蘇州吳中區現代文體中心配電監控系統的設計與應用

摘要：介紹蘇州吳中區現代文體中心電力監控與電能管理系統，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-2000/3000型電力監控與電能管理系統實現變電所配電回路用電的實時監控和電能管理。

關鍵詞：大型公建;蘇州吳中區現代文體中心;變電所;智能電力儀表;Acrel-2000/3000型;電力監控系統;電能管理系統

0  概述 

蘇州吳中區現代文體中心項目是蘇州吳中區 的一項實事工程，項目總投資約5.6億元，總用地面積為58.9萬平方米，新建建筑面積為7.8萬平方米。zui大建筑高度99.8米，機動車位622輛，非機動車位1700輛。主要建筑單體為：地下室二層，建筑面積2.9萬平方米，一層為汽車庫，二層為地下人防；全民健身中心共三層，建筑面積1.9萬平方米，一層為游泳池，二層為大眾健身中心，三層為球類多功能比賽場地；文化創意產業大廈共二十三層，建筑面積3萬平方米，一~三層為門廳及配套商業用房，四~五層為青少年活動中心，五~二十三層為辦公用房。吳中區現代文體中心對提升城市品位、完善城市功能、塑造城市形象、提高全民素質、構建和諧吳中等都有重大現實意義，將為吳中區的文化體育事業掀開嶄新的一頁。

本項目為蘇州吳中區現代文體中心變電所電力監控與電能管理系統。根據配電系統管理的要求，需要對蘇州吳中區現代文體中心兩個變電所內的高壓柜、低壓配出線進行電力監控，以保證用電的安全、可靠和。

Acrel-2000/3000型低壓智能配電系統，充分利用了現代電子技術、計算機技術、網絡技術和現場總線技術的發展，對變配電系統進行分散數據采集和集中監控管理。對配電系統的二次設備進行組網，通過計算機和通訊網絡，將分散的配電所的現場設備連接為一個有機的整體，實現電網運行的遠程監控和集中管理。

1  系統結構描述

本監控系統主要實現蘇州吳中區現代文體中心兩個變電所（健身中心變電所和創意大廈變電所）的10/0.4kV配電系統進行用電監控與電能管理；監控范圍為健身中心變電所的T1、T2變壓器的低壓進線柜、聯絡柜、饋線柜和創意大廈變電所的T3、T4變壓器的低壓進線柜、聯絡柜、饋線柜及高壓側儀表進行遠程實時監控和電能管理。該系統總計有217只儀表（其中包括193只ACR220E，10只ABB，10只高壓開關狀態指示儀，4只溫控儀），分13條總線，其中健身中心變電所5條總線，創意大廈變電所8條總線，兩變電所之間距離較遠，采用光纖組網連接，zui后通過網線拉至值班室連接到監控主機實現總線上儀表與監控主機的數據連通。

本監控系統采用分層分布式結構，即站控層，通訊層與間隔層；如圖（1）所示：

圖（1）網絡拓撲圖

間隔設備層主要為：多功能網絡電力儀表、開關量、模擬量采集模塊和智能斷路器等。這些裝置分別對應相應的一次設備安裝在電氣柜內，這些裝置均采用RS485通訊接口，通過現場MODBUS總線組網通訊，實現數據現場采集。

網絡通訊層主要為：通訊服務器，其主要功能為把分散在現場采集裝置集中采集，同時遠傳至站控層，完成現場層和站控層之間的數據交互。

站控管理層：設有高性能工業計算機、顯示器、UPS電源、打印機、報警蜂鳴器等設備。監控系統安裝在計算機上，集中采集顯示現場設備運行狀況，以人機交互的形式顯示給用戶。

以上網絡儀表均采用RS485接口和MODBUS-

RTU通訊協議，RS485采用屏蔽線傳輸，一般都采用二根連線，接線簡單方便；通訊接口是半雙工通信即通信的雙方都可以接收、發送數據但是在同一時刻只能發送或接收數據，數據zui高傳輸速率為10Mbps。

RS485接口是采用平衡驅動器和差分接收器的組合，抗噪聲干擾能力增強，總線上允許連接多達32個設備，zui大傳輸距離為1.2km。

2  電力監控系統主要功能

2.1  數據采集與處理

數據采集是配電監控的基礎，數據采集主要由底層多功能網絡儀表采集完成，實現遠程數據的本地實時顯示。需要完成采集的信號包括：三相電壓U、三相電流I、頻率Hz、功率P、功率因數COSφ、電度Epi、遠程設備運行狀態等數據。

數據處理主要是把按要求采集到的電參量實時準確的顯示給用戶，達到配電監控的自動化化和智能化要求，同時把采集到的數據存入數據庫供用戶查詢。

2.2  人機交互

系統提供簡單、易用、良好的用戶使用界面。采用全中文界面，CAD圖形顯示低壓配電系統電氣一次主接線圖，顯示配電系統設備狀態及相應實時運行參數，畫面定時輪巡切換；畫面實時動態刷新；模擬量顯示；開關量顯示；連續記錄顯示等。

2.3  歷時事件

歷時事件查看界面主要為用戶查看曾經發生過的故障記錄、信號記錄、操作記錄、越限記錄提供方便友好的人機交互，通過歷史事件查看平臺，您可以根據自己的要求和查詢條件方便定位您所要查看的歷史事件，為您把握整個系統的運行情況提供了良好的軟件支持。

2.4  數據庫建立與查詢

主要完成遙測量和遙信量定時采集，并且建立數據庫，定期生成報表，以供用戶查詢打印。

2.5  用戶權限管理

針對不同級別的用戶，設置不同的權限組，防止因人為誤操作給生產，生活帶來的損失，實現配電系統的安全，可靠運行。可以通過用戶管理進行用戶登錄、用戶注銷、修改密碼、添加刪除等操作，方便用戶對賬號和權限的修改。

2.6  運行負荷曲線

負荷趨勢曲線功能主要負責定時采集進線及重要回路電流和功率負荷參量，自動生成運行負荷趨勢曲線的，方便用戶及時了解設備的運行負荷狀況。點擊畫面相應按鈕或菜單項可以完成相應功能的切換；可以查看實時趨勢曲線或歷史趨勢線；對所選曲線可以進行平移、縮放、量程變換等操作，幫助用戶進線趨

勢分析和故障追憶，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。

2.7  遠程報表查詢

報表管理程序的主要功能是根據用戶的需要設計報表樣式，把系統中處理的數據經過篩選、組合和統計生成用戶需要的報表數據。本程序還可以根據用戶的需要對報表文件采用定時保存、打印或者召喚保存、打印模式。同時本程序還向用戶提供了對生成的報表文件管理功能。

報表具有自由設置查詢時間實現日、月、年的電能統計，數據導出和報表打印等功能。

3  案例分析

蘇州吳中區現代文體中心電力監控與電能管理系統分兩個變電所（健身中心變電所和創意大廈變電所），本項目針對這兩個變電所的10/0.4kV配電系統進行用電監控與電能管理；監控范圍為健身中心變電所的T1、T2變壓器的低壓進線柜、聯絡柜、饋線柜和創意大廈變電所的T3、T4變壓器的低壓進線柜、聯絡柜、饋線柜及高壓側儀表進行遠程實時監控和電能管理。

進線回路采用ACR230ELH多功能諧波儀表，其是針對電力系統、工礦企業、公共設施、智能大廈的電力監控需求而設計的網絡電力儀表，它能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、并可監測電壓、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斷路器的遙信、遙控操作。該系列網絡電力儀表主要應用于變電站自動化、配電網自動化、小區電力監控、工業自動化、能源管理系統及智能建筑等領域。

重要配出回路采用ACR220EL系列網絡電力儀表，該儀表主要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。

高壓側實時畫面見圖（2），為系統主監控畫面，主要實時監測高壓回路的運行狀態，紅色代表合閘，綠色代表分閘。在高壓系統圖中可以直觀的看到每路高壓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、有功電度及變壓器溫度。

圖（2） 高壓系統一次圖

低壓配電二次圖見圖（3），功能有電量遙測主要監測運行設備的電參量，其中包括：線三相電壓，電流，功率，功率因數，電能，頻率等電參量及配出回路的三相電流；遙信功能實現顯示現場設備的運行狀態，主要包括：開關的分、合閘運行狀態和通訊故障報警；斷路器變位時會發出報警信號，提醒用戶及時處理故障。  

圖（3）低壓配電二次圖

    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。具備歷史查詢功能。見圖（4）和圖（5）。

圖（4） 實時遙信報警信息

圖（5）歷史遙測報警信息查詢

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。該報表查詢供兩個變電所4臺變壓器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及變壓器溫度。該報表各回路名稱和數據庫關聯，方便用戶修改回路名稱。見圖（6）。

                    圖（6） 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。為值班人員提供了可靠的電能報表。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，顯示健身中心某段時間內的各配電回路的用電量，用戶可以直接打印報表，可以以EXCEL格式另存到其他位置。 見圖（7）。

圖（7） 電能報表

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。見圖（8）。

圖（8）系統通訊結構示意圖

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。見圖（9）。

圖（9）趨勢曲線圖

4  結束語

隨著社會的發展及電力的廣泛應用，電力監控系統已成為全國各地工程項目、標志性建筑/大型公共設施等大面積多變電所用戶的必然選擇，本文介紹的Acrel-2000/3000電力監控與電能管理系統在蘇州吳中區現代文體中心的應用，可以實現對變電所高低壓配電回路用電的實時監控與電能管理，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、計算機等組成電力監控系統。系統實現對采集數據的分析、處理，實時顯示變電所內各配電回路的運行狀態，對分合閘、負載越限具有彈出報警對話框及語音提示，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。該系統運行安全、可靠、穩定，為變電所用戶解決用電問題提供了真實可靠的依據，取得了較好的社會效益。［2］

參考文獻：

[1].任致程 周中. 電力電測數字儀表原理與應用指南[M]. 北京. 中國電力出版社. 2007. 4

[2].周中等編著. 智能電網用戶端電力監控與電能管理系統產品選型及解決方案[M]. 北京. 機械工業出版社. 2011.10