蔡舒韜1

 1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(yuǎn)傳至監(jiān)控后臺(tái)，通過能效管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)變電所配電回路用電的實(shí)時(shí)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(zé)任公司建成投產(chǎn)于1975年，當(dāng)時(shí)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(fù)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(jìn)線、6路直變（35KV/6.3KV）、6路直變（35KV/0.4KV）及若干0.4KV饋線回路。

• 客戶需求

公司每年在用電方面的投入成本比較大，主要對(duì)用電質(zhì)量和用電明細(xì)均不明確，對(duì)用電管理人員造成了很多困惑，根據(jù)其實(shí)際情況提出以下需求：

• 由于工廠對(duì)斷電時(shí)間限制比較嚴(yán)格，本次改造主要針對(duì)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。
• 主變和直變的電流越*無法實(shí)時(shí)被管理人員得知，安全用電存在隱患，系統(tǒng)需能實(shí)現(xiàn)短信告警功能。
• 35KV出線回路均是指針電度表，靠人工定期抄表，無法統(tǒng)計(jì)每時(shí)每刻的具體用電量。
• 沒有監(jiān)測35KV每個(gè)出線回路的功率因數(shù)，當(dāng)進(jìn)線回路功率因數(shù)比較低時(shí)，無法進(jìn)行排查，往往會(huì)接到供電局的罰單，新增表計(jì)需具有功率因數(shù)測量功能。
• 該工廠工人為3個(gè)班組，人工抄表無法到具體每個(gè)班組的用電量，無法真正實(shí)現(xiàn)內(nèi)部績效考核。
• 需實(shí)時(shí)監(jiān)測主變和直變的實(shí)時(shí)電流、電壓、功率及能耗波動(dòng)情況。
• 能夠查看具體某個(gè)回路或幾個(gè)回路每天的用電量，并可進(jìn)行對(duì)比，形成餅圖、棒圖的形式。
• 每個(gè)主變和直變均可查看當(dāng)日能耗、昨日能耗及同期能耗值。
• 可人工設(shè)置時(shí)間段，進(jìn)行峰、平、谷能耗統(tǒng)計(jì)。
• 系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)同比、環(huán)比分析功能。
• 系統(tǒng)可遠(yuǎn)程訪問，使管理人員隨時(shí)可查看工程系統(tǒng)用電回路工作狀態(tài)。

根據(jù)用戶需求，需要對(duì)安徽金禾化工35KV變電所進(jìn)行改造并建立能效管理系統(tǒng)（主要是數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)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(shè)置監(jiān)控平臺(tái)，對(duì)改造后的回路實(shí)時(shí)監(jiān)測、統(tǒng)計(jì)、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(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和現(xiàn)場總線技術(shù)的發(fā)展，對(duì)變配電系統(tǒng)進(jìn)行分散數(shù)據(jù)采集和集中監(jiān)控管理。對(duì)配電系統(tǒng)的二次設(shè)備進(jìn)行組網(wǎng)，通過計(jì)算機(jī)和通訊網(wǎng)絡(luò)，將分散的配電所的現(xiàn)場設(shè)備連接為一個(gè)有機(jī)的整體，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)運(yùn)行的遠(yuǎn)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(luò)拓?fù)鋱D

間隔設(shè)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(duì)應(yīng)相應(yīng)的一次設(shè)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(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)現(xiàn)場采集。

網(wǎng)絡(luò)通訊層主要為：通訊服務(wù)器，其主要功能為把分散在現(xiàn)場采集裝置集中采集，同時(shí)遠(yuǎn)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(shè)有高性能工業(yè)計(jì)算機(jī)、顯示器、UPS電源、打印機(jī)、短信報(bào)警模塊、報(bào)警蜂鳴器等設(shè)備。監(jiān)控系統(tǒng)安裝在計(jì)算機(jī)上，集中采集顯示現(xiàn)場設(shè)備運(yùn)行狀況，以人機(jī)交互的形式顯示給用戶。

改造后增設(shè)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，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(fā)送數(shù)據(jù)但是在同一時(shí)刻只能發(fā)送或接收數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)傳輸速率為10Mbps。

RS485接口是采用平衡驅(qū)動(dòng)器和差分接收器的組合，抗噪聲干擾能力增強(qiáng)，總線上允許連接多達(dá)32個(gè)設(shè)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(luò)儀表采集完成，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)的本地實(shí)時(shí)顯示。需要完成采集的信號(hào)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(yuǎn)程設(shè)備運(yùn)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(shí)時(shí)準(zhǔn)確的顯示給用戶，達(dá)到配電監(jiān)控的自動(dòng)化化和智能化要求，同時(shí)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(jī)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)電氣一次主接線圖，顯示配電系統(tǒng)設(shè)備狀態(tài)及相應(yīng)實(shí)時(shí)運(yùn)行參數(shù)，畫面定時(shí)輪巡切換；畫面實(shí)時(shí)動(dòng)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(shí)事件

歷時(shí)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(hào)記錄、操作記錄、越限記錄提供方便友好的人機(jī)交互，通過歷史事件查看平臺(tái)，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(gè)系統(tǒng)的運(yùn)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(shí)采集，并且建立數(shù)據(jù)庫，定期生成報(bào)表，以供用戶查詢打印。

3.5  用戶權(quán)限管理

針對(duì)不同級(jí)別的用戶，設(shè)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(shí)現(xiàn)配電系統(tǒng)的安全，可靠運(yùn)行。可以通過用戶管理進(jìn)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(duì)賬號(hào)和權(quán)限的修改。

3.6  運(yùn)行負(fù)荷曲線

負(fù)荷趨勢曲線功能主要負(fù)責(zé)定時(shí)重要回路電流和功率負(fù)荷參量，自動(dòng)生成運(yùn)行負(fù)荷趨勢曲線的，方便用戶及時(shí)了解設(shè)備的運(yùn)行負(fù)荷狀況。點(diǎn)擊畫面相應(yīng)按鈕或菜單項(xiàng)可以完成相應(yīng)功能的切換；可以查看實(shí)時(shí)趨勢曲線或歷史趨勢線；對(duì)所選曲線可以進(jìn)行平移、縮放、量程變換等操作，幫助用戶進(jìn)線趨

勢分析和故障追憶，為分析整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行狀況提供了直觀而方便的軟件支持。

3.7  遠(yuǎn)程報(bào)表查詢

報(bào)表管理程序的主要功能是根據(jù)用戶的需要設(shè)計(jì)報(bào)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(jì)生成用戶需要的報(bào)表數(shù)據(jù)。本程序還可以根據(jù)用戶的需要對(duì)報(bào)表文件采用定時(shí)保存、打印或者召喚保存、打印模式。同時(shí)本程序還向用戶提供了對(duì)生成的報(bào)表文件管理功能。

報(bào)表具有自由設(shè)置查詢時(shí)間實(shí)現(xiàn)日、月、年的電能統(tǒng)計(jì)，數(shù)據(jù)導(dǎo)出和報(bào)表打印等功能。

3.8  系統(tǒng)能耗分析功能

可實(shí)現(xiàn)對(duì)能耗系統(tǒng)同比、環(huán)比分析；根據(jù)自定義時(shí)間段查詢峰、平、谷電度值；根據(jù)班組能耗可核算某個(gè)班組的能效比。

4  案例分析

本監(jiān)控系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)安徽金禾化工35KV變電所實(shí)時(shí)監(jiān)測、分析及管理，監(jiān)控范圍如下：

1路35KV進(jìn)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(jìn)行項(xiàng)目改造。

DTSD1352-CF尺寸及詳細(xì)參數(shù)：

根據(jù)其改造的回路，系統(tǒng)可實(shí)時(shí)顯示一次回路運(yùn)行狀況，功能有電量遙測主要監(jiān)測運(yùn)行設(shè)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(bào)警功能，主要完成對(duì)直變和主變負(fù)載越限彈出報(bào)警界面指示具體的報(bào)警位置并聲音報(bào)警，提醒值班人員及時(shí)處理。負(fù)載越限值在相應(yīng)權(quán)限下可自由設(shè)置。具備歷史查詢功能，見圖（3）。

圖（3） 越限報(bào)警信息

用電量報(bào)表功能，可選擇時(shí)間段進(jìn)行查詢，支持任意時(shí)間段電度累計(jì)查詢，具備數(shù)據(jù)導(dǎo)出和報(bào)表打印等功能。為值班人員提供了可靠的電能報(bào)表。該報(bào)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(bào)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(jì)報(bào)表。

圖（4） 電能報(bào)表

參數(shù)抄表功能，主要所有回路的電參數(shù)進(jìn)線查詢。支持任意時(shí)刻電參數(shù)查詢，具備數(shù)據(jù)導(dǎo)出和報(bào)表打印等功能。該報(bào)表查詢供35KV變電所6臺(tái)主變和6臺(tái)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(bào)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(shí)時(shí)功率因數(shù)監(jiān)測功能，功率因數(shù)過低系統(tǒng)實(shí)時(shí)告警，使用的客戶根據(jù)功率因數(shù)狀況對(duì)該回路的設(shè)備進(jìn)行維修或更換。功率因數(shù)報(bào)表如圖（6）所示。

圖（6）功率因數(shù)趨勢圖

班組考核報(bào)表，可實(shí)時(shí)每個(gè)班組工作時(shí)間段的電參量及能耗值，如圖（7）所示。

圖（7）班組報(bào)表

負(fù)荷趨勢曲線界面中可直觀的查看回路的負(fù)荷運(yùn)行情況。查看實(shí)時(shí)和歷史趨勢曲線，點(diǎn)擊畫面相應(yīng)按鈕或菜單項(xiàng)可以完成相應(yīng)功能的切換；幫助用戶進(jìn)線趨勢分析和故障追憶，具備曲線打印功能。為分析整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)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(dāng)日能耗、昨日能耗及同期能耗對(duì)比如圖（12）所示

圖（12）能耗對(duì)比

峰、平、谷能耗分析，如圖（13）所示。

圖（13）峰、平、谷能耗分析

當(dāng)月用電量排行、用電比例及總進(jìn)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(duì)不同級(jí)別的用戶，設(shè)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(shí)現(xiàn)配電系統(tǒng)的安全，可靠運(yùn)行。可以通過用戶管理進(jìn)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(duì)賬號(hào)和權(quán)限的修改。

系統(tǒng)配置：

注：該報(bào)價(jià)清單預(yù)留了2個(gè)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(gè)系統(tǒng)的投入后，根據(jù)后續(xù)管理節(jié)能和設(shè)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(shí)時(shí)采集整個(gè)企業(yè)在生產(chǎn)過程中主變和直變能耗數(shù)據(jù)，并對(duì)所有數(shù)據(jù)在線實(shí)施監(jiān)測，并對(duì)過程中出現(xiàn)能耗異常的數(shù)據(jù)進(jìn)行報(bào)警提示。還可以對(duì)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(shè)備與設(shè)備之間、班組與班組之間的橫向?qū)Ρ龋蛘咧芘c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(fèi)和隱患。通過向用戶設(shè)計(jì)各種統(tǒng)計(jì)報(bào)表建立企業(yè)能耗設(shè)備評(píng)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(dòng)節(jié)能向主動(dòng)節(jié)能的思想意識(shí)轉(zhuǎn)變，來提高企業(yè)能耗使用效率，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)成本降低，提高了經(jīng)濟(jì)效益。

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作者簡介：

蔡舒韜，女，本科，安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向?yàn)橹悄芘潆娤到y(tǒng)設(shè)計(jì)，: 2880263321