王海芹
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，采用智能電力儀表采集35KV配電現場的各種電參量。系統采用現場就地組網的方式，組網后通過現場總線通訊遠傳至監控后臺，通過能效管理系統實現對變電所配電回路用電的實時監控、分析及管理。
關鍵詞：變電所;智能電力儀表;能效管理系統;
概述
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安徽金禾化工有限責任公司建成投產于1975年，當時合成氨僅為年產3000噸，經過多年不斷改造，現已發展成為年產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。企業占地面積15萬平方米，總資產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。
1客戶需求
公司每年在用電方面的投入成本比較大，主要對用電質量和用電明細均不明確，對用電管理人員造成了很多困惑，根據其實際情況提出以下需求：
根據用戶需求，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（主要是數據的實時監控及能耗數據處理分析），在35KV隔壁的值班室內設置監控平臺，對改造后的回路實時監測、統計、分析，以保證用電的安全、可靠和。
安科瑞能效管理系統，充分利用了現代電子技術、計算機技術、網絡技術和現場總線技術的新發展，對變配電系統進行分散數據采集和集中監控管理。對配電系統的二次設備進行組網，通過計算機和通訊網絡，將分散的配電所的現場設備連接為一個有機的整體，實現電網運行的遠程監控、集中管理及能效分析。
2 系統結構描述
本監控系統采用分層分布式結構，即站控層，通訊層與間隔層；如圖（1）所示：
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圖（1）能效管理系統網絡拓撲圖
間隔設備層主要為：智能電度表、開關量、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一次設備安裝在電氣柜內，這些裝置均采用RS485通訊接口，通過現場MODBUS總線組網通訊，實現數據現場采集。
網絡通訊層主要為：通訊服務器，其主要功能為把分散在現場采集裝置集中采集，同時遠傳至站控層，完成現場層和站控層之間的數據交互。
站控管理層：設有高性能工業計算機、顯示器、UPS電源、打印機、短信報模塊、報蜂鳴器等設備。監控系統安裝在計算機上，集中采集顯示現場設備運行狀況，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、發送數據但是在同一時刻只能發送或接收數據，數據高傳輸速率為10Mbps。
RS485接口是采用平衡驅動器和差分接收器的組合，抗噪聲力增強，總線上允許連接多達32個設備，大傳輸距離為1.2km。
3 能效管理系統主要功能
3.1 數據采集與處理
數據采集是配電監控的基礎，數據采集主要由底層多功能網絡儀表采集完成，實現遠程數據的本地實時顯示。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COSφ、電度Epi、遠程設備運行狀態等數據。
數據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，達到配電監控的自動化化和智能化要求，同時把采集到的數據存入數據庫供用戶查詢。
3.2 人機交互
系統提供簡單、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電氣一次主接線圖，顯示配電系統設備狀態及相應實時運行參數，畫面定時輪巡切換；畫面實時動態刷新；模擬量顯示；開關量顯示；連續記錄顯示等。
3.3 歷時事件
歷時事件查看界面主要為用戶查看曾經發生過的故障記錄、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，為您把握整個系統的運行情況提供了良好的軟件支持。
3.4 數據庫建立與查詢
主要完成遙測量和遙信量定時采集，并且建立數據庫，定期生成報表，以供用戶查詢打印。
3.5 用戶權限管理
針對不同級別的用戶，設置不同的權限組，防止因人為誤操作給生產，生活帶來的損失，實現配電系統的安全，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用戶的需要設計報表樣式，把系統中處理的數據經過篩選、組合和統計生成用戶需要的報表數據。本程序還可以根據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日、月、年的電能統計，數據導出和報表打印等功能。
3.8 系統能耗分析功能
可實現對能耗系統同比、環比分析；根據自定義時間段查詢峰、平、谷電度值；根據班組能耗可核算某個班組的能效比。
4 案例分析
本監控系統主要實現安徽金禾化工35KV變電所實時監測、分析及管理，監控范圍如下：
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：
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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 | ■ |
脈沖輸出 | 有功脈沖輸出、時鐘脈沖輸出 | ■ |
無功脈沖輸出 | □（與時鐘復用） | |
LED報 | 失壓及數據效驗失敗報 | ■ |
復費率及 附帶功能 | 支持4個時區、2個時段表、8個日時段、4個費率 | ■ |
四種大需量及發生時間 | □ | |
上12月歷史凍結數據 | □ | |
日期、時間 | □ | |
通訊 | RS485接口，同時支持Modbus、DL/T645-07、DL/T645-97 | □ |
根據其改造的回路，系統可實時顯示一次回路運行狀況，功能有電量遙測主要監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、電能，頻率等電參量。見圖（2）
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圖（2）系統配電二次圖
遙測報功能，主要完成對直變和主變負載越限彈出報界面指示具體的報位置并聲音報，提醒值班人員及時處理。負載越限值在相應權限下可自由設置。具備歷史查詢功能，見圖（3）。
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圖（3） 越限報信息
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，具備數據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據庫關聯，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）主變和直變電能統計報表。
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圖（4） 電能報表
參數抄表功能，主要所有回路的電參數進線查詢。支持任意時刻電參數查詢，具備數據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，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據庫關聯，方便用戶修改回路名稱，如圖（5）所示。
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圖（5） 參數抄表
實時功率因數監測功能，功率因數過低系統實時告，用戶根據功率因數狀況對該回路的設備進行維修或更換。功率因數報表如圖（6）所示。
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圖（6）功率因數趨勢圖
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。
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圖（7）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。為分析整個系統的運行狀況提供了直觀而方便的軟件支持，見圖（7）（8）（9）（10）。
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圖（8）電流趨勢曲線圖
圖（9）電壓趨勢曲線圖
圖（10）有功功率趨勢曲線圖
圖（11）有功功率趨勢曲線圖
同比、環比分析，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
系統可針對不同級別的用戶，設置不同的權限組，防止因人為誤操作給生產，生活帶來的損失，實現配電系統的安全，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限的修改。
系統配置：
序號 | 名稱 | 型號、規格 | 單位 | 數量 | 備注 |
1 | 電力儀表 |
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| 網絡電力儀表 | DTSD1352-CF | 只 | 12 | 安科瑞 |
合計 |
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| 12 |
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2 | 監控中心值班室 |
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| 通訊機柜 | K2200（2200X600X600） | 套 | 1 |
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| 操作臺 | 定制 | 套 | 1 |
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| 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 | 聯想 |
| UPS電源 | C1K/1KVA | 臺 | 1 | SANTAK |
| 打印機 | HP 1106 A4幅面 | 臺 | 1 | 惠普 |
| 系統軟件 | 正版微軟WINDOWS XP/SP3 | 套 | 1 | 微軟 甲方自備 |
| 系統軟件 | 標準版WINDOWS 2003 SERVER | 套 | 1 |
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| 數據庫 | SQL數據庫（標準版） | 套 | 1 |
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| 能效管理 | Acrel-5000能效管理軟件 | 套 | 1 | 安科瑞 |
| 能效管理 | 數據遠傳接收服務軟件 | 套 | 1 | 安科瑞 |
| 能效管理 | 報表服務軟件 | 套 | 1 | 安科瑞 |
| 能效管理 | 中間層服務器C/S服務端（配置、調試） | 套 | 1 | 安科瑞 |
| 能效管理 | 中間層服務器B/S服務端 | 套 | 1 | 安科瑞 |
| 能效管理 | 軟件實施/調試費 | 項 | 1 |
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| 通訊采集箱 | 600X550X300 | 套 | 2 | 上海祥明 |
| 工業串口服務器 | NPORT5630-8 RS485接口×8 | 臺 | 1 | MOXA |
| 工業串口服務器 | NPORT5430I RS485接口×4 帶光隔 | 臺 | 2 | MOXA |
| 工業開關電源 | KDYA-DG75-24 | 套 | 2 | 華力 |
| 光電轉換器 | 單模光電轉換HTB-1100S（25km) | 只 | 4 | 兆越 |
合計 |
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3 | 工程材料 |
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| 通訊線纜 | 屏蔽雙絞線RVVSP 2×1.0 | 千米 | 1.5 |
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| 通訊線纜 | 單模4芯光纖 | 千米 | 1 |
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| 光纖附件 | 含熔接、尾纖、法蘭、跳線等 | 套 | 4 |
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| 工程輔材 | 拖線板、轉換線、線管、標等 | 套 | 1 |
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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的納入。
整個系統的投入后，根據后續管理節能和設備改造節能，其公司每年可節省成本30萬元。
5 結束語
該能效管理系統可以實時采集整個企業在生產過程中主變和直變能耗數據，并對所有數據在線實施監測，并對過程中出現能耗異常的數據進行報提示。還可以對過程中的能耗信息以圖表或者數據表格方式提供數據分析和比較功能，通過設備與設備之間、班組與班組之間的橫向對比，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計報表建立企業能耗設備評估系統和生產班組能耗考核管理體系，來化企業的能源消耗，讓員工從由過去被動節能向主動節能的思想意識轉變，來提高企業能耗使用效率，實現生產成本降低，提高了經濟效益。
參考文獻：
[1].任致程 周中. 電力電測數字儀表原理與應用指南[M]. 北京. 電力出版社. 2007. 4
[2].周中等編著. 智能電網用戶端電力監控與電能管理系統產品選型及解決方案[M]. 北京. 機械工業出版社. 2011.10
作者簡介：
王海芹，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供配電
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