趙娜

 安科瑞電氣股份有限公司，上海 嘉定 201801；

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任公司建成投產(chǎn)于1975年，當時合成氨僅為年產(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。

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)絡技術(shù)和現(xiàn)場總線技術(shù)的發(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)的二次設備進行組網(wǎng)，通過計算機和通訊網(wǎng)絡，將分散的配電所的現(xiàn)場設備連接為個有機的整體，實現(xiàn)電網(wǎng)運行的遠程監(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：

圖（1）能效管理系統(tǒng)網(wǎng)絡拓撲圖

 間隔設備層主要為：智能電度表、開關(guān)量、模擬量采集模塊和框架斷路器等。這些裝置分別對應相應的次設備安裝在電氣柜內(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)絡通訊層主要為：通訊服務器，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、報警蜂鳴器等設備。監(jiān)控系統(tǒng)安裝在計算機上，集中采集顯示現(xiàn)場設備運行狀況，以人機交互的形式顯示給用戶。

改造后增設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，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)但是在同時刻只能發(fā)送或接收數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)zui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個設備，zui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)絡儀表采集完成，實現(xiàn)遠程數(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、遠程設備運行狀態(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)電氣次主接線圖，顯示配電系統(tǒng)設備狀態(tài)及相應實時運行參數(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。可以通過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  運行負荷曲線

負荷趨勢曲線功能主要負責定時重要回路電流和功率負荷參量，自動生成運行負荷趨勢曲線的，方便用戶及時了解設備的運行負荷狀況。點擊畫面相應按鈕或菜單項可以完成相應功能的切換；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。

報表具有自由設置查詢時間實現(xiàn)日、月、年的電能統(tǒng)計，數(shù)據(jù)導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尺寸及詳細參數(shù)：

根據(jù)其改造的回路，系統(tǒng)可實時顯示次回路運行狀況，功能有電量遙測主要監(jiān)測運行設備的電參量，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。負載越限值在相應權(quán)限下可自由設置。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)導出和報表打印等功能。為值班人員提供了可靠的電能報表。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)狀況對該回路的設備進行維修或換。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

 負荷趨勢曲線界面中可直觀的查看回路的負荷運行情況。查看實時和歷史趨勢曲線，點擊畫面相應按鈕或菜單項可以完成相應功能的切換；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。可以通過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：

注：該報價清單預留了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，通過設備與設備之間、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。通過向用戶設計各種統(tǒng)計報表建立企業(yè)能耗設備評估系統(tǒng)和生產(chǎn)班組能耗考核管理體系，來化企業(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)字儀表原理與應用指南[M]. 北京. 中電力出版社. 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

作者簡介：

趙娜，女，本科，安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向為智能電網(wǎng)供配電，:   :

• 1. 客戶需求
  1. 由于工廠對斷電時間限制比較嚴格，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。
  2. 主變和直變的電流越*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。
  3. 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。
  4. 沒有監(jiān)測35KV每個出線回路的功率因數(shù)，當進線回路功率因數(shù)比較低時，無法進行排查，往往會接到*的罰單，新增表計需具有功率因數(shù)測量功能。
  5. 該工廠工人為3個班組，人工抄表無法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。
  6. 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。
  7. 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。
  8. 每個主變和直變均可查看當日能耗、昨日能耗及同期能耗值。
  9. 可人工設置時間段，進行峰、平、谷能耗統(tǒng)計。
  10. 系統(tǒng)可實現(xiàn)同比、環(huán)比分析功能。
  11. 系統(tǒng)可遠程訪問，使管理人員隨時可查看工程系統(tǒng)用電回路工作狀態(tài)。