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趙斌
安科瑞電氣股份有限公司，上海 嘉定 201801；
摘要：介紹青島橡膠六廠，采用智能電力儀表、智能斷路器，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)場總線通訊并遠傳至后臺，通過Acrel-2000型電力監(jiān)控與電能管理系統(tǒng)實現(xiàn)變電所配電回路用電的實時監(jiān)控和管理。
關(guān)鍵詞：青島橡膠;變電所;智能電力儀表;Acrel-2000;電力監(jiān)控系統(tǒng);
1.概述
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青島橡六輸送帶有限公司隸屬于中國化工集團公司，是在青島橡六集團有限公司（原青島橡膠六廠）基礎(chǔ)上整合、組建的輸送帶專業(yè)化公司。
根據(jù)青島市“環(huán)灣保護，擁灣發(fā)展”的發(fā)展戰(zhàn)略及公司的中、長期發(fā)展規(guī)劃和對國際、國內(nèi)輸送帶市場未來需求趨勢的預(yù)測，在青島市城陽區(qū)棘洪灘橡膠工業(yè)園征地329畝，投資6億元人民幣，通過新建1000萬平方米輸送帶生產(chǎn)項目，結(jié)合太原路廠區(qū)1000萬平方米輸送帶生產(chǎn)設(shè)備的搬遷技改，再經(jīng)過實施擴產(chǎn)1000萬平方米輸送帶生產(chǎn)項目，最終形成3000萬平方米輸送帶生產(chǎn)能力，達產(chǎn)后實現(xiàn)銷售收入15億元人民幣。整個發(fā)展規(guī)劃將以國際、國內(nèi)最先進的輸送帶制造技術(shù)、工藝、裝備和生產(chǎn)管理技術(shù)，堅持科技創(chuàng)新，積極推進精細化管理模式，將橡六公司打造成一個最先進、最安全、最節(jié)能、最環(huán)保的國際一流的輸送帶生產(chǎn)企業(yè)。
本次主要新增車間供配電主要由6個變電所供電：輸送帶車間一變電所、煉膠車間變電所、辦公試驗樓變電所、備品備件庫變電所、特種輸送帶車間變電所、輸送帶車間二變電所。
2.需求分析
為保證生產(chǎn)管理用電負荷的統(tǒng)計與分析及對危險源實時監(jiān)控。需要對生產(chǎn)現(xiàn)場的低壓配電柜、供電變壓器等電氣設(shè)備進行電壓、電流、功率、溫度、濕度等參數(shù)進行實時在線監(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。
本技術(shù)條件適用于公司新建輸送帶車間一、煉膠車間、辦公試驗樓、備品備件庫、特種輸送帶車間、輸送帶車間二的配電室采集柜。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。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、溫度模塊等儀表的模擬量數(shù)據(jù)，自動采集現(xiàn)場開光狀態(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）。
支持數(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)備進行數(shù)據(jù)采集。
數(shù)據(jù)實時顯示采用配電室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。
自動采集現(xiàn)場2-31次諧波，生成圖表形式，方便進行諧波分析。
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)備的用電負荷（有功、無功）最大、最小、平均值計算。
統(tǒng)計各分站及全廠的用電量（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、棒圖、曲線圖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、決策層三層能耗展示。
操作層具備能耗分析、能耗累計用量、實時監(jiān)測、運行記錄及比例、對比、對標分析等功能。
管理層具備能耗數(shù)據(jù)統(tǒng)計和分析、分類分項的對比、對標分析等功能。
決策層具備能耗數(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，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。
現(xiàn)場控制
要求具有繼電器輸出回路，輸出控制電壓類型交流、直流可選，視現(xiàn)場設(shè)備而定。具有直觀電氣回路狀態(tài)顯示畫面，在監(jiān)控后臺可對現(xiàn)場回路進行分閘操作。
參數(shù)設(shè)置
可通過采集柜設(shè)置各回路互感器變比，各種電流電壓保護整定值，溫度保護閾值。
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、溫度超限，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；同時系統(tǒng)通過計算機或短信模塊等方式，將報警信息及時發(fā)送到工作人員的手機，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-2000系統(tǒng)根據(jù)青島橡六新廠區(qū)現(xiàn)場實際情況，整體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)采用光纖環(huán)網(wǎng)，保障了廠區(qū)電力監(jiān)控系統(tǒng)傳輸?shù)姆�(wěn)定性與實時性。如下圖所示：站控管理層、網(wǎng)絡(luò)通訊層和現(xiàn)場設(shè)備層。
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根據(jù)現(xiàn)場儀表分布情況，每個車間做一套電力監(jiān)控系統(tǒng)，6KV配電室及備品備件庫內(nèi)有電力儀表38臺 溫度巡檢儀5臺；辦公實驗樓內(nèi)有電力儀表61臺 溫度巡檢儀3臺；煉膠車間內(nèi)有電力儀表86臺 溫度巡檢儀9臺；特種輸送帶車間有電力儀表39臺 溫度巡檢儀4臺；輸送帶車間一電有電力儀表93臺 溫度巡檢儀22臺；輸送帶車間一電有電力儀表64臺 溫度巡檢儀10臺。本工程中每個車間配有一臺PLC采集柜，采集現(xiàn)場智能設(shè)備的參數(shù)，傳送至該車間內(nèi)的監(jiān)控主機上，然后通過廠區(qū)環(huán)網(wǎng)交換機將數(shù)據(jù)上傳至監(jiān)控主站，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)的整合及指令下發(fā)。下圖以輸送帶車間三（特種輸送帶車間）為例，展示了該車間的整體組網(wǎng)拓撲圖，其余車間與該組網(wǎng)方式一致，只是現(xiàn)場智能裝置數(shù)量不同。
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1）站控管理層
站控管理層針對電力監(jiān)控系統(tǒng)的管理人員，是人機交互的直接窗口。在青島橡六遷建工程中主要指總站2臺監(jiān)控主機及每個分站的監(jiān)控主機。
2）網(wǎng)絡(luò)通訊層
通訊層主要是由西門子S7-200、Nport-5630串口服務(wù)器、環(huán)網(wǎng)交換機、以太網(wǎng)設(shè)備及總線網(wǎng)絡(luò)組成。其中S7-200的主要功能是監(jiān)測現(xiàn)場回路的實時運行狀態(tài)及對現(xiàn)場回路的分閘控制；NPORT-5630串口服務(wù)器主要功能是監(jiān)測現(xiàn)場智能儀表及溫度模塊；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、溫度模塊、傳感器及斷路器組成，智能儀表與溫度模塊通過屏蔽雙絞線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)器和交換機到達該車間監(jiān)控主機；斷路器控制觸點通過中間繼電器與S7-200相連，與監(jiān)控主機進行組網(wǎng)，實現(xiàn)遠程控制。
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Nport5630-8，進而將數(shù)據(jù)上傳至當?shù)乇O(jiān)控終端。具體連接示意圖如下所示：
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PLC現(xiàn)場連接示意
S7-200輸出控制點通過中間繼電器接至斷路器控制點位，電力監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)對所有現(xiàn)場回路遠程分閘功能。如下圖所示：
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進線回路采用ACR230ELH/K多功能諧波儀表，其是針對電力系統(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)計的網(wǎng)絡(luò)電力儀表，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次諧波分量等多種電參量。并且本儀表帶有4路光電隔離開關(guān)量輸入接點和2路繼電器控制輸出接點，這些接點可以配合智能斷路器實現(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。
重要配出回路采用ACR220EL/K系列網(wǎng)絡(luò)電力儀表，該儀表主要測量所有常規(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、變壓器溫度等，并可遠程遙控斷路器的分合閘。如下圖所示：
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變電所一次系統(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)和負載進線監(jiān)控，對開關(guān)變位和負載越限彈出報警界面指示具體的報警位置并聲音報警，通過手機短信的形式發(fā)給當天值班人員，提醒值班人員及時處理。負載越限值在相應(yīng)權(quán)限下可自由設(shè)置。具備歷史查詢功能，
支持對所有回路功率實時和歷史查詢報表，方便管理人員深入了解各負荷的運行狀況。如下圖所示：
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功率歷史報表
參數(shù)抄表功能，主要對低壓各出線回路的電參數(shù)進線查詢。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6座變電所所有變壓器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及變壓器溫度。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
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電參數(shù)抄表
用電量報表功能，可選擇時間段進行查詢，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電能報表。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，顯示辦公樓實驗樓配電回路的精確用電量，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：
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辦公實驗樓電能報表
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。下圖為辦公實驗樓通訊狀態(tài)示意圖。
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辦公實驗樓通訊結(jié)構(gòu)示意圖
負荷趨勢曲線界面中可直觀的查看回路的負荷運行情況。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：
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趨勢曲線圖
復(fù)費率電能報表功能，系統(tǒng)可設(shè)置任意變壓器回路的8時段費率，同時設(shè)置峰平谷時段的電價，該報表支持打印和導(dǎo)出功能，管理人員根據(jù)系統(tǒng)可直接打印出任意時間段所用電費單，如下圖所示:
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復(fù)費率報表
4 結(jié)束語
在當今配電設(shè)施的應(yīng)用中，工礦企業(yè)的配電安全性至關(guān)重要，本文介紹的Acrel-2000電力監(jiān)控系統(tǒng)在青島橡膠六廠的應(yīng)用，可以實現(xiàn)對變電所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、計算機等組成電力監(jiān)控系統(tǒng)。系統(tǒng)實現(xiàn)對采集數(shù)據(jù)的分析、處理，實時顯示變電所內(nèi)各配電回路的運行狀態(tài)，對分合閘、負載越限具有彈出報警對話框、語音提示、短信報警燈，并生成各種電能報表、分析曲線、圖形等，便于電能的遠程抄表以及分析、研究，同時可遠程分合閘操控，該系統(tǒng)運行安全、可靠、穩(wěn)定，為工廠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：
[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
[2].周中等編著. 智能電網(wǎng)用戶端電力監(jiān)控與電能管理系統(tǒng)產(chǎn)品選型及解決方案[M]. 北京. 機械工業(yè)出版社. 2011.10
作者簡介：
趙斌，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)，手機：13917437076，QQ：2880157852
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