趙斌

安科瑞電氣股份有限公司  上海嘉定

【摘要】：介紹克拉瑪依石西作業(yè)區(qū)，采用智能電力儀表、采集配電現(xiàn)場的各種電參量和開關(guān)信號。系統(tǒng)采用現(xiàn)場就地組網(wǎng)的方式，組網(wǎng)后通過現(xiàn)場總線通訊并遠(yuǎn)傳至后臺，通過Acrel-5000型能耗管理系統(tǒng)實現(xiàn)配電室配電回路用電的實時監(jiān)控和管理。

【關(guān)鍵詞】：克拉瑪依石西作業(yè)區(qū);智能電力儀表;Acrel-5000;能耗管理系統(tǒng);

1、概述 

    截止到2014年4月底，本單位綜合能耗為3.26×104tce，油氣生產(chǎn)單耗136.78kgce/t，主要生產(chǎn)及能耗數(shù)據(jù)見表1-1.

表1-1  作業(yè)區(qū)主要生產(chǎn)及能耗數(shù)據(jù)統(tǒng)計表

生產(chǎn)現(xiàn)狀：

    作業(yè)區(qū)目前有比較完善的能源計量器具信息庫。實現(xiàn)了能源計量器具分級分項分類統(tǒng)計分析及動態(tài)管理。通過實施測量管理體系、標(biāo)準(zhǔn)宣貫培訓(xùn)和現(xiàn)場監(jiān)督等活動，強化了能源計量管理，提高了能源計量基礎(chǔ)保障作用和管理水平。

    但是，各個集輸站庫的用電計量只有總電量計量，站庫內(nèi)的注水系統(tǒng)、集輸系統(tǒng)等沒有分線計量，且單臺能耗設(shè)備也無電量計量，不利于提高作業(yè)區(qū)現(xiàn)場設(shè)備管理水平，也不利于細(xì)致作業(yè)區(qū)能耗分析工作

    項目建設(shè)內(nèi)容：現(xiàn)場需要做能耗管理系統(tǒng)改造的有三個站，分別為石南31聯(lián)絡(luò)站、石西集中處理站和石南油田油氣處理站，其中石南31聯(lián)絡(luò)站有儀表78塊,石西集中處理站有儀表35塊,石南油田油氣處理站有儀表59塊，監(jiān)控范圍為變配電所儀表。

    由于現(xiàn)場三個需要做能耗監(jiān)控系統(tǒng)改造的三個石油站相互之間距離很遠(yuǎn)（大概十幾公里），而且現(xiàn)場在沙漠中不適宜布線，也沒有信號，現(xiàn)將三個站分別做成獨立的三個能耗監(jiān)控系統(tǒng)。

1、需求分析

    為保證生產(chǎn)管理用電負(fù)荷的統(tǒng)計與分析及對危險源實時監(jiān)控。需要對項目現(xiàn)場的配電室中進(jìn)線及出線回路進(jìn)行電壓、電流、功率等參數(shù)進(jìn)行實時在線監(jiān)控。一旦監(jiān)控點被監(jiān)視參數(shù)異常，能夠及時檢測報警，有關(guān)人員采取必要的措施，避免安全事故的發(fā)生。自動抄表功能節(jié)省了人力物力，功率趨勢曲線功能能夠直觀的顯示各回路的工作狀態(tài)與時間，方便用戶找出非正常用電回路并且及時進(jìn)行整改，建立能耗多級計量體系提供用能分析依據(jù)。

    本技術(shù)條件適用于克拉瑪依石西作業(yè)區(qū)配電室。供方產(chǎn)品應(yīng)具有高安全性與可靠性、易于擴展、便于維修與維護(hù)。供方提供的產(chǎn)品應(yīng)至少滿足本技術(shù)條件，但不僅限于此，其技術(shù)性能應(yīng)滿足對配電室數(shù)據(jù)監(jiān)控的要求。

數(shù)據(jù)采集

    自動采集現(xiàn)場所有電量儀表的模擬量數(shù)據(jù)，自動采集現(xiàn)場開關(guān)狀態(tài)以及故障狀態(tài)等開關(guān)量數(shù)據(jù)。

    支持實時采集、自動周期采集（定時采集）可配置周期（1分鐘～24小時）。

    支持?jǐn)?shù)據(jù)傳輸正確性檢驗，異常數(shù)據(jù)自動處理。

    支持多線程處理機制，提高數(shù)據(jù)采集效率，能同時對多個設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。

    數(shù)據(jù)實時顯示采用配電箱主接線圖直觀顯示模式，各回路開關(guān)斷合以及故障狀態(tài)直觀可見。

數(shù)據(jù)分析與處理

    數(shù)據(jù)的綜合統(tǒng)計、分析需要實現(xiàn)以下功能：

    各設(shè)備用電數(shù)據(jù)小時、日、月、年等時間段內(nèi)的統(tǒng)計、計算。

    各設(shè)備的用電負(fù)荷（有功、無功）最大、最小、平均值計算。

    統(tǒng)計各分站及整體的用電量（有功、無功）。

數(shù)據(jù)查詢與展示

    要求能方便實現(xiàn)客戶端查詢和各級管理人員的查詢，查詢界面能適應(yīng)各級管理人員的要求能夠支持靈活的條件組合查詢和對比分析，各類統(tǒng)計分析的數(shù)據(jù)可靈活采用報表等多種圖表方式直觀的展示功能。

    數(shù)據(jù)展示功能按照不同用戶的不同的權(quán)限，分為操作層、管理層、決策層三層用能展示。

    操作層具備用能分析、累計用量、實時監(jiān)測、運行記錄及比例、對比、對標(biāo)分析等功能。

    管理層具備用能數(shù)據(jù)統(tǒng)計和分析、分類分項的對比、對標(biāo)分析等功能。

    決策層具備用能數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)刪除、數(shù)據(jù)庫導(dǎo)入/導(dǎo)出等功能。

權(quán)限管理

    要求對不同用戶賦予不同角色的權(quán)限，能授權(quán)到功能子菜單、具體檔案記錄、數(shù)據(jù)記錄等。

    系統(tǒng)要求具備合理完善的用戶安全控制機制，能使應(yīng)用環(huán)境中的信息資源得到有效地保護(hù)，防止信息的丟失、失竊和破壞。

    節(jié)能改造及效果評估

    要求為生產(chǎn)節(jié)能改造提供數(shù)據(jù)支撐，并能提供節(jié)能改造前后的效果評估。

參數(shù)設(shè)置

    可通過采集柜設(shè)置各回路互感器變比，各種電流電壓保護(hù)整定值。

    故障判斷與報警具有故障自動判斷并采用聲光方式報警功能。報警類型包括開關(guān)故障，電壓、電流超限，現(xiàn)場采集模塊通訊故障，與監(jiān)控系統(tǒng)通訊故障等。報警時間自動記入系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，方便用戶查詢，工作人員可隨時掌握變配電站實時運行狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)變配電運行故障并作出相應(yīng)處理，提高變配電的管理效率，提升電力系統(tǒng)安全性、可靠性。

2  系統(tǒng)方案

    安科瑞Acrel-5000系統(tǒng)根據(jù)克拉瑪依石西作業(yè)區(qū)現(xiàn)場實際情況，整體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)采用屏蔽雙絞線直接接至數(shù)據(jù)采集器然后通過網(wǎng)線直接接至配電室的監(jiān)控主機，保障了能耗管理系統(tǒng)傳輸?shù)姆�(wěn)定性與實時性。

1）站控管理層

    站控管理層針對能耗管理系統(tǒng)的管理人員，是人機交互的直接窗口。在克拉瑪依石西作業(yè)區(qū)工程中主要指置于一層配電室的監(jiān)控主機。

2）網(wǎng)絡(luò)通訊層

     通訊層主要是由Nport5410I一臺、以太網(wǎng)設(shè)備及總線網(wǎng)絡(luò)組成。Nport5410I串口服務(wù)器主要功能是監(jiān)測現(xiàn)場智能儀表；以太網(wǎng)設(shè)備及總線網(wǎng)絡(luò)的主要功能是實現(xiàn)分站與主站之間的數(shù)據(jù)交互，使配電系統(tǒng)管理集中化、信息化、智能化，極大提高了配電系統(tǒng)的安全性、可靠性和穩(wěn)定性，真正達(dá)到了無人值守的目的。

3）現(xiàn)場設(shè)備層

    現(xiàn)場設(shè)備層是數(shù)據(jù)采集終端，主要由智能儀表組成，智能儀表通過屏蔽雙絞線RS485接口，采用MODBUS通訊協(xié)議總線型連接接入通訊服務(wù)器，經(jīng)通訊服務(wù)器到達(dá)該值班室監(jiān)控主機進(jìn)行組網(wǎng)，實現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集。

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

智能儀表現(xiàn)場連接示意

    現(xiàn)場儀表以手拉手方式通過屏蔽雙絞線(RVSP2*1.0)進(jìn)行通訊連接，每根總線連接智能儀表數(shù)量在20只左右，不同種類的智能裝置連接在不同的總線上，然后將數(shù)據(jù)上傳至串口服務(wù)器Nport5610-16，進(jìn)而將數(shù)據(jù)上傳至當(dāng)?shù)乇O(jiān)控終端。具體連接示意圖如下所示：

    進(jìn)線回路采用ACR320ELH多功能液晶顯示儀表，出線回路采用PZ72-E4/KC，能夠測量所有常規(guī)電力參數(shù)，如：三相電壓、電流、有功功率、無功功率、功率因數(shù)、頻率、有功電度、無功電度。

3  系統(tǒng)功能

    變電所實時監(jiān)控系統(tǒng)圖為主監(jiān)控畫面，主要實時監(jiān)測變電所所有回路的運行狀態(tài)，紅色代表合閘，綠色代表分閘。在系統(tǒng)圖中可以直觀的看到每路進(jìn)線和出線的運行參數(shù)和狀態(tài)，可以看到變壓器出線側(cè)的所有常規(guī)電力參數(shù)，如：三相電壓、電流、有功功率、無功功率、功率因數(shù)、頻率、有功電度等。如下圖所：

一次系統(tǒng)圖

    遙信和遙測報警功能，主要完成對低壓各出線回路的開關(guān)運行狀態(tài)和負(fù)載進(jìn)線監(jiān)控，對開關(guān)變位和負(fù)載越限彈出報警界面指示具體的報警位置并聲音報警，提醒值班人員及時處理。負(fù)載越限值在相應(yīng)權(quán)限下可自由設(shè)置。    

    事件告警記錄功能，主要完成對查詢時間段內(nèi)出現(xiàn)的報警信息事件記錄以及發(fā)生時間，為值班人員提供依據(jù)并且分析事故發(fā)生的原因，如下圖所示：

報警功能實時查詢

    參數(shù)抄表功能，主要對低壓各出線回路的電參數(shù)進(jìn)線查詢。支持任意時刻電參數(shù)查詢，具備數(shù)據(jù)導(dǎo)出和報表打印等功能。該報表查詢克拉瑪依石西作業(yè)區(qū)配電室進(jìn)出線各低壓回路的電參數(shù)，主要包括：三相電流、有功功率和有功電度。該報表各回路名稱和數(shù)據(jù)庫關(guān)聯(lián)，方便用戶修改回路名稱。如下圖所示:

電參數(shù)抄表

    用電量報表功能，可選擇時間段進(jìn)行查詢，支持任意時間段電度累計查詢，具備數(shù)據(jù)導(dǎo)出和報表打印等功能。為值班人員提供了精確可靠的能耗報表。該報表各回路名稱和數(shù)據(jù)庫關(guān)聯(lián)，方便用戶修改回路名稱。如下圖所示，用戶可以直接打印報表，可以以EXCEL格式另存到其他位置。 如下圖所示：

能耗報表

    系統(tǒng)通訊結(jié)構(gòu)示意圖，主要顯示系統(tǒng)的組網(wǎng)結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)采用分層分布式結(jié)構(gòu)，同時監(jiān)測間隔層設(shè)備的通信狀態(tài)。紅色表示通訊正常，綠色表示通訊故障。下圖為變電所通訊狀態(tài)示意圖。

通訊結(jié)構(gòu)示意圖

    負(fù)荷趨勢曲線界面中可直觀的查看回路的負(fù)荷運行情況。查看實時和歷史趨勢曲線，點擊畫面相應(yīng)按鈕或菜單項可以完成相應(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。為分析整個系統(tǒng)的運行狀況提供了直觀而方便的軟件支持。如下圖所示：

趨勢曲線圖

4  結(jié)束語

    在當(dāng)今配電設(shè)施的應(yīng)用中，石油項目的配電安全性至關(guān)重要，本文介紹的Acrel-5000能耗管理系統(tǒng)在克拉瑪依石西作業(yè)區(qū)的應(yīng)用，可以實現(xiàn)對配電室供配電回路用電的實時監(jiān)控，不僅能顯示回路用電狀況，還具有網(wǎng)絡(luò)通訊功能，可以與串口服務(wù)器、計算機等組成能耗管理系統(tǒng)。系統(tǒng)實現(xiàn)對采集數(shù)據(jù)的分析、處理，實時顯示配電室內(nèi)各配電回路的運行狀態(tài)，對負(fù)載越限具有彈出報警對話框、語音提示，并生成各種能耗報表、分析曲線、圖形等，便于能耗的遠(yuǎn)程抄表以及分析、研究，該系統(tǒng)運行安全、可靠、穩(wěn)定，為該項目解決用電問題提供了真實可靠的依據(jù)，取得了較好的企業(yè)效益。

參考文獻(xiàn)：

[1]《電力電測數(shù)字儀表原理與應(yīng)用指南》， 任致程、周中，中國電力出版社

[2]《電力監(jiān)控系統(tǒng)在供配電設(shè)計中的應(yīng)用》，高士宏，科技風(fēng)[3]《電力監(jiān)控運用于10kv供配電設(shè)計》，姚強，科技天地

作者簡介：
趙斌，男，本科，安科瑞電氣股份有限公司工程師，主要研究方向為智能電力監(jiān)控與電能管理系統(tǒng).

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