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技術(shù)文章

Acrel-3000電能管理系統(tǒng)在飛利浦(上海)公司的應(yīng)用

技術(shù)文章

 淮亞利

安科瑞電氣股份有限公司,上海 嘉定 201801;

摘要:本文主要介紹了飛利浦電子技術(shù)(上海)有限公司采用安科瑞智能電力儀表及Acrel-3000電能管理系統(tǒng)對(duì)配電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行改造,通過總線型組網(wǎng)方式,把數(shù)據(jù)上傳至后臺(tái),進(jìn)行智能化組網(wǎng)。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了分散式采集和集中控制管理的智能化、數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化電能管理。

關(guān)鍵詞:飛利浦;系統(tǒng)改造;配電監(jiān)測(cè);智能電力儀表;Acrel-3000;電能管理系統(tǒng);

0 概述

    飛利浦電子技術(shù)(上海)有限公司系飛利浦電子中國有限公司投資,于2003年12月成立的外商投資企業(yè)。主要從事高性能照明燈的研發(fā),生產(chǎn),。飛利浦電子技術(shù)(上海)有限公司電能管理系統(tǒng)針對(duì)高、低壓配電監(jiān)測(cè)改造設(shè)計(jì),通過Acrel-3000電能管理系統(tǒng),為用戶提供一套先進(jìn)、實(shí)用的用電管理、分析工具。系統(tǒng)在線監(jiān)測(cè)整個(gè)企業(yè)生產(chǎn)能耗動(dòng)態(tài)過程,收集生產(chǎn)過程中大量分散的用電及能耗數(shù)據(jù),提供實(shí)時(shí)及歷史數(shù)據(jù)分析、對(duì)比功能,以發(fā)現(xiàn)能源消耗過程和結(jié)構(gòu)中存在的問題,通過優(yōu)化運(yùn)行方式和用能結(jié)構(gòu)以及建立企業(yè)能耗評(píng)估、管理體系,實(shí)現(xiàn)合理用電、節(jié)約用電,提高企業(yè)能源效率水平。

1、需求分析

改造需求

飛利浦電子技術(shù)(上海)有限公司“WDJ電力需求側(cè)電腦管理系統(tǒng)"安裝于2002年,至今已連續(xù)使用了11年,系統(tǒng)原制造商是上海天龍電子有限公司。該系統(tǒng)服務(wù)器等關(guān)鍵設(shè)備已嚴(yán)重老化,原安裝軟件已經(jīng)淘汰且無法修復(fù)。該系統(tǒng)已無法滿足企業(yè)電力能源管理的需求。在此情況下,需進(jìn)行“WDJ電力需求側(cè)電腦管理系統(tǒng)"的升級(jí)改造。

    飛利浦電子技術(shù)(上海)有限公司變電房內(nèi)有兩路10kV高壓進(jìn)線。一路為常用回路,容量為6400kVA,設(shè)置有1600kVA變壓器4臺(tái)及若干高壓柜和低壓柜;另一路為備用回路,容量為630kVA,設(shè)置630kVA備用變壓器1臺(tái)和若干高壓柜和低壓柜。

1.現(xiàn)狀:配電方式為4路10kV電源配出,經(jīng)變壓器降壓分77條線路(含后續(xù)改造加裝)配送至廠區(qū)各用電單位。原系統(tǒng)采用集散式集成原理,即在各配電回路設(shè)置帶脈沖輸出的電能表,再設(shè)置集中采集各電能表脈沖信號(hào)的采集裝置,采集裝置通過RS485信號(hào)線將信息傳輸至監(jiān)控主機(jī),如下圖:

2.目前原系統(tǒng)使用過程中暴露出的主要如下問題:

  1) 數(shù)據(jù)傳輸時(shí)斷時(shí)續(xù),這是因?yàn)槊}沖傳輸線路會(huì)受到現(xiàn)場(chǎng)電磁干擾、老化、松動(dòng)的影響;

  2)電能數(shù)據(jù)與現(xiàn)場(chǎng)儀表顯示數(shù)據(jù)不匹配,這是因?yàn)樵娔鼙聿捎妹}沖輸出與采集,當(dāng)線路出現(xiàn)問題時(shí),電表的脈沖輸出仍然保持,該脈沖信號(hào)無法傳送至監(jiān)測(cè)主機(jī),且后續(xù)無法補(bǔ)回;

  3)當(dāng)數(shù)據(jù)出現(xiàn)問題時(shí)無法及時(shí)排除故障,這與系統(tǒng)的架構(gòu)有關(guān),因脈沖信號(hào)需點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的傳輸,現(xiàn)場(chǎng)有80多個(gè)回路,即脈沖信號(hào)采集裝置需連接80余條線路,當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)故障時(shí),因線路較為龐雜難以排查;

  4)配電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要是通過計(jì)算機(jī)輔助對(duì)現(xiàn)場(chǎng)回傳的電參量信息進(jìn)行處理與展示,構(gòu)建配電系統(tǒng)的計(jì)量體系。這就要求現(xiàn)場(chǎng)儀表的計(jì)量精度高、信號(hào)采集與傳輸可靠、后臺(tái)處理符合實(shí)際需求,并且在系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)能夠及時(shí)排除,避免影響系統(tǒng)的持續(xù)運(yùn)行。而系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性直接影響系統(tǒng)后續(xù)數(shù)據(jù)處理的有效性。原系統(tǒng)采用技術(shù)在當(dāng)時(shí)來講較為常用,但該技術(shù)下的系統(tǒng)穩(wěn)定性受到諸如數(shù)據(jù)信號(hào)傳輸受電能表計(jì)輸出穩(wěn)定性、線路傳輸穩(wěn)定性、采集裝置的可靠性等多方面因素制約,隨著現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的普及,該技術(shù)在配電信息系統(tǒng)集成領(lǐng)域已很少使用。

5)當(dāng)前公司用電量較大,現(xiàn)場(chǎng)配電柜及儀表安裝對(duì)人工抄表帶來極大不便,原系統(tǒng)也已無法滿足運(yùn)維要求,而建立覆蓋廠區(qū)的電能計(jì)量體系十分必要。同時(shí),設(shè)立電力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可對(duì)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),便于運(yùn)行過程中的故障排除,對(duì)貴司運(yùn)維人員保障配電穩(wěn)定運(yùn)行提供便捷。

軟件功能需求

   1. 曲線圖:提供83個(gè)表的每個(gè)日曲線圖(精度可以保證為每分鐘之內(nèi)有2個(gè)數(shù)據(jù))和周曲線圖(精度可以保證每分鐘內(nèi)有1個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn));曲線圖可以根據(jù)要求手動(dòng)選擇時(shí)間范圍內(nèi)進(jìn)行查看及打印。

  2.報(bào)表功能:

 (1)常用回路10kV總進(jìn)線的每月申請(qǐng)MD值、實(shí)際MD值、MD值發(fā)生的日期及時(shí)間、每月申請(qǐng)MD值和實(shí)際MD值趨勢(shì)曲線比較圖;每月申請(qǐng)MD值可以于由使用方管理用戶手動(dòng)輸入到系統(tǒng)中并zui終在報(bào)表和趨勢(shì)圖里體現(xiàn)。

 (2)常用回路10KV總進(jìn)線和4個(gè)變壓器的總回路的每日在峰、平1、平2、谷各個(gè)時(shí)段里的每日及每月的有功功率zui大值以及發(fā)生日期和時(shí)間、每日和每月在各個(gè)試點(diǎn)段內(nèi)的有功功率zui大值趨勢(shì)曲線比較圖(每個(gè)變壓器及常用回路總限額值可以于由使用方管理用戶手動(dòng)輸入到系統(tǒng)中并zui終在趨勢(shì)圖里體現(xiàn))。

 (3)越限報(bào)警功能:4個(gè)常用變壓器回路的有功功率、變壓器溫度、電壓(90%~110%)越限報(bào)警;并且限額值可以由使用方管理用戶設(shè)定。

 (4)通訊及系統(tǒng)故障報(bào)警:系統(tǒng)通訊出現(xiàn)故障須有報(bào)警及記錄功能。

 (5)整點(diǎn)電力參數(shù)抄表:每個(gè)回路的整點(diǎn)有功功率值、無功功率值、用電量(KWH)、功率因素、每相電流及電壓值。

 (6)初始界面采用系統(tǒng)圖,界面可以實(shí)時(shí)顯示每個(gè)回路的有功功率值和三相電流。

 (7)其他的一般監(jiān)控軟件通用要求。

  3.系統(tǒng)用戶及操作權(quán)限:設(shè)置管理員和操作員2個(gè)用戶及設(shè)置不同的權(quán)限,管理員可以設(shè)施報(bào)警越線值及申請(qǐng)的MD值、每個(gè)變壓器zui高符合允許值及常用回路總負(fù)荷zui高值;操作員僅有查看打印權(quán)限。

  4.系統(tǒng)歷史操作記錄:包括各個(gè)用戶的登錄記錄、操作記錄。

  5.系統(tǒng)故障報(bào)警:報(bào)警須有記錄。?

2、改造方案

  1.高壓部分為在原柜體基礎(chǔ)上拆掉C相指針式電流表,安裝ACR330ELH/C多功能電力儀表,原盤式機(jī)械電能拆除后二次線可直接引用。

  2.低壓部分為將原柜體內(nèi)安裝的盤式機(jī)械電能表拆除,加裝DTSD1352/FC導(dǎo)軌式電能表,其中72個(gè)回路沿用原互感器和二次線,其他回路加裝電流互感器。

  3.在低壓變電所墻壁安裝一面通訊采集箱。

  4.變壓器室安裝一臺(tái)溫度巡檢儀ARTMU-M16,用于接收5臺(tái)變壓器溫度傳感器信號(hào),溫度巡檢儀通過RS485總線連接至通訊采集箱。

  5.高壓6只ACR330ELH/C通過RS485總線連接至通訊采集箱,低壓77只表分4根總線連接至通訊采集箱;數(shù)據(jù)采集箱上行光纖連接至值班室。

3、系統(tǒng)方案

    安科瑞Acrel-3000電能管理系統(tǒng)根據(jù)飛利浦電子技術(shù)(上海)有限公司現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況,對(duì)變配電室進(jìn)行改造,組網(wǎng)方式采用現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層、網(wǎng)絡(luò)通訊層、站控管理層三層分布式結(jié)構(gòu):現(xiàn)場(chǎng)安裝測(cè)量、計(jì)量表計(jì),網(wǎng)絡(luò)通訊層設(shè)備安裝于低壓配電室通訊采集箱內(nèi),通過光纖引至值班室站控管理層。如下圖所示:

 系統(tǒng)拓?fù)鋱D

  1)站控管理層

    站控管理層針對(duì)電力監(jiān)控系統(tǒng)的管理人員,負(fù)責(zé)完成對(duì)整個(gè)工程電能管理系統(tǒng)儀表設(shè)備的數(shù)據(jù)采集、處理、顯示和監(jiān)視功能,還為運(yùn)行人員提供各種控制管理功能,并提供多種外部系統(tǒng)接入接口。監(jiān)控計(jì)算機(jī)是監(jiān)控系統(tǒng)的主要人機(jī)界面,用于圖形及報(bào)表顯示、電能統(tǒng)計(jì)分析、事件記錄及報(bào)警狀態(tài)顯示和查詢,設(shè)備狀態(tài)和參數(shù)的查詢等。

  2)網(wǎng)絡(luò)通訊層

    通訊層主要是由Nport5610-8、以太網(wǎng)設(shè)備及總線網(wǎng)絡(luò)組成。Nport5610-8串口服務(wù)器主要功能是監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)智能儀表;以太網(wǎng)設(shè)備及總線網(wǎng)絡(luò)的主要功能是實(shí)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(dá)到了無人值守的目的。

  3)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層

    現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層是數(shù)據(jù)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(xié)議總線型連接接入通訊服務(wù)器,經(jīng)通訊服務(wù)器到達(dá)值班室監(jiān)控主機(jī)進(jìn)行組網(wǎng),實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。

智能儀表現(xiàn)場(chǎng)連接示意

    現(xiàn)場(chǎng)儀表以手拉手方式通過屏蔽雙絞線(RVSP2*1.0)進(jìn)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Nport5610-8,進(jìn)而將數(shù)據(jù)上傳至監(jiān)控終端。具體連接示意圖如下所示:

    高壓回路采用ACR330ELH多功能液晶顯示儀表,低壓回路采用DTSD1352/FC導(dǎo)軌計(jì)量表,能夠測(cè)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、無功電度等。

4、系統(tǒng)功能

    配電監(jiān)測(cè):主要實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)變電所所有回路的運(yùn)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(jìn)線和出線的運(yùn)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、有功電度等。如下圖所示:

配電一次系統(tǒng)圖

    諧波分析:通過報(bào)表實(shí)時(shí)顯示高壓6個(gè)回路2~31次分次諧波及總諧波數(shù)據(jù),并以棒圖形式直觀顯示,如下圖所示:

諧波分析

    遙信和遙測(cè)報(bào)警功能,主要完成對(duì)回路的開關(guān)運(yùn)行狀態(tài)和負(fù)載進(jìn)線監(jiān)控,對(duì)開關(guān)變位和負(fù)載越限彈出報(bào)警界面指示具體的報(bào)警位置并聲音報(bào)警,提醒值班人員及時(shí)處理。負(fù)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,如下圖所示:

遙測(cè)遙信報(bào)警

    事件告警記錄功能,主要完成對(duì)查詢時(shí)間段內(nèi)出現(xiàn)的報(bào)警信息事件記錄以及發(fā)生時(shí)間,為值班人員提供依據(jù)并且分析事故發(fā)生的原因,如下圖所示:

事件記錄

    參數(shù)抄表功能,主要對(duì)低壓各出線回路的電參數(shù)進(jìn)線查詢。支持任意時(shí)刻電參數(shù)查詢,主要包括:三相電流、有功功率和有功電度。具備數(shù)據(jù)導(dǎo)出和報(bào)表打印等功能。該報(bào)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

 電參數(shù)抄表

    用電量報(bào)表功能,可選擇時(shí)間段進(jìn)行查詢,支持任意時(shí)間段電度累計(jì)查詢,具備數(shù)據(jù)導(dǎo)出和報(bào)表打印等功能。為值班人員提供了可靠的電能報(bào)表。該報(bào)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:

電能報(bào)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(shí)監(jiān)測(cè)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。下圖為變電所通訊狀態(tài)示意圖。

通訊結(jié)構(gòu)示意圖

    負(fù)荷趨勢(shì)曲線界面中可直觀的查看回路的負(fù)荷運(yùn)行情況。查看實(shí)時(shí)和歷史趨勢(shì)曲線,點(diǎn)擊畫面相應(yīng)按鈕或菜單項(xiàng)可以完成相應(yīng)功能的切換;幫助用戶進(jìn)線趨勢(shì)分析和故障追憶,具備曲線打印功能。為分析整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行狀況提供了直觀而方便的軟件支持。如下圖所示:

趨勢(shì)曲線圖

     MD查詢:通過報(bào)表查詢當(dāng)前及歷史實(shí)際MD值及申請(qǐng)MD值,申請(qǐng)MD值可由用戶設(shè)置。該報(bào)表可實(shí)現(xiàn)實(shí)際MD值與申請(qǐng)MD值對(duì)比分析功能,為企業(yè)用電負(fù)荷管理提供依據(jù),如下圖所示:

MD報(bào)表

    MD曲線:顯示高壓回路MD值曲線,可查詢當(dāng)前或歷史MD值曲線。紅色曲線為申請(qǐng)MD值線,可實(shí)現(xiàn)實(shí)際MD值與申請(qǐng)MD值的趨勢(shì)對(duì)比。如下圖所示:

MD曲線

     復(fù)費(fèi)率電能報(bào)表:實(shí)現(xiàn)高壓回路總、峰、平、谷復(fù)費(fèi)率電能統(tǒng)計(jì),復(fù)費(fèi)率時(shí)段用戶可在儀表上根據(jù)實(shí)際要求配置。如下圖所示:

復(fù)費(fèi)率電能報(bào)表

5、結(jié)束語

    目前很多企業(yè)電能管理存在著多方面問題,設(shè)備利用率不高,設(shè)備老化、需要更新,無法掌握企業(yè)目前用電現(xiàn)狀,無法量化企業(yè)節(jié)能指標(biāo),確實(shí)電能數(shù)據(jù)支撐,用電方式需要改善等。

    本文介紹的Acrel-3000電能管理系統(tǒng)在飛利浦電子技術(shù)(上海)有限公司的應(yīng)用,通過現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和分布式控制技術(shù),建立完善的能耗監(jiān)測(cè)、管理體系,實(shí)現(xiàn)能源消耗動(dòng)態(tài)過程的信息化、可視化、可控化,對(duì)企業(yè)生產(chǎn)過程中能源消耗的結(jié)構(gòu)、過程及要素進(jìn)行管理、控制和優(yōu)化,提高能源使用效率。

參考文獻(xiàn):

[1]《電力電測(cè)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]《電力監(jiān)控系統(tǒng)在供配電設(shè)計(jì)中的應(yīng)用》,高士宏,科技風(fēng)

[3]《電力監(jiān)控運(yùn)用于10kv供配電設(shè)計(jì)》,姚強(qiáng),科技天地

作者簡介:

淮亞利,女,漢族,本科,工程師,主要研究方向?yàn)橹悄芙ㄖ┡潆姳O(jiān)控系統(tǒng)。: :,:

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