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变配电监控系统在上海华山医院病房新建工程中的应用 安科瑞鲍静君
摘要：介绍一种在10/0.4KV配电系统中，加装智能电力仪表和变配电监控系统，对于主要回路的电压、电流、频率、功率因数、有功电能等电参量和开关信号进行实时采集；经组网远传至后台，从而实现对低压配电系统的电力状态实时监控和能耗监测。
关键词：变配电监控系统；Acrel-3000 型；RS485通讯；能耗监测
0 概述
上海华山医院病房楼是一幢医用建筑,建筑面积约为2万平方米。根据配电系统管理和能耗监测的要求，需要对楼内的高压进线、低压配出线和各楼层内配电箱进行电力监控，以保证用电的安全、。
Acrel-3000型低压智能配电系统，利用现代电子技术、计算机技术、网络技术和现场总线技术的较新发展，对变配电系统进行分散数据采集和集中监控管理。对配电系统的二次设备进行组网，通过计算机和通讯网络，将分散的现场设备连接为一个**的整体，实现远程监控和集中管理。
1 配电监控系统构成
本系统采用分层分布式计算机网络结构即现场设备层、网络通讯层和站控管理层如图1所示。
图1 系统拓扑结构
现场设备主要的设备为：多功能网络电力仪表、开关量、模拟量采集模块和智能断路器等。这些装置分别对应相应的一次设备安装在电气柜内，这些装置均采用RS485通讯接口，通过现场MODBUS总线组网通讯，实现数据现场采集。
网络通讯层主要为：通讯服务器，其主要功能为把分散在现场采集装置集中采集，同时远传至站控层，完成现场层和站控层之间的数据交互。
站控管理层：设有高性能工业计算机、显示器、UPS电源、打印机、报警蜂鸣器等设备。监控系统安装在计算机上，集中采集显示现场设备运行状况，以人机交互的形式显示给用户，同时用户可以通过系统软件发送指令至现场设备，实现远程遥控功能。
以上网络仪表均采用RS485接口和MODBUS-RTU通讯协议，RS485采用屏蔽线传输，一般都采用二根连线，接线简单方便；通讯接口是半双工通信即通信的双方都可以接收、发送数据但是在同一时刻只能发送或接收数据，数据较高传输速率为10Mbps。RS-485接口是采用平衡驱动器和差分接收器的组合，抗噪声干扰能力增强，总线上允许连接多达32个设备，较大传输距离为1.2km。
2 监控系统的主要功能
电力监控计算机通过现场设备和通信系统提供的传输通道，完成对各回路电力参数的数据采集，信息经分析、处理，以报表等多种形式供值班员参考，使值班员能够便捷的掌握供电系统的运行状况，包括相关设备的运行状况。
2.1 运行信息与保护信息采集
系统采集来自智能测控单元装置送来的参数，所有信息低压主进、母联和出线的遥测信号。包括每个回路的电压、电流、有功功率 、无功功率、功率因数、频率、有功电能、无功电能和各种告警信息等。
2.2 人机操作界面
统提供简单、易用、良好的用户使用界面。可按照配电所显示配电系统设备状态及相应实时运行参数。
系统软件提供功能齐全的图形编辑软件，用户可以根据实际情况和以往习惯自行定各种图元图形及设备在各种状态下的显示方式。
包括如下功能特征：
全图形方式编辑的图形画面具有多种显示特性，用户可以非常直观、方便地编辑、定位、查看有关信息和内容。
提供画面管理工具，可联想相关调用、重要画面快速调用、画面文件索引选择、事故自动调用画面。
提供多种数值显示手段，数值可用棒图显示、曲线显示，并可根据数值状态和系统状态由用户根据需要和习惯自行定义闪烁、变色及置上特殊符号以便区分包括遥测在内的各种数据的正常、越上限、越下限等情况。
屏幕显示：中文液晶显示，可选择图形颜色、闪烁、动画等手段充分表示工况图及操作画面、配电系统实用参数表格、各类操作票及报表、事故及故障报警显示、测控及保护单元运行工况显示等电力运行状况；画面显示响应时间1s。见图2。
图2 配电系统图
2.3 统计分析、报表、打印
时、日、月、年用电量统计；用户自定义报表格式和计算方法；所有报表的定时打印、召唤打印、和事件记录打印；数据库实时和历史记录保留2年以上；对各电气设备和系统运行参数进行汇*计，并根据用户要求生成各类报表，包括：分时、日、月、季度和年度报表；见图3。
图3 电参量汇总表
各设备参数和较值统计报表；全系统运行统计报表等对于事件记录、报警和数据报表，可设置为定时和根据需要的召唤打印。
能源统计报表及打印，对能源消耗进行汇*计，并根据用户要求生成各类报表，包括：分时、日、月、季度和年度报表；能耗统计报表，日、月、年的有功/无功电能的统计，并按用户常规格式输出电能报表，实现人工抄表到自动报表，可设置为定时和根据需要的召唤打印，见图4。
图4 电能报表
2.4 历史记录与趋势分析
系统收集各监测控制与管理装置的实时数据并存储在一个开放式数据库中予以保存，系统可保存长时段（多年）的历史记录。系统可以标准和设定文件格式随时调用和打印上述历史数据。
根据历史数据记录可进行各参数的年度、月度和日变化和实时数据趋势分析，进行分类和综合比较分析，为业务流程优化和设备设施使用优化提供依据，见图5。
图5 电流趋势曲线图
2.5 系统安全
本系统软件设置多达几百种密码分区和密级设置，为系统管理员、工程师、值长、一般值班操作人员等提供分级密码，并对所有操作自动进行带时标事件记录，可建立良好的反事故措施，见图6。
图6 用户权限管理
2.6 故障分析与设备维护管理
系统依据带时标的事件记录和波形记录可进行故障和事件的成因分析；另外，系统统计开关等设备的状态参数和累积寿命参数，可据此提出设备维护预告；见图7。
图7 事件记录
2.7 保护信息管理
管理保护定值和保护动作信息，提供有关查询。
2.8 其他功能
其它日常管理，如运行记录及交接班记录管理，设备运行状态、缺陷、维修记录管理、规章制度等。管理功能满足用户要求，适用、方便、资源共享。各种文档能存储、检索、编辑、显示、打印。
2.9 系统自诊断功能
本系统软件能在线诊断各软件和硬件的运行工况，当发现异常及故障时能及时显示和打印报警信息，并在运行工况图上用不同颜色区分显示。
由于本系统设备有冗余配置，当系统发生软、硬件故障时，能自动切换到备用系统设备上运行。
3 结束语
随着社会的快速发展，用户对供配电自动化和智能化的要求越来越高，实现配电室的无人职守已经成为未来配电自动化发展的一个方向；ACREL-3000型变配电监控系统是解决供配电高质量运行的良好方案，运行表明，系统可靠、安全、稳定，并降低了设备运行成本，提高配电自动化质量。
参考文献：
任致程、周中编着 电力电测数字仪表原理与应用指南 中国电力出版社 2007.4
电能管理系统在1788中心的应用 安科瑞鲍静君
摘要：介绍电能管理系统在1788中心的应用。
关键词： 商业中心大楼；分项计量；集中监控；电能管理系统
一、项目概述
1788中心由安世7802和安世7829两路35kV市电供电，进户后主楼地下一层的两台35kV/10kV变压器降压。安世7802号线通过35kV/10kV/0.4kV变压后，供给大楼T1、T3、T5、T7、T9变压器下的配电回路，安世7829号进线则供给T2、T4、T6、T8、T10变压器下的配电回路，地下一层安置2台应急柴油发电机。
二、系统设计方案
1788中心设计有1个35kV配电室，1个10kV配电室，4个0.4kV配电室和1个应急柴油发电机房，均位于地下一层，共计配电回路约360个，每个回路安装有智能电力仪表，对配电室部分所有配电回路的工作状态进行监控，每台变压器均配有温度控制仪采集其温度。此外，在各楼层的强电间、空调机房、排风机房、潜水泵房、电梯机房及热交换机房等处配电箱上安置电力仪表，对大楼的照明、空调、风机、电梯等设备和办公室租户用电，共计约700个回路进行监控。根据设计院的设计方案，楼层配电箱部分，除租户、空调和风机使用电度表进行本地分项计量外，照明、动力、电梯等用电设备的用电量均在低压配电室中进行集中计量，其配电箱配电回路仅使用电流表进行运行状态监测[1]。
设计要求配电自动化电能管理系统将配电室和楼层*回路的运行状态集中显示在值班人员面前，要求完成对配电室35kV、10kV回路和0.4kV回路进线全常规电参量和温度的遥测；对配电室0.4kV馈线回路三相电流、有功电度和分合闸状态的远程检测；对楼层租户配电箱、空调配电箱和风机配电箱回路三相电流和有功电度的遥测，以及对楼层照明、动力、电梯等配电箱回路三相电流的遥测。配电室部分遥测实时性要求高，楼层部分实时性要求相对较低。此外，所有用电量数据需与IBMS系统共享。
本项目中，考虑现场仪表数量较多，在35kV值班室内安放两台系统主机，分别对配电室配电系统和楼层配电系统进行监测。系统拓扑结构为3层，即现场设备层、通讯管理层和站控管理层[2]，借鉴ISO-OSI网络模型中物理层、数据链路层、网络层、运输层和应用层的定义。
图1 系统拓扑结构示意图
现场设备层设备包括阿海法综保、丹东华通的多功能仪表和江西华达电子的干式变压器温控仪等。这些设备分别根据设计院要求安装在相应的配电回路上。
参考OSI网络结构模型，现场设备层所有设备在物理层约定为RS-485接口。
因所有配电室和发电机房均在主楼B1F，距离35kV值班室距离不**过100米，故配电室部分所有仪表采用RS-485总线与35kV值班室内的一台通讯管理机连接，总线长度均在200米以内，挂接仪表不**过25台，**了通讯的实时性和可靠性。
因楼层部分仪表数量多而且配电箱分布松散，考虑项目成本，采用4台RS485集线器，分别安装在主楼16F、4F、B1F的强电间和裙房B1F的强电间内，将一定范围内的仪表通讯总线集中后，再各自以一根RS-485总线连接到35kV值班室内的通讯管理机串口上。此方案通过牺牲部分通讯的实时性（RS-485集线器的驱动能力有限，导致通讯延迟变大），使得项目施工中所需要的线缆数量大幅度减少（实际施工使用的线缆数量约为不使用RS-485集线器的1/5）。
通讯管理层的主要设备是两台通讯管理机、32台协议转换隔离器和1台工业以太网交换机。两台通讯管理机下端串口通过RS-485-232协议转换隔离器与各条仪表通讯RS-485总线相连，上端通过交换机，以太网TCP/IP协议与两台监控主机相连。
站控管理层由两台DELL主机、显示器、打印机、UPS电源等设备组成，通过Acrel-3000电能管理系统软件实现对数据采集、处理和交互的控制，完成网络模型中应用层的功能。
监控主机与现场仪表之间的数据交互以报文形式实现，数据链路层主要协议为Modbus-RTU。因本系统需要向IBMS系统同步所有回路的有功电度值，约定以Modbus-TCP协议向智能楼宇管理系统转发数据。
三、系统功能
（1）35kV、10kV变压器参数显示：如图2所示，电能管理系统采集1788中心配电系统35kV侧和10kV侧的三相相电压、三相线电压、三相电流、总有功功率、总无功功率、总功率因数和有功电度累积值，将其35kV侧和10kV侧的数据列在一起，方便值班人员进行比对和检查。通过干式变压器温度控制采集的变压器三相温度也同时以数值和曲线的形式反映在本界面上。
图2 35kV/10kV配电系统参数显示界面
（2）35kV/10kV配电系统一次示意图：除了显示配电系统的常规参数外，配电室主机的电能管理系统还以配电系统一次图的形式绘制了软件界面，通过标注回路用途，使配电系统的走向更为清晰化，35KV配电系统一次示意图如图3所示。此外，电压、电流等常规电参量也可以在一次示意图界面上查看。
图３ 35kV配电系统一次示意图
（3）0.4kV配电系统一次示意图（如图4所示）：0.4kV配电室配电回路运行状态使用一次图形式显示，将采集的电参量、变压器温度和断路器分、合闸状态等参数显示在界面上，根据配电室和变压器划分整个0.4kV配电系统并分别进行界面显示，为每一个回路标注其柜体号、回路编号、回路用途和低压系统总编号，进一步明确配电系统的走向。
图4 0.4kV配电系统一次示意图
（4）楼层配电箱数据采集及显示（如图5所示）：楼层电能管理主机采集1788中心B3F~30F各处配电箱上仪表的数据，以楼层划分，按照配电箱所处位置和编号对数据进行排序，分类显示租户、空调和风机回路的三相电流和有功电度，显示照明、应急照明、动力、电梯、水泵和一些其他回路的三相电流。
图5 楼层配电箱数据显示界面
（5）报表功能：配电室电能管理系统为用户定制了两种功能的报表，一种如图6所示，针对某一个主要回路，可以由用户自行选择时间生成该回路在该时刻常规电参量的历史值。另一种报表由用户经过简单的操作后，系统便会自动生成配电室所有回路以及楼层部分空调回路、租户电表用电量的日报、月报及年报。
图6 自定义全电参量报表
（6）事故报警和追忆：对于电气值班人员来说，跳闸报警的实时性和准确性是非常重要的指标，电能管理系统为用户定制的报警功能主要针对配电室低压回路断路器的分合闸变位，通过图7所示的报警窗口和外置音箱发出报警音提示值班人员低压馈出回路断路器发生了变位，根据报警窗口显示的内容，可以立即定位报警回路并进行响应，**大楼配电系统稳定运行。
图7 报警功能界面
（7）通讯状态显示（如图8所示）：显示所有仪表的通信状态，根据仪表所处总线、配电室或楼层位置划分，标注其通信地址和通信状态。
图8 楼层电能管理系统设备通信状态图
（8）数据转发：本系统主要负责数据的前端采集处理，并向更上一级的楼宇自动化系统转发数据，其他楼宇自动化系统不再采集计量仪表数据。转发数据主要包括35kV/10kV/0.4kV配电室所有回路电能数据；楼层租户、空调和风机回路的电能数据。
四、问题及解决措施
1、本工程总承包方发包资料中提到电能管理系统采集点位约900点，而实际采集点位逾1000点，数量多且分布广。强电施工单位施工时使用的临时配电箱和错误的配电箱编号，对本系统的通讯施工造成了不小麻烦。项目施工时核对配电箱资料的完整性和准确性，并及时指出强电施工单位工作中的错误要求其整改。
2、4台RS485集线器安装在楼层强电间内，其220VAC电源取自就近的配电箱中，初步方案并未对220VAC电源做规范，即直接从较近的配电箱中取。项目后期调试时发现因1788中心尚未完工，楼层部分经常因为施工而断电，有时会断开集线器的电源，导致系统数据链路断开，故对现场通讯设备辅助电源进行整改，从现场拥有EPS电源供电的应急照明箱中备用的空开下端取220VAC电源，并贴上标签告知维护人员不可随意关断，**数据链路稳定。
3、系统向IBMS系统进行数据转发所用的以太网线先后因35kV值班室闹鼠患而被损坏3次，后联络1788中心的业主，由灭鼠公司出面解决此问题。
4、1788中心配电室、配电箱上的仪表多由丹东华通提供，在本系统投入运行后，发现了不少仪表配置的问题，如主楼9楼应急照明箱9PME1、2楼应急照明箱2PME1等处，仪表电流互感器变比为100/5和300/5，而电能管理后台显示其三相电流约为0.006A、0.016A、0.008A。与业主管理人员到现场查看后发现其小数点位设置为3位，即较高显示值仅为9.999A，设置明显有误。项目进行现场验收时也发现多处仪表具有类似问题。由甲方通知丹东华通进行整改。
五、结束语
1788中心电能管理系统于2012年4月正式投入运行，通过配电室主机与楼层主机的协同工作，使值班人员在一般情况下不用再前往配电现场查看，实现了配电室无人值守、配电系统自动化。
文章来源于：《自动化应用》2012年7期。
参考文献
[1].任致程 周中. 电力电测数字仪表原理与应用指南[M]. 北京. 中国电力出版社. 2007. 4
[2].周中等编着. 智能电网用户端电力监控与电能管理系统产品选型及解决方案[M]. 北京. 机械工业出版社. 2011.10