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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
苏州创业园二期电力监控与电能管理系统设计方案 安科瑞鲍静君
【摘要】：本文介绍基于网络电力仪表的Acrel-3000电力监控系统在苏州创业园二期的应用，实现了分散式采集和集中控制管理的智能化电能计量管理和监控。省去了值班人员现场抄表的烦琐，具有投资少、简明实用、便于智能管理等优点。
关键词：大型公建;网络电力仪表;电力监控软件
0引言
当前，根据住房与建设部〔2008〕114号文件，**和大型公建应当实行能源消费计量制度，区分用能种类，用能系统实行能源消费分户、分类、分项计量，及时发现、纠正用能浪费现象。同时地方**也积极响应*号召，也出台了相关规定，如苏建科〔2007〕217号规定自2007年9月1日起，新建、改建和扩建单体2万m2以上的公共建筑项目，在设计、施工图审查时均应执行国家、省有关标准。在电气部分明确规定：变电所各出线回路均应配置电能计量装置，计量装置应采用数字式电能表计，并根据建筑的类别和档次，尽量配置通讯接口，以便于构成网络，并设管理后台。
苏州创业园二期位于苏州高新区竹园路与珠江路交叉口附近，总建筑面积13.58万平方米，由3幢26层独立塔楼组成。每个楼层都有一个配电室，室内的配电柜中安装了安科瑞600多块网络多功能仪表。为了能够实现电力参数实时遥测、电能计量分项管理、电能报表等功能，系统采用Acrel-3000电力监控、电能管理软件把现场的仪表联在一起，做到集中管理、集中控制。
1. 系统结构
Acrel-3000电力监控组态软件是对现场生产数据进行采集与过程控制的**软件，较大的特点是能以灵活多样的“组态方式”而不是编程方式来进行系统集成，它提供了良好的用户开发界面和简捷的工程实现方法，只要将其预设置的各种软件模块进行简单的“组态”，便可以非常*地实现和完成监控层的各项功能，比如在分布式网络应用中，所有应用(例如趋势曲线、报警等)对远程数据的引用方法与引用本地数据完全相同，通过“组态”的方式可以大大缩短了自动化工程师的系统集成的时间，提高了集成效率。
苏州创业园二期电力监控系统的拓扑结构如图1。
图1 系统拓扑结构图
系统采用分布式结构，按功能或区域进行划分，模块化设计。整个系统分为三层，即现场层、中间层、主控层。
1.1现场层
现场层主要任务是将现场的各种配电系统的运行参数进行采集和测量，并将采集和测量的各种数据传输给监控系统。其主要设备是：ACR320EL、ACR210EL网络电力仪表，装设在每层的动力柜内。上述设备均相互独立完成各自的功能，不依赖主控计算机运行，具备RS-485 通信接口，通过现场的RS-485总线将检测到的各项电参数和状态信号实时传输到中间层的数据处理单元—通讯服务器。
ACR网络测控电力仪表，是针对电力系统、工矿企业、公共设施、智能大厦的电力监控需求而设计的智能化电力仪表。它能测量所有的常用电力参数，如三相电流、电压，有功、无功功率，电度以及开关量输入/输出状态等。该系列仪表具备完善的通信联网功能，能实现远程遥测、遥控功能，非常适合于实时电力监控系统。
1.2中间层
中间层位于现场层与主控层之间，采用高性能、嵌入式通讯服务器。通讯服务器负责把现场层仪表采集的数据经过网络通信联接、数据交换上传到主控层，是主控层与现场层的桥梁。
1.3主控层
主控层位于监控室或值班室，配置高性能、高可靠性工业级计算机、UPS不间断电源、打印机、报警装置等。Acrel-3000电力监控软件安装在主控计算机上，通过软件的人机界面和各种管理功能实现对整个箱系统的实时监控和报表管理。
创业园二期的监控室位于B幢三楼，通过六个通讯服务器把分布于每个楼层动力柜内的共计600多块ACR仪表**的联系在一起，再通过楼层的局域网把数据传输到后台系统。
2. 系统框图及主要实现的功能
系统采用C/S架构，数据处理以数据库为中心，分采集、显示、算法等模块，各主要逻辑关系如下系统框图。
图2 系统框图
系统依据客户实际需求进行设计，并实现了一次主接线图界面显示;电参量遥测及电参量越限报警;事件记录;系统运行异常监测;故障报警及操作记录;报表查询与打印;系统负荷实时、历史曲线，用户权限管理等主要功能。
如A幢4-7层空调总回路8月份各天的用电趋势图如图3所示。
图3 电能棒图
3. 设备与投资
根据现场实际情况所配置的系统硬件含采集装置、电源、工作站主机、打印设备、系统软件、弱电安装施工等总计费用为35万元左右，平均每幢楼的投入费用不**过15万元。配电各环节的数据均可通过监控主机集中显示，方便配电管理人员及时发现配电故障环节，按月统计用电数据，又可以通过OPC转发上传至楼宇自控系统BAS或安防系统FAS，便于整体调度。相对于传统的电工抄表、统计虽增加了一次投入，但智能化程度得到较大提高，节省了人力资本的投入。
4. 结束语
ACREL-3000电力监控系统具有通用性好、可靠性高、组态灵活等优点。目前系统已投入运行半年以上，较大的方便了用户的使用。随着计算机信息技术的普及，低压配电智能化的要求也越来越高，变配电监控及低压配电管理使得实现配电室的无人职守真正成为现实，系统对各种用电设备的历史运行数据和状态进行管理分析，便于维护人员明确设备状况，制定详细的设备维护计划，减少人力投入，提高工作效率，从而降低整个系统的运营成本。
参考文献：
1)《电力电测数字仪表原理与应用指南》 任致程，周中，中国电力出版社