。見圖（2）

     

      

     圖（2）系統(tǒng)配電二次圖

      

     遙測報警功能，主要完成對直變和主變負(fù)載越限彈出報警界面指示具體的報警位置并聲音報警，提醒值班人員及時處理。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，見圖（3）。

     

      

     圖（3） 越限報警信息

      

     用電量報表功能，可選擇時間段進行查詢，支持任意時間段電度累計查詢，具備數(shù)據(jù)導(dǎo)出和報表打印等功能。為值班人員提供了精確可靠的電能報表。該報表各回路名稱和數(shù)據(jù)庫關(guān)聯(lián)，方便用戶修改回路名稱，用戶可以直接打印報表，可以以EXCEL格式另存到其他位置，圖（4）主變和直變電能統(tǒng)計報表。

     

      

     圖（4） 電能報表

      參數(shù)抄表功能，主要所有回路的電參數(shù)進線查詢。支持任意時刻電參數(shù)查詢，具備數(shù)據(jù)導(dǎo)出和報表打印等功能。該報表查詢供35KV變電所6臺主變和6臺直變的電參數(shù)，主要包括：三相電壓、三相電流、有功功率、無功功率、頻率和有功電度。該報表各回路名稱和數(shù)據(jù)庫關(guān)聯(lián)，方便用戶修改回路名稱，如圖（5）所示。

     

      

     圖（5） 參數(shù)抄表

     實時功率因數(shù)監(jiān)測功能，功率因數(shù)過低系統(tǒng)實時告警，用戶根據(jù)功率因數(shù)狀況對該回路的設(shè)備進行維修或更換。功率因數(shù)報表如圖（6）所示。

     

      

     圖（6）功率因數(shù)趨勢圖

     班組考核報表，可實時每個班組工作時間段的電參量及能耗值，如圖（7）所示。

     

      

     圖（6）班組報表

      負(fù)荷趨勢曲線界面中可直觀的查看回路的負(fù)荷運行情況。查看實時和歷史趨勢曲線，點擊畫面相應(yīng)按鈕或菜單項可以完成相應(yīng)功能的切換；幫助用戶進線趨勢分析和故障追憶，具備曲線打印功能。為分析整個系統(tǒng)的運行狀況提供了直觀而方便的軟件支持，見圖（7）（8）（9）（10）。

     

     圖（7）電流趨勢曲線圖

     

     圖（8）電壓趨勢曲線圖

     

     圖（9）有功功率趨勢曲線圖

     

      

     圖（10）有功功率趨勢曲線圖

      同比、環(huán)比分析，如圖（11）所示

     

      

     圖（11）同比分析

      當(dāng)日能耗、昨日能耗及同期能耗對比如圖（12）所示

     

      

     圖（12）能耗對比

      峰、平、谷能耗分析，如圖（13）所示。

     

      

     圖（13）峰、平、谷能耗分析

      當(dāng)月用電量排行、用電比例及總進線功率趨勢分析，如圖（14）所示。

     

      

     圖（14）能效管理主畫面

      

     系統(tǒng)可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，實現(xiàn)配電系統(tǒng)的安全，可靠運行?？梢酝ㄟ^用戶管理進行用戶登錄、用戶注銷、修改密碼、添加刪除等操作，方便用戶對賬號和權(quán)限的修改。

      系統(tǒng)配置：

     序號	名稱	型號、規(guī)格	單位	數(shù)量	備注
     1	電力儀表
     	網(wǎng)絡(luò)電力儀表	DTSD1352-CF	只	12	安科瑞
     合計				12
     2	監(jiān)控中心值班室
     	通訊機柜	K2200（2200*600*600）	套	1
     	操作臺	定制	套	1
     	工作站主機	IPC-610MB(Core2 Q8400/4G/1TB/DVD/獨立顯卡)+鍵鼠	臺	1	研華
     	工作站主機	RPC-610 E5800 3.2GHz/2G/500G+鍵鼠	臺	1	華北工控
     	顯示器	L197WA	臺	2	聯(lián)想
     	UPS電源	C1K/1KVA	臺	1	SANTAK
     	打印機	HP 1106 A4幅面	臺	1	惠普
     	系統(tǒng)軟件	正版微軟WINDOWS XP/SP3	套	1	微軟 甲方自備
     	系統(tǒng)軟件	標(biāo)準(zhǔn)版WINDOWS 2003 SERVER	套	1
     	數(shù)據(jù)庫	SQL數(shù)據(jù)庫（標(biāo)準(zhǔn)版）	套	1
     	能效管理	Acrel-5000能效管理軟件	套	1	安科瑞
     	能效管理	數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳接收服務(wù)軟件	套	1	安科瑞
     	能效管理	報表服務(wù)軟件	套	1	安科瑞
     	能效管理	中間層服務(wù)器C/S服務(wù)端（配置、調(diào)試）	套	1	安科瑞
     	能效管理	中間層服務(wù)器B/S服務(wù)端	套	1	安科瑞
     	能效管理	軟件實施/調(diào)試費	項	1
     	通訊采集箱	600*550*300	套	2	上海祥明
     	工業(yè)串口服務(wù)器	NPORT5630-8    RS485接口×8	臺	1	MOXA
     	工業(yè)串口服務(wù)器	NPORT5430I     RS485接口×4  帶光隔	臺	2	MOXA
     	工業(yè)開關(guān)電源	KDYA-DG75-24	套	2	華力
     	光電轉(zhuǎn)換器	單模光電轉(zhuǎn)換HTB-1100S（25km)	只	4	兆越
     合計
     3	工程材料
     	通訊線纜	屏蔽雙絞線RVVSP 2×1.0	千米	1.5
     	通訊線纜	單模4芯光纖	千米	1
     	光纖附件	含熔接、尾纖、法蘭、跳線等	套	4
     	工程輔材	拖線板、轉(zhuǎn)換線、線管、標(biāo)牌等	套	1

     注：該報價清單預(yù)留了2個6.3變電所的通訊采集箱，便于用戶后期改造后系統(tǒng)的納入。

     整個系統(tǒng)的投入后，根據(jù)后續(xù)管理節(jié)能和設(shè)備改造節(jié)能，其公司每年可節(jié)省成本30萬元。

     4  結(jié)束語

     該能效管理系統(tǒng)可以實時采集整個企業(yè)在生產(chǎn)過程中主變和直變能耗數(shù)據(jù)，并對所有數(shù)據(jù)在線實施監(jiān)測，并對過程中出現(xiàn)能耗異常的數(shù)據(jù)進行報警提示。還可以對過程中的能耗信息以圖表或者數(shù)據(jù)表格方式提供數(shù)據(jù)分析和比較功能，通過設(shè)備與設(shè)備之間、班組與班組之間的橫向?qū)Ρ?，或者周與周、月與月之間的縱向比較，找出能源消耗過程中存在的浪費和隱患。通過向用戶設(shè)計各種統(tǒng)計報表建立企業(yè)能耗設(shè)備評估系統(tǒng)和生產(chǎn)班組能耗考核管理體系，來優(yōu)化企業(yè)的能源消耗，讓員工從由過去被動節(jié)能向主動節(jié)能的思想意識轉(zhuǎn)變，來提高企業(yè)能耗使用效率，實現(xiàn)生產(chǎn)成本降低，提高了經(jīng)濟效益。

     參考文獻：

     [1].任致程 周中. 電力電測數(shù)字儀表原理與應(yīng)用指南[M]. 北京. 中國電力出版社. 2007. 4

     [2].周中等編著. 智能電網(wǎng)用戶端電力監(jiān)控與電能管理系統(tǒng)產(chǎn)品選型及解決方案[M]. 北京. 機械工業(yè)出版社. 2011.10

  5. 作者簡介：

     吳海英，女，本科，安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向為智能電力監(jiān)控與電能管理系統(tǒng)，Email:2880157856@qq.com手機：15000539641電話：021-33510314