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變配電監(jiān)控系統(tǒng)在上海華山醫(yī)院病房新建工程中的應(yīng)用

袁凱¹陸明²
1 上海世紀(jì)都城建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司，上海 崇明 202150
  2上海安科瑞電氣股份有限公司，上海 嘉定 201801

摘    要：介紹一種在10/0.4KV配電系統(tǒng)中，加裝智能電力儀表和變配電監(jiān)控系統(tǒng)，對(duì)于主要回路的電壓、電流、頻率、功率因數(shù)、有功電能等電參量和開(kāi)關(guān)信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集；經(jīng)組網(wǎng)遠(yuǎn)傳至后臺(tái)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)低壓配電系統(tǒng)的電力狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控和能耗監(jiān)測(cè)。
關(guān)鍵詞：變配電監(jiān)控系統(tǒng)；Acrel-3000 型；RS485通訊；能耗監(jiān)測(cè)

0　 概述 
　　上海華山醫(yī)院病房樓是一幢醫(yī)用建筑,建筑面積約為2萬(wàn)平方米。根據(jù)配電系統(tǒng)管理和能耗監(jiān)測(cè)的要求，需要對(duì)樓內(nèi)的高壓進(jìn)線、低壓配出線和各樓層內(nèi)配電箱進(jìn)行電力監(jiān)控，以保證用電的安全、。
　　Acrel-3000型低壓智能配電系統(tǒng)，利用現(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)總線技術(shù)的發(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)，將分散的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備連接為一個(gè)有機(jī)的整體，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控和集中管理。

1　 配電監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)成
　　本系統(tǒng)采用分層分布式計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)即現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層、網(wǎng)絡(luò)通訊層和站控管理層如圖1所示。

圖1　系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

　　現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備主要的設(shè)備為：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，同時(shí)用戶可以通過(guò)系統(tǒng)軟件發(fā)送指令至現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程遙控功能。
　　以上網(wǎng)絡(luò)儀表均采用RS485接口和MODBUS-RTU通訊協(xié)議，RS485采用屏蔽線傳輸，一般都采用二根連線，接線簡(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)zui高傳輸速率為10Mbps。RS-485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)，總線上允許連接多達(dá)32個(gè)設(shè)備，zui大傳輸距離為1.2km。

2　 監(jiān)控系統(tǒng)的主要功能
　　電力監(jiān)控計(jì)算機(jī)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和通信系統(tǒng)提供的傳輸通道，完成對(duì)各回路電力參數(shù)的數(shù)據(jù)采集，信息經(jīng)分析、處理，以報(bào)表等多種形式供值班員參考，使值班員能夠便捷的掌握供電系統(tǒng)的運(yùn)行狀況，包括相關(guān)設(shè)備的運(yùn)行狀況。
2.1  運(yùn)行信息與保護(hù)信息采集
　　系統(tǒng)采集來(lái)自智能測(cè)控單元裝置送來(lái)的參數(shù)，所有信息低壓主進(jìn)、母聯(lián)和出線的遙測(cè)信號(hào)。包括每個(gè)回路的電壓、電流、有功功率 、無(wú)功功率、功率因數(shù)、頻率、有功電能、無(wú)功電能和各種告警信息等。
2.2  人機(jī)操作界面
　　系統(tǒng)提供簡(jiǎn)單、易用、良好的用戶使用界面。可按照配電所顯示配電系統(tǒng)設(shè)備狀態(tài)及相應(yīng)實(shí)時(shí)運(yùn)行參數(shù)。
　　系統(tǒng)軟件提供功能齊全的圖形編輯軟件，用戶可以根據(jù)實(shí)際情況和以往習(xí)慣自行定各種圖元圖形及設(shè)備在各種狀態(tài)下的顯示方式。
　　包括如下功能特征：
　　全圖形方式編輯的圖形畫(huà)面具有多種顯示特性，用戶可以非常直觀、方便地編輯、定位、查看有關(guān)信息和內(nèi)容。
　　提供畫(huà)面管理工具，可聯(lián)想相關(guān)調(diào)用、重要畫(huà)面快速調(diào)用、畫(huà)面文件索引選擇、事故自動(dòng)調(diào)用畫(huà)面。
　　提供多種數(shù)值顯示手段，數(shù)值可用棒圖顯示、曲線顯示，并可根據(jù)數(shù)值狀態(tài)和系統(tǒng)狀態(tài)由用戶根據(jù)需要和習(xí)慣自行定義閃爍、變色及置上特殊符號(hào)以便區(qū)分包括遙測(cè)在內(nèi)的各種數(shù)據(jù)的正常、越上限、越下限等情況。
　　屏幕顯示：中文液晶顯示，可選擇圖形顏色、閃爍、動(dòng)畫(huà)等手段充分表示工況圖及操作畫(huà)面、配電系統(tǒng)實(shí)用參數(shù)表格、各類操作票及報(bào)表、事故及故障報(bào)警顯示、測(cè)控及保護(hù)單元運(yùn)行工況顯示等電力運(yùn)行狀況；畫(huà)面顯示響應(yīng)時(shí)間1s。見(jiàn)圖2。

圖2　配電系統(tǒng)圖

2.3  統(tǒng)計(jì)分析、報(bào)表、打印
　　時(shí)、日、月、年用電量統(tǒng)計(jì)；用戶自定義報(bào)表格式和計(jì)算方法；所有報(bào)表的定時(shí)打印、召喚打印、和事件記錄打印；數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)時(shí)和歷史記錄保留2年以上；對(duì)各電氣設(shè)備和系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行匯總統(tǒng)計(jì)，并根據(jù)用戶要求生成各類報(bào)表，包括：分時(shí)、日、月、季度和年度報(bào)表；見(jiàn)圖3。

  圖3　電參量匯總表

　　各設(shè)備參數(shù)和zui值統(tǒng)計(jì)報(bào)表；全系統(tǒng)運(yùn)行統(tǒng)計(jì)報(bào)表等對(duì)于事件記錄、報(bào)警和數(shù)據(jù)報(bào)表，可設(shè)置為定時(shí)和根據(jù)需要的召喚打印。
　　能源統(tǒng)計(jì)報(bào)表及打印，對(duì)能源消耗進(jìn)行匯總統(tǒng)計(jì)，并根據(jù)用戶要求生成各類報(bào)表，包括：分時(shí)、日、月、季度和年度報(bào)表；能耗統(tǒng)計(jì)報(bào)表，日、月、年的有功/無(wú)功電能的統(tǒng)計(jì)，并按用戶常規(guī)格式輸出電能報(bào)表，實(shí)現(xiàn)人工抄表到自動(dòng)報(bào)表，可設(shè)置為定時(shí)和根據(jù)需要的召喚打印，見(jiàn)圖4。

圖4　電能報(bào)表

2.4  歷史記錄與趨勢(shì)分析
　　系統(tǒng)收集各監(jiān)測(cè)控制與管理裝置的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)并存儲(chǔ)在一個(gè)開(kāi)放式數(shù)據(jù)庫(kù)中予以保存，系統(tǒng)可保存長(zhǎng)時(shí)段（多年）的歷史記錄。系統(tǒng)可以標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)定文件格式隨時(shí)調(diào)用和打印上述歷史數(shù)據(jù)。
　　根據(jù)歷史數(shù)據(jù)記錄可進(jìn)行各參數(shù)的年度、月度和日變化和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)趨勢(shì)分析，進(jìn)行分類和綜合比較分析，為業(yè)務(wù)流程優(yōu)化和設(shè)備設(shè)施使用優(yōu)化提供依據(jù)，見(jiàn)圖5。

圖5　電流趨勢(shì)曲線圖

2.5  系統(tǒng)安全
　　本系統(tǒng)軟件設(shè)置多達(dá)幾百種密碼分區(qū)和密級(jí)設(shè)置，為系統(tǒng)管理員、工程師、值長(zhǎng)、一般值班操作人員等提供分級(jí)密碼，并對(duì)所有操作自動(dòng)進(jìn)行帶時(shí)標(biāo)事件記錄，可建立良好的反事故措施，見(jiàn)圖6。

圖6　用戶權(quán)限管理

2.6  故障分析與設(shè)備維護(hù)管理
　　系統(tǒng)依據(jù)帶時(shí)標(biāo)的事件記錄和波形記錄可進(jìn)行故障和事件的成因分析；另外，系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)開(kāi)關(guān)等設(shè)備的狀態(tài)參數(shù)和累積壽命參數(shù)，可據(jù)此提出設(shè)備維護(hù)預(yù)告；見(jiàn)圖7。

圖7　事件記錄

2.7  保護(hù)信息管理
　　管理保護(hù)定值和保護(hù)動(dòng)作信息，提供有關(guān)查詢。
2.8  其他功能
　　其它日常管理，如運(yùn)行記錄及交接班記錄管理，設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、缺陷、維修記錄管理、規(guī)章制度等。管理功能滿足用戶要求，適用、方便、資源共享。各種文檔能存儲(chǔ)、檢索、編輯、顯示、打印。
2.9  系統(tǒng)自診斷功能
　　本系統(tǒng)軟件能在線診斷各軟件和硬件的運(yùn)行工況，當(dāng)發(fā)現(xiàn)異常及故障時(shí)能及時(shí)顯示和打印報(bào)警信息，并在運(yùn)行工況圖上用不同顏色區(qū)分顯示。
　　由于本系統(tǒng)設(shè)備有冗余配置，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生軟、硬件故障時(shí)，能自動(dòng)切換到備用系統(tǒng)設(shè)備上運(yùn)行。

3　 結(jié)束語(yǔ)
　　隨著社會(huì)的快速發(fā)展，用戶對(duì)供配電自動(dòng)化和智能化的要求越來(lái)越高，實(shí)現(xiàn)配電室的無(wú)人職守已經(jīng)成為未來(lái)配電自動(dòng)化發(fā)展的一個(gè)方向；ACREL-3000型變配電監(jiān)控系統(tǒng)是解決供配電高質(zhì)量運(yùn)行的良好方案，運(yùn)行表明，系統(tǒng)可靠、安全、穩(wěn)定，并降低了設(shè)備運(yùn)行成本，提高配電自動(dòng)化質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：
任致程、周中編著  電力電測(cè)數(shù)字儀表原理與應(yīng)用指南 中國(guó)電力出版社 2007.4