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电能管理系统-智能用电系统

更新时间：2024-12-23 浏览数：671

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电力监控软件在石油钻具有限公司的应用安科瑞鲍静君

摘要：本文介绍基于人机界面和三相电子式多功能电能仪表而设计实现的一套分散式采集和集中控制管理的配电自动化监控系统，系统实现了人机界面在配电室中无人管理的功能，省去了值班人员现场操作的繁复性，减少人工操作的误差性，提高了供电质量和管理水平，具有简明实用、投资少等优点。

关键词：人机界面；三相电子式多功能电能仪表；自动化系统；监控

0引言

随着社会的发展及电力的广泛应用，智能电能管理已成为多数用电量高的企业必然选择，节能、减少人工现场电能统计误差是当前用电迫在眉睫的问题，积极采用的技术和管理手段实现配电自动化系统更是节能行之有效的途径。

配电自动化系统包括很多部分，其中配电监测是配电自动化系统的一个非常重要的组成部分，主要功能包括：数据采集和监控（SCADA）、导出，配电网运行管理，用户管理，地理信息系统（GIS）等。随着计算机技术，网络技术和通信技术的飞速发展，我国电力行业正朝着信息化程度更高的方向发展，各种的信息技术正逐步应用于配电自动化监测系统当中。

本文以石油钻具有限公司电能监控系统为例子，提出了利用触摸屏和安科瑞公司三相电子式多功能电能仪表研制了一套适用于高、低压配电的集中监控系统。

1、项目介绍

石油钻具有限公司主要生产钻杆接头、加重钻杆接头、特殊钻杆接头等产品，公司拥有中型配电室一个，该项目采用昆仑通态触摸屏MCGS TPC7062KX与安科瑞DTSD1352三相电子式多功能电能表，实现实时数据的监测、控制，主要对整个配电系统可靠性进行全程的智能化监控，数据分析，以及对各回路所用电能进行统计[1]。

2、用户需求

石油钻具有限公司为实现配电系统的现代化、统一化、智能化以及规范化的管理，经过前期详细的市场调研和对不同电力系统公司的考察后，较终提出以下需求：

实时显示:各配电柜回路电压、电流及电能监测信息实时刷新，并在触摸屏实时显示；

电能管理:完成对各电能仪表的电能集抄功能，并自动生成符合客户管理需求的用电报表，报表能够在触摸屏上实现电能实时查询；

数据导出:实现各电能仪表电能按照客户要求的时间进行自动、手动导出，导成Excel形式到U盘，供客户对电能统计、打印。

3、设计方案

根据可靠性和率配电管理的要求，以及实用性，安全性，实时性，稳定性，可扩展性和易维护性的原则，对石油钻具有限公司的智能配电系统的改造提供如下设计方案。

3.1参考标准

DL/T 814-2002 《配电自动化系统功能规范》

DL/T645-1997 《多功能电能表通信规约》

GB/50198-2011 《监控系统工程技术规范》

DL/T721-2000 《配电网自动化系统远方终端》

GB/T50063-2008 《电力装置的电测量仪表装置设计规范》

DL/T634-2002 《远动设备和系统传输规约基本远动任务配套标准》

DL/T645-2007 《规约数据标识》

GB/T13729-2002 《远程终端通用技术条件》

3.2网络结构拓扑图

为满足配电室统一监控的要求，现场所有仪表通过屏蔽双绞线连接至触摸屏，进而实现对现场数据的采集、存储、处理，实时显示以及历史查询，拓扑结构如图1所示。

图1 电力监控系统拓扑结构图

4、系统功能

上位机采用触摸屏MCGS TPC7062KX，通过触摸屏进行现场仪表连接、数据库变量配置、界面设计等，完成了在上位机中监控现场电能表用电量的功能[2]。

4.1 实时显示

触摸屏采集现场各个电能表A相、B相、C相电流、电压及当前总有功电能数据，并在人机界面实时刷新显示，具体数据如下图2所示。

图2 电能表数据显示界面

4.2 电能管理

各个配电柜的电能表可以按照时间段进行历史数据查询，选择时间间隔对系统采集的电能表历史电能数据精确查询，根据客户要求，本系统实现每隔1小时自动存储电能，查询结果在触摸屏存盘数据浏览构建中显示，电能存盘数据如下图3所示。

图3 电能表数据存盘界面

4.3 数据导出

本系统能够实现电能表数据自动/手动导出，手动导出数据界面如下图4所示，用户根据需要选定导出数据的时间段（开始时间、结束时间），即可导出电能数据，以Excel形式导出到U盘，同时系统根据触摸屏对电能表数据存盘，自动导出所存盘的数据，导出数据如下图5所示。

图4 电能表数据导出界面

图5 导出数据界面

5、运行效果

数据的实时性：项目实施前现场数据主要靠人工抄录，各回路时间不统一，可对性差；项目实施后后台实时采集，可比性强。

存储管理：项目实施前纸质记录，查询时翻箱倒柜，年久易失，数据日期管理复杂；项目实施后计算机存储，数据可存储几年以上，查询速度快，只需鼠标一点，*准确。

整体分析：项目实施前各个时段用电量以及各个回路用电横向和竖向无法对比；项目实施后通过电能存盘数据分析，可了解各个时段的用电情况。

数据安全：项目实施前分散管理，手工定时备份，对连续数据备份不准确；项目实施后同步集中管理，系统自动即时备份。

设备管理：项目实施前各个配电柜回路通断电要现场去查看，断电时无报警；项目实施后通过触摸屏清晰展示，回路是否正常产生数据，后台自动记录数据。

6、结束语

在电力监控系统中配置网络电力仪表，具有实施简明，投资少等显着优点，可以方便和实时地监控配电系统的运行状态，对现场的用电设备进行统一管理，免去工作人员到现场记录的繁琐工作，减少人员工作量，同时，系统对各种用电设备的历史运行数据进行管理分析，工作人员根据建立的电能计量体系，可以了解、分析配电系统总体能耗，提出降耗计划，采取节能降耗措施，逐步提高用电效率。

参考文献：

[1].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

[2].昆仑通态触摸屏MCGS初级、中级教程. 2013.4

某机场航站楼的智能供配电设计安科瑞鲍静君

1 工程现状及配电站布局

该机场由当地220kV变电站供电，共有三路独立35kV电源，引入机场的1#、2#总降压站，降压成10kV后，分配给机场内各个配电站。机场航站楼的登机长廊长1370m，候机大厅及登机长廊每层建筑面积**过5万m2。为了使供电电源深入负荷中心，减少电能损耗，提高供电质量，节约投资费用，经综合考虑，配电站采取如下布局：在候机大厅地下机房层内设置两个独立的配电站，主要供电给全部候机大厅的用电负荷；在登机长廊底层共设5个配电站，给登机长廊及候机大厅的连接廊提供电源。

航站楼内7个配电站的负荷、容量见表1。航站楼内用电计算负荷总计约34679kVA，其中有功计算容量为26703kVA。从表1可知，七个配电站共用变压器18台，其中2500kVA的6台，2000kVA的8台，1600kVA的4台。

航站楼各变配电站负荷容量表表1

配电站中，每两台变压器的380V/220V低压侧均设置手动/自动母联开关。当其中一台变压器故障后，另一台变压器将会在启动强风冷却后，长期承担变压器额定容量的133%负荷，以减少由于变压器故障而带来的停电事故。

2 变配电系统设计

航站楼每个配电站均由机场总降压站中引出的两路独立的10kV电源供电，两路电源平时同时供电，故障时互为备用。供电系统10kV高压侧采用单母线分段，中间设手动/自动母联开关。当两路供电电源中有一路故障时，另一路将供站内所有配电变压器负荷，10kV侧备用率为**。七个配电站的系统接线原则上是一样的，不同点仅为变压器的数量、容量及出线回路。候机大厅内的两个配电站中每个站设置四台变压器，容量相同，平时各由一路10kV电源给两个变压器供电，当其中一路10kV电源故障后，另一路10kV电源承担全部四台变压器容量负荷。10kV配电系统图如图1。

2.1 10kV配电柜

10kV配电柜采用可抽出式、全封闭型、中置滑架式结构，柜体具有可靠的防止无操作的“五防”装置，10kV断路器采用真空式。

进线柜安装安科瑞公司的微机线路保护装置，采用过电流速断保护；变压器出线柜安装安科瑞公司的微机变压器保护装置，采用过电流及速断保护、接地保护、变压器非电量保护（高温告警、**温跳闸保护）等；电压互感器柜安装安科瑞公司的微机PT监测装置，实时监测PT电压，并对PT进行过电压、欠电压等保护；电机出线柜安装安科瑞公司的微机电动机保护装置，采用过电流及速断保护、接地保护、负序电流保护等。

图1 航站楼变电站典型高压配电系统图

10kV配电柜上配置的二次设备清单见表2。

2.2 变压器

各配电站中采用的10/0.4kV变压器均为三相环氧树脂浇注干式变压器，容量为1600-2500kVA。变压器带有内置式辐流风机，保证启动风冷后变压器容量增大50%。风机由温控箱自动控制，变压器低压绕组内埋有热敏电阻。温度大于110℃就自动启动风机，降到90℃时自动关闭。变压器出线柜上配有微机厂用变保护装置，当**过155℃时发出声光警报，当**高温时，启动断路器跳闸。

2.3 低压配电系统及配电柜

七个配电站均设置在地下层级底层。各低压配电柜全部采用全金属铠装抽出式开关柜、柜体设计和结构符合和标准，柜内受点主开关及母联开关采用空气断路器，出线开关以塑壳断路器为主。

航站楼各配电站内的380V低压配电系统如图2设计，10kV/0.4kV变压器降压后进入低压进线柜，再经无功补偿柜，柜内装设安科瑞公司的ARC-12/J的无功补偿控制器，其是带微处理器的自动功率因数调节器，电容器为干式。各低压出线柜上均装设ACR系列网络电力仪表，可对低压线路进行三相电压、电流、有功功率及电度测量。

低压配电柜上各电气设备的选型参考表3。

图2 航站楼380V低压配电系统图

0.4kV低压配电柜电气设备清单表3

3 航站楼智能配电监控系统与能耗分析数据管理系统

3.1 航站楼智能配电监控系统

本航站楼采用安科瑞公司的Acrel-2000智能配电监控系统，楼内所有配电站（10/0.4kV）、UPS装置及应急柴油发电机组等设备均被归纳于智能配电监控系统中。整个监测系统由三个部分组成：现场设备及数据采集模块、系统监测站和电力监测管理中心，是一个分布式的综合电力监测系统。

现场设备及数据采集器主要是：智能化开关、各出线柜上配备的ACR220EL网络电力仪表、UPS、自备发电机组监控器上的数据通信接口。现场断路器通过数据采集模块与系统连接。这些监控器或模块就地装置，独立完成其保护和测量功能而不依赖通信网，主要负责现场参数测量、数据采集、处理及作为智能化开关设备与*监控系统接口、将数据通讯上报纸系统。

系统监测站主要负责对数据采集模块通过通讯网络传来的数据进行实时计算处理、保存、显示和生成报表。每个变电站中有一个系统监测站，负责本站内的监测。

在登机长廊底层3#配电站中，设置了一个电流监测管理中心，将楼内所有系统监测站的信息通过**通信网络集中到一起管理已经对各区信息数据进行集中监测、处理。监测主要内容有：各变配电站母线段电压值、电流值；各回路电量的实时采集；线电压、相电流；三相有功功率、无功功率、有功电能；频率、功率因数；电压不平衡度、电流不平衡度；各断路器、手车状态；变压器温度、运行状态；自备发电机组的启动及运行监测。

监控系统的主要功能有：显示区域平面系统图或主菜单；实时显示主接线图、断路器、手车、接地刀闸的变为情况及母线受电情况；实时显示自动装置运行状况图、电力变压器非电量回路图等。在微机保护装置发生动作时自动发出警报并产生事件记录、事故追忆、故障录波等。

3.2 航站楼能耗分析数据管理系统

航站楼内Acrel-2000智能配电监控系统与Acrel-5000能效数据分析管理系统的组网示意图如下：

图 3 航站楼智能配电监控与能耗监测组网示意图

航站楼内的用电负荷有：普通电力、**设备电力、各场所照明、插座、广告灯箱、空调、通排风机控制、消防设施、安保、行李分拣、航班显示、机坪灯光、各类垂*降梯、自动扶梯、自动布道、弱点机房用电等。楼内所有消费设施包括消防水泵、喷淋泵、排烟、正压风机、消防电梯、大楼消防、安保及设备监控中心、通讯、航班显示系统、综合布线系统、行李分拣、自动化及监控系统、安检系统、当地网络分配场所、办票服务台以及安全疏散照明灯均作为一类重要负荷；其余作为二类负荷。

由于航站楼内用电负荷较多、用电量大，因此需对楼内的电能消耗做分项能耗管理，采用安科瑞公司的Acrel-5000能效监控系统按用途划分进行采集和统计能耗数据，如：普通照明用电、航班服务用电、消防用电、空调用电等。系统可通过历史数据和预算数据分析，客观确定节能改造性价比；改造前后能耗数据对比，实事求是的节能效果评价；节能措施的精细化管理，**其效果的可持续性。

3.3 航站楼Acrel-2000智能配电监控系统界面

Acrel-2000智能配电监控监控系统通过系统数据和规约库模板配置将微机保护装置和多功能电力仪表以及各种传感器连接起来，把供电系统的各回路电参量、开关状态量、电能消耗等通过通讯网络实时的仿真到计算机画面，供电运行维护人员可以通过监控计算机来实时了解供电系统的每个环节。在发生可能导致事故的异常状况时可自动告警；在发生事故时可产生事件记录、记录故障前后波形，甚至可在事故发生后重演事故过程，并提供各种曲线、柱状图等分析图形和报表，使配电系统自动化运行。

图4 Acrel-2000智能配电系统主接线图

图5 Acrel-2000智能配电系统实时监测画面及报表

图6 事故追忆画面及监测数据报表

3.4 航站楼Acrel-5000能耗数据分析管理系统界面

航站楼内的Acrel-5000能耗数据分析管理系统在系统监测站定时采集各监控点的仪表参数并上传至本地能耗分析管理系统数据库，用户可用于当地实时查询能耗监测情况，如图7所示。系统可统计航站楼内耗电量的时用量、日用量和年用量，以曲线图或柱状图等方式显示，支持报表输出，图8所示。系统还可提前各分项耗电量数据进行同、环比分析，如图9所示，确立成员值并对各监控点的耗电量情况进行耗电水平判定，对用电改善提出一套完整的诊断流程，并给出耗电分析报告。