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摘要：本文介紹基于Acrel-2000電力監控軟件和網絡電力儀表而設計實現的一套分散式采集和集中控制管理的配電自動化系統，系統實現了微機在配電室中無人管理的功能，省去了值班人員現場操作的無序性，提高了供電質量和管理水平，具有簡明實用、投資少等優點。
關鍵詞：工業園區；電力監控；剩余電流監測；配電室無人值守
0 引言
目前，供配電產業的發展及可靠性對國民經濟的發展起著舉足輕重的作用,全國各地重點工程項目、標志性建筑/大型公共設施等大面積用戶的急劇增加，對供配電系統的可靠性、安全性、實時性、易用性、兼容性及縮小故障影響范圍提出了更高的要求。
安科瑞的Acrel-2000型電力監控系統軟件借助了計算機、通訊設備、計量保護裝置等，為系統的實時數據采集、開關狀態檢測及遠程控制提供了基礎平臺。該電力監控系統可以提供“監控一體化”的整體解決方案，主要包括實時歷史數據庫AcrSpace、工業自動化組態軟件AcrControl、電力自動化軟件AcrNetPower等。
本文以青島橡膠谷為例，探討工業園區配電室電力監控系統的應用。
1 項目介紹
中國橡膠谷總面積3000多畝，其中核心區500多畝，規劃建筑面積近100萬平方米，以鄭州路為軸線，向科技大學四周輻射。中國橡膠谷由橡膠化工原材料、輪胎、制品、化工橡膠機械、機電電子等相關制造類企業的貿易公司及相關技術服務型企業、各類服務機構相融共生而成，將形成貿易、技術、人才、文化高度集聚的橡膠行業生態圈。
上海安科瑞電氣股份有限公司于2011年11月承接青島橡膠谷一期配電室電力監控系統的設計與實施。
2 用戶需求
青島橡膠谷一期工程由一路10kV市電供電，通過2臺800kVA變壓器（T1、T2）和1臺1600kVA變壓器（T3）降壓至0.4kV后通過低壓配電柜送出至園區各處負載，橡膠谷一期配電室共有10kV配電柜5面，0.4kV配電柜28面，高、低壓回路共計115個，其中10kV避雷器柜上無監控裝置，所以本系統監控114個回路的工作狀態。T1、T2變壓器回路間設有母聯，并備有一臺800kVA柴油發電機在應急狀態下為一些重要回路供電， T3變壓器回路則單獨使用。
10kV回路的進線和饋線配有南京南瑞繼保的保護裝置，采集10kV回路的常規電參量和開關量狀態；0.4kV進線和母聯回路裝有安科瑞ACR330ELH電網質量分析儀，采集回路的常規電參量、四象限電度和電網質量參數；0.4kV饋線回路裝有PZ80L系列多功能電力儀表，采集回路的常規電參量和四象限電度[1]。此外，所有0.4kV饋線回路使用珠海派諾的八路漏電監測儀表進行剩余電流監測。本系統將上述所有133臺電力儀表納入監控范圍。
因青島的配電系統自動化起步較晚，電力監控系統所有功能均由上海安科瑞電氣股份有限公司設計并提交，業主僅根據配電室值班經驗在系統軟件功能界面的細節上提出要求。
3 設計方案
現場設備全集中在同一個配電室中，業主的電氣值班室就近安排在配電室旁，本系統監控中心也安置在該值班室中。系統組網采用常見的3層結構，站控管理層、通訊管理層和現場設備層。
3.1 參考標準
系統的設計滿足以下所列制造和試驗標準：
ISO/IEC11801 《國際綜合布線標準》
JGJ/T 16-92 《民用建筑電氣設計規范》
GB/J63-90 《電力裝置的電測量儀表裝置設計規范》
GB/T13730 《地區電網數據采集與監控系統通用技術條件》
GBJ63-93 《電力裝置電測量儀表裝置設計規程》
GB2887 《計算站場地技術要求》
GB/50198-94 《監控系統工程技術規范》
GB50254/59-96 《電氣裝置安裝工程施工及驗收規范》
IEC-61131-3 《圖形可編程標準》
3.2 組網結構圖拓撲圖
圖一
為滿足配電室統一監控的要求，配電室現場安裝安科瑞公司網絡電力儀表通過屏蔽雙絞線手拉手相連至串口服務器，串口服務器經網絡交換機進而傳輸至后臺主機實現對現場數據的采集，存儲，處理，實時顯示以及歷史查詢
3.3 儀表，通訊線纜，交換機及串口服務器選型
現場設備層設備為133臺電力儀表。這些設備分別根據設計要求安裝在相應的配電回路上。通過RS-485接口實現與上位機系統的數據交互。多功能表和漏電儀表的通訊規約為Modbus-RTU，保護裝置的通訊規約為IEC60870-5-103;通訊管理層由2臺Nport-5630串口服務器和1臺交換機構成，實際工程中使用了8個485串口，剩下8個串口備用。串口服務器將RS-485總線協議轉換為工業以太網協議，通過TCP/IP與站控管理層主機相連，構建數據鏈路。通訊管理層設備均安裝在電氣值班室的值班人員操作臺中，與站控管理層設備安裝在一起; 站控管理層設備為華北工控主機、顯示器、HP打印機以及山特UPS電源，均安裝在電氣值班室的操作臺中。通過安裝在主機上的Acrel-2000電力監控系統軟件實現對現場儀表數據的采集、處理以及各種人機交互功能,具體設備如下表：
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應用場合 |
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型號 |
主要功能 |
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站控管理層 |
工作站主機 |
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RPC-610 |
● 4U、19英寸可上架，歐美風格，符合
EIARS-310C 標準
● 前面板帶鎖，防止誤操作
● 尺寸482mm×460mm×177mm(W×D×H)
● 前面板帶鎖，防止誤操作 |
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UPS電源 |
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C1K/1KVA |
輸入保護 可復位斷路器 輸出保護 短路、電池低電壓、過載、輸出高電壓、UPS過溫 工作溫度 0℃～40℃ 存放溫度 -25℃～55℃ 執行標準 Q/ZYDZ 1-2002備案號：QB/440600 29 1555-2002 濕度 0～90℃不凝結 |
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網絡通訊層 |
串口服務器 |
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NPORT5630 |
NPort 5630系列的串口設備聯網服務器可讓工業串口設備立即連上網絡。NPort 5630系列的串口設備聯網服務器體積小巧，將RS-232或RS-422/485串口設備，如PLC，測量儀，和傳感器連接到IP-based Ethernet LAN。 |
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網絡交換機 |
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3C16470 |
桌面級,二層,非網管型交換機,存儲轉發方式,16口,10M/100Mbps,支持網絡標準 IEEE 802.3,IEEE 802.3u,IEEE 802.1d,IEEE 802.3x,支持全雙工。 |
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現場設備層 |
網絡電力儀表 |
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PZ系列 |
全電參量測量（U、I、P、Q、PF、F）；四象限電能計量、復費率電能統計、最大需量統計；2DI+2DO；RS485通訊接口、Modbus協議。 |
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現場總線 |
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RVVP2*1.0 |
屏蔽雙絞線：中距離傳輸 RS485通訊方式時傳輸距離≤1200m，沒跟現場總線理論上手拉手連接32塊網絡電力儀表。 |
4 系統功能
上位機軟件采用Acrel – 2000電力監控軟件，通過軟件進行設備配置、數據庫變量配置、界面設計等，完成了在上位機軟件監控及電力監控的功能。
4.1 配電監測：如圖1所示，配電監測模塊下可查詢1#變壓器、2#變壓器、3#變壓器、10kV回路的工作狀態和所有儀表的通訊狀態。通過儀表通訊狀態圖可以查看當前所有儀表的工作情況。低壓多功能儀表未配置開關量采集功能，因儀表的輔助電源線取自該回路斷路器的下端，所以儀表的通訊狀態同時也表征了該回路的分合閘狀態。
圖1
4.2 配電系統一次示意圖：10kV和0.4kV配電室配電回路運行狀態使用一次圖形式顯示，10kV回路采集并顯示三相電壓、電流、功率以及分合閘狀態，手車狀態，故障報警狀態（青島地區10kV配電系統不使用接地刀）；采集并顯示0.4kV回路的母線電壓，進線、母聯或發電機雙切回路的三相電流、有功無功功率、功率因數和頻率；各饋線回路的三相電流和剩余電流。界面標注回路編號、用途、斷路器編號、互感器變比，回路用途可由擁有管理員權限的用戶修改。10kV回路界面如圖2所示；0.4kV回路界面如圖3所示：
圖2
圖3
4.3 報表功能：通過報表功能可以查詢任意時刻主要回路的全常規電參量數據、低壓回路的用電量、低壓饋線回路的漏電流值和配電線纜溫度值。用戶主要關注的是用電量報表和剩余電流報表，用電量報表用于對租戶進行電費收費計量以及與供電局數據核對后進行成本核算，如圖3所示；剩余電流監測在青島起步較晚，影響用電安全，因此用戶也較感興趣，如圖4所示。
圖4
4.4 事故報警和追憶：電力監控系統定義了所有配電回路過負荷、低壓回路剩余電流過大及10kV回路開關量變位實時報警和歷史報警查詢等功能，如圖5所示，列表中列出報警發生和恢復的時間、回路名稱、回路編號、數據點、報警內容和報警值等數據，可見某些回路剩余電流值超標較嚴重。
圖5
5 問題匯總
本系統先完成低壓部分的系統集成，后根據業主要求追加高壓部分。在與業主約定的時間段內對高壓部分停電施工時，有部分租戶未收到停電通知，因此投訴了管理公司，使本來2小時的停電時間被壓縮到僅有半小時，所幸時間勉強足夠施工人員鋪設保護裝置的通訊總線。南瑞繼保的RCS9611C、RCS9621C保護裝置在自檢壓板閉合的狀態下，不具備103規約主動上傳遙測遙信數據的功能，電氣安裝公司在安裝調試時未測試通訊功能，導致系統調試時無法采集數據。經多次與南瑞繼保的技術人員溝通后發現問題所在，斷開保護裝置的自檢壓板后通訊正常。
6 運行效果
因部分儀表LED面板上顯示的二次側累計電度，導致值班人員每月均需要對抄表數據進行CT變比換算，經由本系統軟件的報表功能，可以直接查詢月一次用電量，無需轉換。此外，曾發生過值班人員抄表時遺漏電度高位，導致該月物業管理公司少收約3000元電費，本系統投運后杜絕了此類人為失誤造成經濟損失的可能。按照規范，低壓回路自然剩余電流值一般不超過500mA，據剩余電流報表顯示，橡膠谷一期多個回路剩余電流超過3A，由物業管理公司持報表聯系電氣安裝公司查線，整改了多處，但仍有2~3個回路剩余電流過大未解決。
7 結束語
電力監控系統在調試階段揭露了電氣安裝公司一次、二次接線存在的問題，明確了整改方向，保障了橡膠谷配電系統今后的穩定運行。本系統自2012年2月投產后，電能計量與供電局數據匹配度高，得到了用戶的好評，并已著手就橡膠谷二期工程的合作進行洽談。
參考文獻
[1]《電力電測數字儀表原理與應用指南》，任致程、周中，中國電力出版社
作者簡介：
倪中明 (1982-)，男，本科，畢業于青島科技大學自動化學院，從事變配電監控系統工作。
楊興媚（1988-） 本科 江蘇安科瑞電器制造有限公司 主要研究方向為智能電力監控與電能管理系統，技術交流：0510-86189371 手機：13626237782 http://www.jyacrel.cn
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