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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區，采用智能電力儀表、采集配電現場的各種電參量和開關信號。系統采用現場就地組網的方式，組網后通過現場總線通訊并遠傳至后臺，通過Acrel-5000型能耗管理系統實現配電室配電回路用電的實時監控和管理。
【關鍵詞】：克拉瑪依石西作業區;智能電力儀表;Acrel-5000;能耗管理系統;
1、概述
截止到2014年4月底，本單位綜合能耗為3.26×104tce，油氣生產單耗136.78kgce/t，主要生產及能耗數據見表1-1.
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表1-1 作業區主要生產及能耗數據統計表
生產現狀：
作業區目前有比較完善的能源計量器具信息庫。實現了能源計量器具分級分項分類統計分析及動態管理。通過實施測量管理體系、標準宣貫培訓和現場監督等活動，強化了能源計量管理，提高了能源計量基礎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，站庫內的注水系統、集輸系統等沒有分線計量，且單臺能耗設備也無電量計量，不利于提高作業區現場設備管理水平，也不利于細致作業區能耗分析工作
項目建設內容：現場需要做能耗管理系統改造的有三個站，分別為石南31聯絡站、石西集中處理站和石南油田油氣處理站，其中石南31聯絡站有儀表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，監控范圍為變配電所儀表。
由于現場三個需要做能耗監控系統改造的三個石油站相互之間距離很遠（大概十幾公里），而且現場在沙漠中不適宜布線，也沒有信號，現將三個站分別做成獨立的三個能耗監控系統。
1、需求分析
為保證生產管理用電負荷的統計與分析及對危險源實時監控。需要對項目現場的配電室中進線及出線回路進行電壓、電流、功率等參數進行實時在線監控。一旦監控點被監視參數異常，能夠及時檢測報警，有關人員采取必要的措施，避免安全事故的發生。自動抄表功能節省了人力物力，功率趨勢曲線功能能夠直觀的顯示各回路的工作狀態與時間，方便用戶找出非正常用電回路并且及時進行整改，建立能耗多級計量體系提供用能分析依據。
本技術條件適用于克拉瑪依石西作業區配電室。供方產品應具有高安全性與可靠性、易于擴展、便于維修與維護。供方提供的產品應至少滿足本技術條件，但不僅限于此，其技術性能應滿足對配電室數據監控的要求。
數據采集
自動采集現場所有電量儀表的模擬量數據，自動采集現場開關狀態以及故障狀態等開關量數據。
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）。
支持數據傳輸正確性檢驗，異常數據自動處理。
支持多線程處理機制，提高數據采集效率，能同時對多個設備進行數據采集。
數據實時顯示采用配電箱主接線圖直觀顯示模式，各回路開關斷合以及故障狀態直觀可見。
數據分析與處理
數據的綜合統計、分析需要實現以下功能：
各設備用電數據小時、日、月、年等時間段內的統計、計算。
各設備的用電負荷（有功、無功）最大、最小、平均值計算。
統計各分站及整體的用電量（有功、無功）。
數據查詢與展示
要求能方便實現客戶端查詢和各級管理人員的查詢，查詢界面能適應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，各類統計分析的數據可靈活采用報表等多種圖表方式直觀的展示功能。
數據展示功能按照不同用戶的不同的權限，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、實時監測、運行記錄及比例、對比、對標分析等功能。
管理層具備用能數據統計和分析、分類分項的對比、對標分析等功能。
決策層具備用能數據分析、數據刪除、數據庫導入/導出等功能。
權限管理
要求對不同用戶賦予不同角色的權限，能授權到功能子菜單、具體檔案記錄、數據記錄等。
系統要求具備合理完善的用戶安全控制機制，能使應用環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。
節能改造及效果評估
要求為生產節能改造提供數據支撐，并能提供節能改造前后的效果評估。
參數設置
可通過采集柜設置各回路互感器變比，各種電流電壓保護整定值。
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。報警類型包括開關故障，電壓、電流超限，現場采集模塊通訊故障，與監控系統通訊故障等。報警時間自動記入系統數據庫，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，發現變配電運行故障并作出相應處理，提高變配電的管理效率，提升電力系統安全性、可靠性。
2 系統方案
安科瑞Acrel-5000系統根據克拉瑪依石西作業區現場實際情況，整體網絡結構采用屏蔽雙絞線直接接至數據采集器然后通過網線直接接至配電室的監控主機，保障了能耗管理系統傳輸的穩定性與實時性。
1）站控管理層
站控管理層針對能耗管理系統的管理人員，是人機交互的直接窗口。在克拉瑪依石西作業區工程中主要指置于一層配電室的監控主機。
2）網絡通訊層
通訊層主要是由Nport5410I一臺、以太網設備及總線網絡組成。Nport5410I串口服務器主要功能是監測現場智能儀表；以太網設備及總線網絡的主要功能是實現分站與主站之間的數據交互，使配電系統管理集中化、信息化、智能化，極大提高了配電系統的安全性、可靠性和穩定性，真正達到了無人值守的目的。
3）現場設備層
現場設備層是數據采集終端，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通訊協議總線型連接接入通訊服務器，經通訊服務器到達該值班室監控主機進行組網，實現遠程數據采集。
系統結構圖
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智能儀表現場連接示意
現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，然后將數據上傳至串口服務器Nport5610-16，進而將數據上傳至當地監控終端。具體連接示意圖如下所示：
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進線回路采用ACR320ELH多功能液晶顯示儀表，出線回路采用PZ72-E4/KC，能夠測量所有常規電力參數，如：三相電壓、電流、有功功率、無功功率、功率因數、頻率、有功電度、無功電度。
3 系統功能
變電所實時監控系統圖為主監控畫面，主要實時監測變電所所有回路的運行狀態，紅色代表合閘，綠色代表分閘。在系統圖中可以直觀的看到每路進線和出線的運行參數和狀態，可以看到變壓器出線側的所有常規電力參數，如：三相電壓、電流、有功功率、無功功率、功率因數、頻率、有功電度等。如下圖所：
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一次系統圖
遙信和遙測報警功能，主要完成對低壓各出線回路的開關運行狀態和負載進線監控，對開關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，提醒值班人員及時處理。負載越限值在相應權限下可自由設置。
事件告警記錄功能，主要完成對查詢時間段內出現的報警信息事件記錄以及發生時間，為值班人員提供依據并且分析事故發生的原因，如下圖所示：
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報警功能實時查詢
參數抄表功能，主要對低壓各出線回路的電參數進線查詢。支持任意時刻電參數查詢，具備數據導出和報表打印等功能。該報表查詢克拉瑪依石西作業區配電室進出線各低壓回路的電參數，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據庫關聯，方便用戶修改回路名稱。如下圖所示:
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電參數抄表
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，具備數據導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據庫關聯，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：
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能耗報表
系統通訊結構示意圖，主要顯示系統的組網結構，系統采用分層分布式結構，同時監測間隔層設備的通信狀態。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示意圖。
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通訊結構示意圖
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，點擊畫面相應按鈕或菜單項可以完成相應功能的切換；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
4 結束語
在當今配電設施的應用中，石油項目的配電安全性至關重要，本文介紹的Acrel-5000能耗管理系統在克拉瑪依石西作業區的應用，可以實現對配電室供配電回路用電的實時監控，不僅能顯示回路用電狀況，還具有網絡通訊功能，可以與串口服務器、計算機等組成能耗管理系統。系統實現對采集數據的分析、處理，實時顯示配電室內各配電回路的運行狀態，對負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，便于能耗的遠程抄表以及分析、研究，該系統運行安全、可靠、穩定，為該項目解決用電問題提供了真實可靠的依據，取得了較好的企業效益。
參考文獻：
[1]《電力電測數字儀表原理與應用指南》， 任致程、周中，中國電力出版社
[2]《電力監控系統在供配電設計中的應用》，高士宏，科技風[3]《電力監控運用于10kv供配電設計》，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控與電能管理系統.
技術交流：021-69158305 手機：18702111892 郵箱：2880157852@qq.com
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