Acrel-2000型電力監(jiān)控系統(tǒng)在援贊比亞恩多拉體育場的運(yùn)用
郭毅1
1、上海安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801
摘要 援贊比亞恩多拉體育場是以魯班獎為目標(biāo)建設(shè)的。體育場弱電系統(tǒng)由11個子系統(tǒng)組成。其中，作為體育場弱電子系統(tǒng)之一，電力監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)功能是平時單機(jī)運(yùn)行，賽事舉辦期間和消防系統(tǒng)、智能照明系統(tǒng)聯(lián)動，保障場館在承辦比賽期間的用電穩(wěn)定性和安全性。
關(guān)鍵詞：援外；魯班獎；照明；電力監(jiān)控；弱電系統(tǒng)集成；用電安全
項(xiàng)目概述
援贊比亞恩多拉體育場由中國北京市建筑設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)，安徽省外經(jīng)建設(shè)集團(tuán)有限公司施工，總投資2.4億美元，是一座能容納4萬人的國家級體育場。體育場位于恩多拉市市郊A3公路旁，總占地面積203300平方米，總建筑面積452080平方米，地上4層，建筑高度55.80米。體育場變配電系統(tǒng)60kV以上部分由贊方提供，低壓系統(tǒng)主要變電設(shè)備為4臺1600kW干式變壓器和一臺1600kW應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)，分別位于2區(qū)15軸、2區(qū)28軸和4區(qū)44軸配電室的內(nèi)，共27臺低壓配電柜，116個配電回路，低壓成套設(shè)備由安徽鑫龍電器股份有限公司安裝。
體育場于2009年6月動工，2011年9月接受第三方驗(yàn)收并移交給贊比亞政府，中方派遣約30名技術(shù)人員長期駐扎恩多拉以便進(jìn)行場館維護(hù)。
項(xiàng)目分析
援贊比亞恩多拉體育場是以魯班獎標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)的。各弱電系統(tǒng)依照GB50606-2010《智能建筑工程施工規(guī)范》標(biāo)準(zhǔn)施工，依照GB50339-2003《智能建筑工程質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》驗(yàn)收。
體育場的主要用電負(fù)荷為照明和應(yīng)急照明，約占到總負(fù)載的70%，其中以金鹵燈為主的場地照明占到照明負(fù)荷的60%。除照明外最大的負(fù)荷是電子大屏。援贊比亞恩多拉體育場電力監(jiān)控系統(tǒng)為Acrel-2000型。本系統(tǒng)涉及回路共112個，配電柜上安裝的儀表為上海安科瑞ACR系列及PZ系列多功能電力儀表。
電力監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)功能為：在常態(tài)下單機(jī)工作，通過智能電力儀表將低壓配電柜配電系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)直觀地反饋給電氣值班人員和中控室管理人員。而在體育館承載比賽期間，則作為體育場的11個弱電子系統(tǒng)之一，與其他弱電控制系統(tǒng)聯(lián)動，共同保障比賽活動的順利進(jìn)行。
當(dāng)作為弱電系統(tǒng)的一個子系統(tǒng)與其他系統(tǒng)協(xié)同工作時，本系統(tǒng)位于體育場弱電系統(tǒng)的反饋環(huán)節(jié)上，和智能照明系統(tǒng)以及消控系統(tǒng)組成一個整體，保障比賽期間體育場用電平衡和安全。比賽時所有照明回路由智能照明系統(tǒng)通過體育場各照明箱內(nèi)的ABB智能模塊控制；消控系統(tǒng)負(fù)責(zé)體育場各區(qū)域電氣回路總開關(guān)的遙控；電力控制系統(tǒng)主要為其他兩個系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)支撐，輔助智能照明系統(tǒng)維持照明回路三相平衡，必要時消控系統(tǒng)切斷部分次要回路以降低變壓器的壓力。
系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
根據(jù)設(shè)計(jì)意圖和實(shí)際情況，本電力監(jiān)控系統(tǒng)為三層結(jié)構(gòu)，現(xiàn)場設(shè)備層由安裝在低壓配電柜上的多功能儀表組成，經(jīng)由9根RS485總線上傳數(shù)據(jù)。通訊管理層由安裝在15軸監(jiān)控室和44軸B#配電室通訊機(jī)柜內(nèi)的通訊服務(wù)器、光電轉(zhuǎn)換器和工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)等設(shè)備組成，其功能是連接現(xiàn)場設(shè)備層和站控管理層。站控管理層設(shè)備（監(jiān)控主機(jī)、UPS電源、顯示器等）均安裝在15軸監(jiān)控室的通訊采集箱內(nèi)。系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如下圖：
用于監(jiān)測體育場各個220V/380V配電回路的運(yùn)行情況及電力參數(shù)多功能儀表通過RS485總線，以一根總線不超過20塊儀表為標(biāo)準(zhǔn)，連接至該配電室的串口服務(wù)器端口上。B#配電室的信號通過光纖傳輸?shù)?/FONT>15軸值班室。
根據(jù)實(shí)際需求，為提高整個弱電系統(tǒng)集成度，位于43軸中控室的消防和智能照明系統(tǒng)主機(jī)均可通過體育場弱電局域網(wǎng)遠(yuǎn)程連接本系統(tǒng)以獲得配電系統(tǒng)的實(shí)時數(shù)據(jù)。
當(dāng)場館在承載比賽活動時，場地照明的金鹵燈全開，隨著比賽的進(jìn)行，管理人員需通過智能照明系統(tǒng)來實(shí)時調(diào)整場地內(nèi)的亮度、照度及灰度等參數(shù)，并通過光學(xué)監(jiān)測系統(tǒng)來觀察調(diào)整效果。與此同時，場地照明全開勢必會造成配電系統(tǒng)的高負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)及三相不平衡，需要通過電力監(jiān)控系統(tǒng)反饋配電系統(tǒng)運(yùn)行負(fù)荷率和用電平衡參數(shù)，使得管理員可以對場地照明進(jìn)行預(yù)先調(diào)整，防止配電系統(tǒng)的運(yùn)行進(jìn)入危險(xiǎn)區(qū)，損壞配電設(shè)備和用電設(shè)備。賽事舉辦期間體育場幾個弱電子系統(tǒng)聯(lián)動工作方框圖如下：
系統(tǒng)功能
電力監(jiān)控系統(tǒng)為整個體育場低壓配電系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測提供了一套完整的解決方案，通過計(jì)算機(jī)界面反映給值班員和系統(tǒng)管理人員。系統(tǒng)軟件采用全英文界面，通過界面左側(cè)的樹形按鍵菜單進(jìn)行畫面切換操作。其中報(bào)警功能只對中國留守人員開放，故該功能界面設(shè)定成中文。本系統(tǒng)的具體功能如下：
Ø 參數(shù)采集及上傳
低壓配電系統(tǒng)的進(jìn)線回路電參量采集采用ACR330ELH電能質(zhì)量分析儀，它能測量所有常規(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，并可監(jiān)測電壓、電流的2-31次諧波分量、電流電壓不平衡度等多種電網(wǎng)質(zhì)量參數(shù)。本儀表帶有4路光電隔離開關(guān)量輸入接點(diǎn)這些接點(diǎn)可以配合智能斷路器實(shí)現(xiàn)回路的遙信開關(guān)量監(jiān)測。該系列網(wǎng)絡(luò)電力儀表主要應(yīng)用于變電站自動化、配電網(wǎng)自動化、小區(qū)電力監(jiān)控、工業(yè)自動化、能源管理系統(tǒng)及智能建筑等領(lǐng)域。
配出回路采用PZ80L系列電力儀表，該儀表主要完成三相電流的測量以及開關(guān)信號的檢測。演出與商鋪回路設(shè)計(jì)使用ACR120EL系列儀表，在三相電流和開關(guān)信號檢測的基礎(chǔ)上，加上所有常規(guī)電力參數(shù)測量和電能計(jì)量的功能。［1］
Ø 軟件實(shí)時界面顯示
系統(tǒng)通過配電系統(tǒng)一次圖界面顯示的方式將低壓配電系統(tǒng)的運(yùn)行情況呈現(xiàn)給用戶，4臺變壓器下的配電回路和應(yīng)急發(fā)電機(jī)回路各自占用1個界面。用戶可以從界面上獲取進(jìn)線的三相電壓、三相電流、有功功率、無功功率、功率因數(shù)、電網(wǎng)頻率；母聯(lián)回路的三相電流和有功、無功功率；饋出回路的三相電流。還可以查看所有低壓配電回路的通斷狀態(tài)。[2]設(shè)計(jì)要求遙測和遙信信號傳輸延遲小于1秒。
Ø 報(bào)表功能
根據(jù)設(shè)計(jì)意圖，在體育場的低壓配電系統(tǒng)中，商鋪和舞臺演出部分都需要做電能計(jì)量，要求電力監(jiān)控系統(tǒng)能具有一定的電能管理功能。本系統(tǒng)提供給客戶一個能查詢電能報(bào)表并打印的界面，提供用戶查詢時間的自定義選擇然后生成電度計(jì)量報(bào)表，完成對進(jìn)線回路、商鋪回路和演出回路的電度計(jì)量。
Ø 用電趨勢
在本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)規(guī)劃中，實(shí)時性和與其他子系統(tǒng)的兼容性為主要性能指標(biāo)。因低壓回路主進(jìn)線的電流負(fù)荷曲線可以反映變壓器負(fù)載的變化情況，所以對系統(tǒng)進(jìn)行深化設(shè)計(jì)后選取實(shí)時電流負(fù)荷曲線界面作為本系統(tǒng)的啟動初始界面，使用戶可以查看4臺變壓器實(shí)時負(fù)載的大小，也可以通過查詢功能查看歷史趨勢以便于進(jìn)行故障追憶和定位。
Ø 報(bào)警功能
根據(jù)本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)意圖，如果重要回路或者照明回路三相中某一相電流負(fù)荷超過額定值的90%，系統(tǒng)必須立刻發(fā)出聲光報(bào)警并彈出指示框指明報(bào)警源，提醒管理人員注意負(fù)載的三相平衡和負(fù)載率；根據(jù)現(xiàn)場技術(shù)人員要求，追求當(dāng)某一個低壓配電回路斷路器發(fā)生變位時，同樣發(fā)出聲光報(bào)警和彈出報(bào)警框指明報(bào)警源的功能。報(bào)警記錄存于數(shù)據(jù)庫中，保存3年，用戶可以通過查詢功能查看指定時間域內(nèi)發(fā)生的所有報(bào)警信息。
本功能模塊供中國駐恩多拉體育場技術(shù)人員使用，故設(shè)計(jì)成中文界面。
下圖為查詢歷史開關(guān)量報(bào)警的功能界面。
系統(tǒng)聯(lián)動工作功能
本系統(tǒng)在體育場承辦賽事期間與其它弱電子系統(tǒng)聯(lián)動工作。
因所有弱電子系統(tǒng)處于同一個局域網(wǎng)內(nèi)，本系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)發(fā)布功能允許43軸中控室中其他系統(tǒng)主機(jī)通過HTTP方式訪問本系統(tǒng)，賽事舉行期間，中控室中智能照明系統(tǒng)的備用主機(jī)始終遠(yuǎn)程連接本系統(tǒng)。
中控室消防控制系統(tǒng)主機(jī)則是通過MODBUS-TCP協(xié)議，將本系統(tǒng)視為一個外部數(shù)據(jù)源直接同步數(shù)據(jù)，必要時根據(jù)消控系統(tǒng)的邏輯判斷直接分?jǐn)嗄承┐我芈芬员ＷC對場地照明和電子大屏供電的穩(wěn)定性和安全性。
問題匯總
Ø 光纖通訊：本系統(tǒng)施工由安徽外經(jīng)執(zhí)行，其中，因我司光電轉(zhuǎn)換器到現(xiàn)場后，與所用光電轉(zhuǎn)換器MIE-1102S相匹配的單模光纖跳線已用完，在贊比亞采購。經(jīng)過測試后發(fā)現(xiàn)，可以使用多模光纖跳線連接單模光纖光端盒和光電轉(zhuǎn)換器，并且對系統(tǒng)通訊速率影響不大。
Ø 系統(tǒng)防雷設(shè)計(jì)：因本工程處于中非地區(qū)，雨季雷暴天氣頻發(fā)，本系統(tǒng)所有通訊設(shè)備均經(jīng)過可靠接地，現(xiàn)場儀表通過配電柜接地。項(xiàng)目于贊比亞旱季實(shí)施，先期方案選取了帶有光電隔離和協(xié)議轉(zhuǎn)換功能的隔離器并且預(yù)留了足夠的備件。在接地系統(tǒng)偶爾失效的情況下，也可以通過隔離器來吸收雨季雷暴所帶來的浪涌電流，事后更換隔離器，從而保護(hù)本系統(tǒng)其他通訊設(shè)備不被損壞，保障系統(tǒng)運(yùn)行的連續(xù)性和可靠性。
結(jié)束語
援贊比亞恩多拉體育場電力監(jiān)控系統(tǒng)項(xiàng)目從初步方案到項(xiàng)目執(zhí)行經(jīng)歷了大約9個月的時間，其間根據(jù)設(shè)計(jì)院要求和現(xiàn)場人員建議修改過數(shù)次實(shí)行方案，最后的項(xiàng)目實(shí)施是比較順利的。經(jīng)過2周的調(diào)試和2周的試運(yùn)行，中方留守人員以及監(jiān)理工程師也認(rèn)可了本系統(tǒng)的功能。
項(xiàng)目實(shí)施的成功再次印證了Acrel-2000型電力監(jiān)控系統(tǒng)廣泛的適用性和可靠的穩(wěn)定性，今后也將作為智能建筑弱電控制系統(tǒng)的一個重要子系統(tǒng)活躍于世。
參考文獻(xiàn)：
[1].任致程 周中. 電力電測數(shù)字儀表原理與應(yīng)用指南[M]. 北京. 中國電力出版社. 2007. 4
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作者簡介：
郭毅（1987－），男，漢族，本科，工程師，主要研究方向為智能建筑供配電監(jiān)控系統(tǒng)
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