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趙斌
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定
摘要：基于目前科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展，人們對電力資源的依賴越來越廣泛，而現(xiàn)階段國內(nèi)電力系統(tǒng)的運營成本還相對較高，因此完善電力系統(tǒng)各方面的工作已經(jīng)勢在必行。電能管理系統(tǒng)在整個電力系統(tǒng)中具有重要的作用，它能夠有力的促進電網(wǎng)管理工作效率，降低電力系統(tǒng)的運營成本，本文通過昆明第九污水處理廠電能管理系統(tǒng)的應(yīng)用介紹電能管理系統(tǒng)在工廠中的應(yīng)用。
關(guān)鍵字：電力系統(tǒng)；數(shù)據(jù)采集；污水處理廠；監(jiān)控系統(tǒng)
0 引言
配電自動化，是一項集計算機技術(shù)、數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)、控制技術(shù)、現(xiàn)代化設(shè)備及管理于一體的綜合信息管理系統(tǒng)。其目的是提高供電可靠性，改善電能質(zhì)量，向用戶提供優(yōu)質(zhì)服務(wù)，降低運行費用，減輕運行人員的勞動強度。
隨著電力網(wǎng)絡(luò)的不斷發(fā)展，用電負(fù)荷的持續(xù)增長，各種新型負(fù)載不斷涌現(xiàn)，用戶更加關(guān)注電能質(zhì)量問題，同時也對電能質(zhì)量提出了更加嚴(yán)格的要求。用戶需要更加有效的電能管理管理解決方案來應(yīng)對上述變化帶來的挑戰(zhàn)，以實現(xiàn)配電系統(tǒng)持續(xù)可靠、高效低耗的運行。本文通過對昆明第九污水處理廠電能管理的建設(shè)，介紹電能管理系統(tǒng)在工廠中的應(yīng)用。
1、項目概述及建設(shè)目標(biāo)
九污廠90%的工程全部埋在地下，也叫“地埋式污水處理廠”，地上僅建一座綜合辦公樓。發(fā)達國家的污水處理廠一般都建在地下，地下式污水處理廠適合于在土地資源高度緊張、環(huán)境要求高的地區(qū)建設(shè)。在國外，地下式污水處理廠在技術(shù)上已經(jīng)相當(dāng)成熟，而且應(yīng)用相當(dāng)廣泛。現(xiàn)代化、全封閉、緊湊型、零公害、與周邊環(huán)境協(xié)調(diào)的污水處理廠，能夠防止周邊土地貶值。污廠的處理工藝，采用的是目前世界上先進的膜生物反應(yīng)器（MBR）污水處理工藝，采用全地埋式布置，以節(jié)約用地、最大程度減小對周邊環(huán)境影響。本項目中有12臺ACR220ELH智能電表、61臺ACR220EL電能表接入后臺監(jiān)控系統(tǒng)。
本電能管理系統(tǒng)中，監(jiān)控要求主要有以下幾個方面：
1.遠程觀測。要求系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確的對電流、電壓、有功功率、無功功率、有功電能、無功電能、視在功率、功率因數(shù)、頻率、開關(guān)狀態(tài)、剩余電流等信息進行檢測。
2.遠程通信。要求系統(tǒng)能夠及時的傳遞設(shè)備運作狀態(tài)以及故障信息。
3.報警。要求系統(tǒng)能夠通過設(shè)定，對各種信息進行報警。
4.顯示。要求系統(tǒng)能夠就地顯示出各部分運作信息。
2、電能管理系統(tǒng)的設(shè)計
在監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計中，要充分考慮客戶的實際需求，以及電力系統(tǒng)的實際結(jié)構(gòu)、電力系統(tǒng)的實際載荷能力等因素，進而合理的選擇監(jiān)控設(shè)備，這既有利于減少系統(tǒng)運作的成本，同時也有利于系統(tǒng)功能的實現(xiàn)。
本項目的電能管理系統(tǒng)，可以實現(xiàn)對廠內(nèi)低壓配電回路的實時監(jiān)控，有利于電能管理。另一方面，電能管理系統(tǒng)不僅能夠準(zhǔn)確的表示出回路的用電狀況，它還具備網(wǎng)絡(luò)通訊等功能，能夠與計算機、串口服務(wù)器等設(shè)備進行組合，及時的顯示廠內(nèi)各個配電回路的運作狀態(tài)，當(dāng)廠內(nèi)電力系統(tǒng)的負(fù)載越標(biāo)時，電能管理系統(tǒng)能夠迅速報警，發(fā)出語音提示。另外，電能管理系統(tǒng)還能夠生成報表、曲線圖等統(tǒng)計信息，便于有關(guān)人員分析廠內(nèi)各部分的用電狀況，使廠內(nèi)的用電活動更加安全，從而保證廠內(nèi)人員的生命安全，提高企業(yè)人員的工作效率。
2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
依據(jù)新建工廠的配電情況分布情況，在線監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)采用分層分布式結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)包括：站控管理層、網(wǎng)絡(luò)通訊層、現(xiàn)場設(shè)備層。
系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖所示：
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站控管理層管理人員與計算機進行人機交互的直接窗口，對采集的現(xiàn)場各類數(shù)據(jù)信息計算、分析與處理，并以圖形、數(shù)顯、聲音等方式反映現(xiàn)場的運行狀況，是系統(tǒng)的最上層部分。主要由系統(tǒng)軟件和必要的硬件設(shè)備，如工業(yè)級計算機、打印機、UPS電源等組成。
通訊層使用的設(shè)備為NPORT5610-16串口服務(wù)器。該層是數(shù)據(jù)信息交換的橋梁，負(fù)責(zé)對現(xiàn)場設(shè)備回送的數(shù)據(jù)信息進行采集、分類和傳送等工作的同時，轉(zhuǎn)達上位機對現(xiàn)場設(shè)備的各種控制命令。
現(xiàn)場設(shè)備層主要是連接于網(wǎng)絡(luò)中用于電參量采集測量的各類型的儀表等，也是構(gòu)建該配電系統(tǒng)必要的基本組成元素。現(xiàn)場配置ACR220ELH、ACR220EL電能表，實現(xiàn)每個高壓回路的保護報警動作信息、三相電流、三相電壓、頻率、功率、四象限電能等電參量監(jiān)測，低壓回路三相電流、三相電壓、頻率、功率、四象限電能等電參量監(jiān)測；并對每個回路斷路器分合閘狀態(tài)進行監(jiān)測。
2.2 網(wǎng)絡(luò)設(shè)計
電能管理系統(tǒng)中的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)能夠及時的對數(shù)據(jù)進行傳輸，并迅速傳遞操作指令，是實現(xiàn)電能管理系統(tǒng)各項功能的基礎(chǔ)。把現(xiàn)場每個設(shè)備就地與總線連接，之后在把各條總線全部接入通訊網(wǎng)關(guān)，來實現(xiàn)與主機的傳遞。
2.3監(jiān)控系統(tǒng)軟件功能設(shè)計
系統(tǒng)依據(jù)客戶實際需求進行設(shè)計，并實現(xiàn)了一次主接線圖界面顯示；電參量遙測及電參量越限報警；事件記錄；系統(tǒng)運行異常監(jiān)測；故障報警及操作記錄；報表查詢與打印；系統(tǒng)負(fù)荷實時、歷史曲線，用戶權(quán)限管理等主要功能。
2.3.1數(shù)據(jù)的采集與處理
數(shù)據(jù)采集主要包括模擬量以及開關(guān)量的采集。模擬量的采集主要是對線路電壓、電流、功率、功率因數(shù)、頻率等信息進行采集，實現(xiàn)遠程數(shù)據(jù)的本地實時顯示。數(shù)據(jù)處理主要是把按要求采集到的電參量實時準(zhǔn)確的顯示給用戶，達到配電監(jiān)控的自動化化和智能化要求，同時把采集到的數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫供用戶查詢。
2.3.2數(shù)據(jù)記錄
電能管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)記錄功能主要就是對斷路器分合狀態(tài)以及保護動作的前后順序進行記錄，它要求系統(tǒng)中必須有足夠的內(nèi)存空間，進而長時間的、大量的對數(shù)據(jù)信息進行記錄和存儲。其次，電能管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)記錄功能也包括對故障信息的記錄，即對故障發(fā)生時的實時電流、實時電壓等數(shù)據(jù)進行記錄存儲。由此可見，數(shù)據(jù)記錄功能可以通過對保護裝置工作狀態(tài)的記錄，以及對故障信息的記錄，準(zhǔn)確的反映出系統(tǒng)中存在的問題，從而便于工作人員解決。
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2.3.3電能管理
為了實現(xiàn)對本工廠內(nèi)各回路用電量的監(jiān)管，系統(tǒng)設(shè)計了電能管理報表，系統(tǒng)通過對有功電度的采集，按照回路名稱的不同，自動生成日報表、月報表和年報表并有報表打印功能，并可對某一回路的某一時間段內(nèi)的用電量進行查詢，可以幫助物業(yè)建立有效的用能管理考核制度。通過系統(tǒng)的建設(shè)和制度的建立，使各入駐管理人員節(jié)能意識大大提高，有效的節(jié)約了能源消耗。
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3、供配電設(shè)計中應(yīng)用電能管理系統(tǒng)的意義
綜上所述，電能管理系統(tǒng)幫助用電單位提高效率、減少損失、降低運營成本，電能管理系統(tǒng)能夠有效確保電網(wǎng)管理效率、縮小電力運營成本，也成為現(xiàn)代供配電設(shè)計中不可或缺的重要組成部分。系統(tǒng)通過安裝在企業(yè)電網(wǎng)中主要受電點和樞紐配電柜中的電能監(jiān)測儀采集的配網(wǎng)的電力、電量、電能質(zhì)量信號，再將信號轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)傳輸?shù)接嬎銠C中，計算機對數(shù)據(jù)進行存儲、計算和分類存儲到數(shù)據(jù)庫中，然后通過計算軟件將電能以圖表的形式進行展示。電能管理人員可通過計算機看到電能的輸入、傳輸、消耗的全過程。由于監(jiān)控設(shè)備對數(shù)據(jù)的傳遞都是通過網(wǎng)絡(luò)傳輸來實現(xiàn)，因此，不同的電能管理系統(tǒng)可以設(shè)計不同的組網(wǎng)方式,確保數(shù)據(jù)信息能夠迅速、精準(zhǔn)的進行傳輸。另一方面，在供配電設(shè)計中運用電能管理系統(tǒng)，應(yīng)該根據(jù)實際情況選擇監(jiān)控設(shè)備。一般的電能管理系統(tǒng)通常都采用具有遠程通信、遠程觀測等功能的設(shè)備，而一些高端電能管理系統(tǒng)則需要選擇功能更加齊全的智能設(shè)備。可以通過識別其他影響因素（如高次諧波、三相不對稱，瞬態(tài)，短時中斷，過電流，過電壓等）以延長設(shè)備使用壽命。 在工廠建筑等場所設(shè)置電能管理系統(tǒng)，可以實現(xiàn)對廠內(nèi)低壓配電回路的實時監(jiān)控，有利于電能管理。系統(tǒng)可以根據(jù)用戶需要按班次、人員、時間、設(shè)備進行電能審計和考核。系統(tǒng)實時、準(zhǔn)確、靈活計算各車間、班次、人員、設(shè)備用電量，并與公司的考核機制進行結(jié)合，自動計算考核成績。另一方面，電能管理系統(tǒng)不僅能夠準(zhǔn)確的表示出回路的用電狀況，它還具備網(wǎng)絡(luò)通訊等功能，能夠與計算機、串口服務(wù)器等設(shè)備進行組合，及時的顯示廠內(nèi)各個配電回路的運作狀態(tài)，當(dāng)廠內(nèi)電力系統(tǒng)的負(fù)載越標(biāo)時，電能管理系統(tǒng)能夠迅速報警，發(fā)出語音提示。另外，電能管理系統(tǒng)還能夠生成報表、曲線圖等統(tǒng)計信息，便于有關(guān)人員分析廠內(nèi)各部分的用電狀況，使廠內(nèi)的用電活動更加安全、合理，從而保證廠內(nèi)人員的生命安全，提高工作人員的工作效率。
參考文獻
[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]《電能管理系統(tǒng)在供配電設(shè)計中的應(yīng)用》，高士宏，科技風(fēng)作者簡介：
趙斌，男，本科，從事變配電監(jiān)控系統(tǒng)工作。手機：18702111892，座機：021-69158305 ，QQ：2880157852
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