戴金花 朱祝豐1
1上海安科瑞電氣股份有限公司，上海 嘉定 201801;
摘要：介紹蘇州中潤(rùn)廣場(chǎng)電力監(jiān)控與電能管理系統(tǒng)，采用智能電力儀表采集配電現(xiàn)場(chǎng)的各種電參量和開(kāi)關(guān)信號(hào)。系統(tǒng)采用現(xiàn)場(chǎng)就地組網(wǎng)的方式，組網(wǎng)后通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)通訊并遠(yuǎn)傳至后臺(tái)，通過(guò)Acrel-2000/3000型電力監(jiān)控與電能管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)變電所配電回路用電的實(shí)時(shí)監(jiān)控和電能管理。
關(guān)鍵詞：CBD;蘇州中潤(rùn)廣場(chǎng);變電所;智能電力儀表;Acrel-2000/3000型;電力監(jiān)控系統(tǒng);電能管理系統(tǒng)
0 概述
蘇州中潤(rùn)廣場(chǎng)，又名蘇州中心，目前是蘇州主城區(qū)第一高樓，擁有228米的超高層主樓地標(biāo)建筑，總規(guī)模36萬(wàn)平方米的世界級(jí)都會(huì)地標(biāo)綜合體項(xiàng)目。規(guī)劃有如下業(yè)態(tài)：環(huán)球主題購(gòu)物中心、璞御公館——酒店式公寓、超甲級(jí)寫(xiě)字樓、頂級(jí)豪宅--世界公館、文體會(huì)展中心等5大主要產(chǎn)品業(yè)態(tài)。
該項(xiàng)目位于蘇州主城區(qū)的吳中區(qū)CBD核心位置，三面臨路一面臨水,北側(cè)是寶帶東路大道，臨近地鐵3，4號(hào)線(xiàn)的交匯樞紐，南側(cè)隔著文曲路與吳中區(qū)區(qū)政府相望，西面東苑路旁是吳中區(qū)人民大會(huì)堂和人民廣場(chǎng)，東面隔著天然河道與文體會(huì)展中心相鄰。項(xiàng)目靠近市中心縱貫主城區(qū)南北的“人民路-東吳北路”黃金商道，在此區(qū)域內(nèi)吳中區(qū)政府將巨資打造CBD核心商業(yè)，未來(lái)合計(jì)將有100萬(wàn)平方米商業(yè)商務(wù)建筑群陸續(xù)建成，目前已有近50萬(wàn)平方米的商業(yè)體量規(guī)劃成型，建成之后，這里將形成主城區(qū)的新商圈——吳中商圈。
該項(xiàng)目的商業(yè)規(guī)劃為8萬(wàn)平方米的環(huán)球主題購(gòu)物中心，共分為南北兩大區(qū)域，中間以挑高5層的穹頂廣場(chǎng)作為連接。南區(qū)位于主樓裙房的1至5層，是以百貨類(lèi)為主的“生活休閑區(qū)”( Life Hub);北區(qū)是以國(guó)際一線(xiàn)品牌為主的“精品購(gòu)物區(qū)”( fashion center)，其中地下一層定位為大型超市，已與全球第一的知名賣(mài)場(chǎng)沃爾瑪合約協(xié)商簽署中。此外商業(yè)部分還包括有以時(shí)尚店鋪為主的商業(yè)步行內(nèi)街和以高檔餐飲為主的沿河商業(yè)街的部分。商業(yè)部分全部采取統(tǒng)一招商、統(tǒng)一經(jīng)營(yíng)、統(tǒng)一管理、統(tǒng)一服務(wù)的專(zhuān)業(yè)化管理模式，中潤(rùn)·蘇州中心為所售商鋪提供五年管家式運(yùn)營(yíng)服務(wù)。
本項(xiàng)目為蘇州中潤(rùn)廣場(chǎng)電力監(jiān)控與電能管理系統(tǒng)。根據(jù)配電系統(tǒng)管理的要求，需要對(duì)蘇州中潤(rùn)廣場(chǎng)的一個(gè)高壓室、一個(gè)發(fā)電機(jī)房和五個(gè)低壓變電所(南區(qū)變電所、北區(qū)變電所、地下一層商務(wù)變電所、16層變電所和28層變電所)內(nèi)的高壓柜、低壓配出線(xiàn)進(jìn)行電力監(jiān)控，以保證用電的安全、可靠和高效。
Acrel-2000/3000型低壓智能配電系統(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(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)的最新發(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(guò)計(jì)算機(jī)和通訊網(wǎng)絡(luò)，將分散的配電所的現(xiàn)場(chǎng)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)控和集中管理。
1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)描述
本監(jiān)控系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)蘇州中潤(rùn)廣場(chǎng)的一個(gè)高壓室、一個(gè)發(fā)電機(jī)房和五個(gè)低壓變電所(南區(qū)變電所、北區(qū)變電所、地下一層商務(wù)變電所、16層變電所和28層變電所)的10/0.4kV配電系統(tǒng)進(jìn)行用電監(jiān)控與電能管理;監(jiān)控范圍為地下一層高壓室的高壓柜，柴油發(fā)電機(jī)房配電屏，南區(qū)變電所的N1、N2、N3、N4變壓器的低壓進(jìn)線(xiàn)柜、聯(lián)絡(luò)柜、饋線(xiàn)柜，北區(qū)變電所的B1、B2、B3、B4變壓器的低壓進(jìn)線(xiàn)柜、聯(lián)絡(luò)柜、饋線(xiàn)柜，地下一層商務(wù)變電所的S1、S2變壓器的低壓進(jìn)線(xiàn)柜、聯(lián)絡(luò)柜、饋線(xiàn)柜，16層變電所的BG1、BG2變壓器的低壓進(jìn)線(xiàn)柜、聯(lián)絡(luò)柜、饋線(xiàn)柜，28層變電所的GS1、GS2變壓器的低壓進(jìn)線(xiàn)柜、聯(lián)絡(luò)柜、饋線(xiàn)柜進(jìn)行遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控和電能管理。該系統(tǒng)總計(jì)有393只儀表(其中包括21只ACR230ELH、356只ACR220EL和16只ABB綜保)，分18條總線(xiàn)，其中高壓室2條總線(xiàn)、發(fā)電機(jī)房1條總線(xiàn)、南區(qū)變電所4條總線(xiàn)、北區(qū)變電所4條總線(xiàn)、地下一層商務(wù)變電所2條總線(xiàn)、16層變電所2條總線(xiàn)、28層變電所2條總線(xiàn)，5個(gè)低壓變電所之間距離較遠(yuǎn)，采用光纖組網(wǎng)連接，最后通過(guò)網(wǎng)線(xiàn)拉至值班室連接到監(jiān)控主機(jī)實(shí)現(xiàn)總線(xiàn)上儀表與監(jiān)控主機(jī)的數(shù)據(jù)連通。
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)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D
間隔設(shè)備層主要為：多功能網(wǎng)絡(luò)電力儀表、開(kāi)關(guān)量、模擬量采集模塊和智能斷路器等。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(guò)現(xiàn)場(chǎng)MODBUS總線(xiàn)組網(wǎng)通訊，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)現(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)采集裝置集中采集，同時(shí)遠(yuǎn)傳至站控層，完成現(xiàn)場(chǎng)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)、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(chǎng)設(shè)備運(yùn)行狀況，以人機(jī)交互的形式顯示給用戶(hù)。
以上網(wǎng)絡(luò)儀表均采用RS485接口和MODBUS-
RTU通訊協(xié)議，RS485采用屏蔽線(xiàn)傳輸，一般都采用二根連線(xiàn)，接線(xiàn)簡(jiǎn)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)最高傳輸速率為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(xiàn)上允許連接多達(dá)32個(gè)設(shè)備，最大傳輸距離為1.2km。
2 電力監(jiān)控系統(tǒng)主要功能
2.1 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(hù)，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(kù)供用戶(hù)查詢(xún)。
2.2 人機(jī)交互
系統(tǒng)提供簡(jiǎn)單、易用、良好的用戶(hù)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(xiàn)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(huà)面定時(shí)輪巡切換;畫(huà)面實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)刷新;模擬量顯示;開(kāi)關(guān)量顯示;連續(xù)記錄顯示等。
2.3 歷時(shí)事件
歷時(shí)事件查看界面主要為用戶(hù)查看曾經(jīng)發(fā)生過(guò)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(guò)歷史事件查看平臺(tái)，您可以根據(jù)自己的要求和查詢(xún)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。
2.4 數(shù)據(jù)庫(kù)建立與查詢(xún)
主要完成遙測(cè)量和遙信量定時(shí)采集，并且建立數(shù)據(jù)庫(kù)，定期生成報(bào)表，以供用戶(hù)查詢(xún)打印。
2.5 用戶(hù)權(quán)限管理
針對(duì)不同級(jí)別的用戶(hù)，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(lái)的損失，實(shí)現(xiàn)配電系統(tǒng)的安全，可靠運(yùn)行?？梢酝ㄟ^(guò)用戶(hù)管理進(jìn)行用戶(hù)登錄、用戶(hù)注銷(xiāo)、修改密碼、添加刪除等操作，方便用戶(hù)對(duì)賬號(hào)和權(quán)限的修改。
2.6 運(yùn)行負(fù)荷曲線(xiàn)
負(fù)荷趨勢(shì)曲線(xiàn)功能主要負(fù)責(zé)定時(shí)采集進(jìn)線(xiàn)及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(shì)曲線(xiàn)的，方便用戶(hù)及時(shí)了解設(shè)備的運(yùn)行負(fù)荷狀況。點(diǎn)擊畫(huà)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(shì)曲線(xiàn)或歷史趨勢(shì)線(xiàn);對(duì)所選曲線(xiàn)可以進(jìn)行平移、縮放、量程變換等操作，幫助用戶(hù)進(jìn)線(xiàn)趨
勢(shì)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。
2.7 遠(yuǎn)程報(bào)表查詢(xún)
報(bào)表管理程序的主要功能是根據(jù)用戶(hù)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(guò)篩選、組合和統(tǒng)計(jì)生成用戶(hù)需要的報(bào)表數(shù)據(jù)。本程序還可以根據(jù)用戶(hù)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(hù)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(xún)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 案例分析
蘇州中潤(rùn)廣場(chǎng)電力監(jiān)控與電能管理系統(tǒng)分一個(gè)高壓室、一個(gè)發(fā)電機(jī)房和五個(gè)低壓變電所(南區(qū)變電所、北區(qū)變電所、地下一層商務(wù)變電所、16層變電所和28層變電所)，本項(xiàng)目針對(duì)這一個(gè)高壓室、一個(gè)發(fā)電機(jī)房和五個(gè)低壓變電所的10/0.4kV配電系統(tǒng)進(jìn)行用電監(jiān)控與電能管理;監(jiān)控范圍為地下一層高壓室的高壓柜，柴油發(fā)電機(jī)房配電屏，南區(qū)變電所的N1、N2、N3、N4變壓器的低壓進(jìn)線(xiàn)柜、聯(lián)絡(luò)柜、饋線(xiàn)柜，北區(qū)變電所的B1、B2、B3、B4變壓器的低壓進(jìn)線(xiàn)柜、聯(lián)絡(luò)柜、饋線(xiàn)柜，地下一層商務(wù)變電所的S1、S2變壓器的低壓進(jìn)線(xiàn)柜、聯(lián)絡(luò)柜、饋線(xiàn)柜，16層變電所的BG1、BG2變壓器的低壓進(jìn)線(xiàn)柜、聯(lián)絡(luò)柜、饋線(xiàn)柜，28層變電所的GS1、GS2變壓器的低壓進(jìn)線(xiàn)柜、聯(lián)絡(luò)柜、饋線(xiàn)柜進(jìn)行遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控和電能管理。
進(jìn)線(xiàn)回路采用ACR230ELH多功能諧波儀表，其是針對(duì)電力系統(tǒng)、工礦企業(yè)、公共設(shè)施、智能大廈的電力監(jiān)控需求而設(shè)計(jì)的網(wǎng)絡(luò)電力儀表，它能測(cè)量所有常規(guī)電力參數(shù)，如：三相電壓、電流、有功功率、無(wú)功功率、功率因數(shù)、頻率、有功電度、無(wú)功電度、并可監(jiān)測(cè)電壓、電流的2-31次諧波分量等多種電參量。并且本儀表帶有4路光電隔離開(kāi)關(guān)量輸入接點(diǎn)和2路繼電器控制輸出接點(diǎn)，這些接點(diǎn)可以配合智能斷路器實(shí)現(xiàn)斷路器的遙信、遙控操作。該系列網(wǎng)絡(luò)電力儀表主要應(yīng)用于變電站自動(dòng)化、配電網(wǎng)自動(dòng)化、小區(qū)電力監(jiān)控、工業(yè)自動(dòng)化、能源管理系統(tǒng)及智能建筑等領(lǐng)域。
重要配出回路采用ACR220EL系列網(wǎng)絡(luò)電力儀表，該儀表主要測(cè)量所有常規(guī)電力參數(shù)，如：三相電壓、電流、有功功率、無(wú)功功率、功率因數(shù)、頻率、有功電度、無(wú)功電度。
高壓側(cè)實(shí)時(shí)畫(huà)面見(jiàn)圖(2)，為系統(tǒng)主監(jiān)控畫(huà)面，主要實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)高壓回路的運(yùn)行狀態(tài)，紅色代表合閘，綠色代表分閘。在高壓系統(tǒng)圖中可以直觀的看到每路高壓進(jìn)線(xiàn)和出線(xiàn)的運(yùn)行參數(shù)和狀態(tài)，可以看到變壓器出線(xiàn)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(wú)功功率、功率因數(shù)、頻率、有功電度及變壓器溫度。
圖(2) 高壓系統(tǒng)一次圖
低壓配電二次圖見(jiàn)圖(3)，功能有電量遙測(cè)主要監(jiān)測(cè)運(yùn)行設(shè)備的電參量，其中包括：線(xiàn)三相電壓，電流，功率，功率因數(shù)，電能，頻率等電參量及配出回路的三相電流;遙信功能實(shí)現(xiàn)顯示現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，主要包括：開(kāi)關(guān)的分、合閘運(yùn)行狀態(tài)和通訊故障報(bào)警;斷路器變位時(shí)會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，提醒用戶(hù)及時(shí)處理故障。
圖(3)低壓配電二次圖
遙信和遙測(cè)報(bào)警功能，主要完成對(duì)低壓各出線(xiàn)回路的開(kāi)關(guān)運(yùn)行狀態(tài)和負(fù)載進(jìn)線(xiàn)監(jiān)控，對(duì)開(kāi)關(guān)變位和負(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(xún)功能。見(jiàn)圖(4)和圖(5)。
圖(4) 實(shí)時(shí)遙信報(bào)警信息
圖(5)歷史遙測(cè)報(bào)警信息查詢(xún)
參數(shù)抄表功能，主要對(duì)低壓各出線(xiàn)回路的電參數(shù)進(jìn)線(xiàn)查詢(xún)。支持任意時(shí)刻電參數(shù)查詢(xún)，具備數(shù)據(jù)導(dǎo)出和報(bào)表打印等功能。該報(bào)表查詢(xún)供兩個(gè)變電所4臺(tái)變壓器出線(xiàn)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及變壓器溫度。該報(bào)表各回路名稱(chēng)和數(shù)據(jù)庫(kù)關(guān)聯(lián)，方便用戶(hù)修改回路名稱(chēng)。見(jiàn)圖(6)。
圖(6) 參數(shù)抄表
用電量報(bào)表功能，可選擇時(shí)間段進(jìn)行查詢(xún)，支持任意時(shí)間段電度累計(jì)查詢(xún)，具備數(shù)據(jù)導(dǎo)出和報(bào)表打印等功能。為值班人員提供了精確可靠的電能報(bào)表。該報(bào)表各回路名稱(chēng)和數(shù)據(jù)庫(kù)關(guān)聯(lián)，方便用戶(hù)修改回路名稱(chēng)。如下圖所示，顯示健身中心某段時(shí)間內(nèi)的各配電回路的精確用電量，用戶(hù)可以直接打印報(bào)表，可以以EXCEL格式另存到其他位置。 見(jiàn)圖(7)。
圖(7) 電能報(bào)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(shí)監(jiān)測(cè)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。見(jiàn)圖(8)和圖(9)。
圖(8)系統(tǒng)通訊結(jié)構(gòu)示意圖一
圖(9)系統(tǒng)通訊結(jié)構(gòu)示意圖二
負(fù)荷趨勢(shì)曲線(xiàn)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(shì)曲線(xiàn)，點(diǎn)擊畫(huà)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(hù)進(jìn)線(xiàn)趨勢(shì)分析和故障追憶，具備曲線(xiàn)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(jiàn)圖(10)。
圖(10)趨勢(shì)曲線(xiàn)圖
4 結(jié)束語(yǔ)
隨著社會(huì)的發(fā)展及電力的廣泛應(yīng)用，電力監(jiān)控系統(tǒng)已成為全國(guó)各地重點(diǎn)工程項(xiàng)目、標(biāo)志性建筑/大型公共設(shè)施等大面積多變電所用戶(hù)的必然選擇，本文介紹的Acrel-2000/3000電力監(jiān)控與電能管理系統(tǒng)在蘇州中潤(rùn)廣場(chǎng)的應(yīng)用，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)變電所高低壓配電回路用電的實(shí)時(shí)監(jiān)控與電能管理，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(jì)算機(jī)等組成電力監(jiān)控系統(tǒng)。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)采集數(shù)據(jù)的分析、處理，實(shí)時(shí)顯示變電所內(nèi)各配電回路的運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)分合閘、負(fù)載越限具有彈出報(bào)警對(duì)話(huà)框及語(yǔ)音提示，并生成各種電能報(bào)表、分析曲線(xiàn)、圖形等，便于電能的遠(yuǎn)程抄表以及分析、研究。該系統(tǒng)運(yùn)行安全、可靠、穩(wěn)定，為變電所用戶(hù)解決用電問(wèn)題提供了真實(shí)可靠的依據(jù)，取得了較好的社會(huì)效益。[2]
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