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智能低壓電能在線管理系統(tǒng)在企業(yè)動力分廠設計與應用

更新時間：2023-03-31

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吳柯霓

安科瑞電氣股份有限公司上海嘉定 201801

摘要：動力分廠的低壓電能是電力管理的關鍵內(nèi)容，能夠幫助管理人員詳細了解電力資源分配情況，分析其合理性，對各項電力設備的耗能情況予以評估。但是傳統(tǒng)計量模式及管理模式均具有一定局限性，在復雜環(huán)境下檢測的數(shù)據(jù)也具有及時性不佳、準確性待提升等弊端，因此不利于電能合理管控，探究更加智能的管理系統(tǒng)成為重要工作內(nèi)容。本項目中智能低壓電能在線管理系統(tǒng)的設計意在實現(xiàn)管理的智能化和數(shù)字化，提升管理質量，文章詳細介紹了系統(tǒng)設計的各項參數(shù)及應用優(yōu)勢，能夠在很大程度上保證電能系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，同時實現(xiàn)節(jié)能降耗。。

關鍵詞：動力分廠；智能低壓電能在線管理系統(tǒng)；節(jié)能降耗

0 引言

動力分廠在企業(yè)中發(fā)揮關鍵作用，為總、分公司提供動力支持，其中的低壓配電室管理又在其中占據(jù)重要位置。當前如何提升低壓配電室電能管理質量已成為各個企業(yè)需面臨的主要難題，也是合理分配企業(yè)電能資源、提升企業(yè)綜合競爭力的核心所在。在企業(yè)發(fā)展規(guī)模不斷擴大、市場競爭愈發(fā)激烈的影響下，實現(xiàn)低壓電能智能化、信息化管控已成為必然。

1 項目概況

動力分廠主要的任務是為全廠提供充足電能，服務范圍不僅包括總公司，還包括下屬分公司。當前低壓配電室的電能計量系統(tǒng)計量方式一般為針電能表、機械電能表或者電子式直讀表，雖具有數(shù)據(jù)測量功能，但是不支持數(shù)據(jù)實時上傳，且系統(tǒng)內(nèi)設備繁多。傳統(tǒng)計量方式下統(tǒng)計周期長、工作量大，數(shù)據(jù)分析的準確性將受到較大影響，無法幫助管理人員有效衡量廠區(qū)用電情況。不僅如此，部分計量使用儀用變壓器安裝，存在一定安全隱患，可能影響設備的穩(wěn)定運行。本項目的智能低壓電能在線管理系統(tǒng)意在通過智能管理的構建提升廠區(qū)電能管理質量，提升設備自動化、智能化水平，對區(qū)域電能使用情況予以有效統(tǒng)計和監(jiān)控，促使廠區(qū)節(jié)能降耗，為設備升級提供充分且科學的數(shù)據(jù)參考。

2 項目實施內(nèi)容

2.1 服務范圍

（1）總公司�？偣竟灿械蛪号潆娛�23個，更換的導軌式電能表、多功能測控電表、儀用變壓器、無線采集器分別為474臺、62臺、1422臺、23臺，此外應將電能管理系統(tǒng)安裝于整流所主控室，并安裝一臺無線采集器。

（2）分公司。分公司共有低壓配電室24個，更換的導軌式電能表、多功能測控電表、儀用變壓器、無線采集器分別為171臺、59臺、513臺、23臺，此外與總公司相同，應將電能管理系統(tǒng)安裝于整流所主控室，安裝一臺無線采集器。此外，總公司及分公司各低配室內(nèi)需要于母聯(lián)柜、低壓進線柜面板處安裝多功能測控電表，饋出柜則配置導軌式三相電能表及一次電流互感器。整流所主控室操作臺則要配備服務器主機，于其中安裝電能計量監(jiān)控系統(tǒng)軟件。由于部分分公司未實現(xiàn)5G網(wǎng)絡覆蓋，此部分公司使用通訊光纖傳輸信號。

2.2 系統(tǒng)組網(wǎng)方式

低壓配電室安裝的多功能測控表可以將測得的數(shù)據(jù)通過有線或無線方式上傳至無線采集器；導軌式三相電能表可以將測得的數(shù)據(jù)通過LoRa無線方式上傳至無線采集器�？偣炯胺止镜团涫覠o線采集器均可使用5G網(wǎng)絡實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，匯總至整流所主控室服務器。但是需要注意的是，電能計量管理系統(tǒng)需提前預約接口供集控系統(tǒng)平臺使用。

3 設備具體功能要求

3.1 導軌式三相電能表

（1）使用環(huán)境。相對濕度則要求在無冷凝環(huán)境下處于5%至95%。

（2）安裝要求。在符合低壓開關柜位置及尺寸的基礎上選擇標準導軌式安裝。

（3）電磁兼容性及防護等級。設備需在高濕度、腐蝕氣體、強電磁感染環(huán)境下工作，因此元件需采用防潮、防腐、穩(wěn)定性強的工藝進行制造。此外，電磁兼容性需在EMC3級以上、防護性能需在IP52級以上。

（4）液晶顯示。導軌式三相電能表需安裝液晶顯示屏，且滿足高清晰度、高亮度、帶背光支持的特點，用以顯示電壓、電能、功率因素、電流以及DI狀態(tài)等各項數(shù)據(jù)。

（5）測量功能。此電能表能夠測量的參數(shù)較多，其中主要包括三相電流、三相電壓、雙向有功功率及電度、雙向無功功率及電度、功率因數(shù)、電壓不平衡度、零序電流、15min需量等。

（6）I/O輸入輸出。開關量輸入、輸出接點需在2路以上，可實現(xiàn)現(xiàn)場斷路器分合閘。

（7）通訊。配置LoRa無線通信接口，用以將采集的數(shù)據(jù)傳輸至電能管理系統(tǒng)主機，同時刷新開關量變位及系統(tǒng)實時數(shù)據(jù)；配置RS-485通訊口，用以作為備用通信接口。

（8）事件記錄。事件記錄功能的配備可用于管理人員后期查詢報警、開關量變位等各項數(shù)據(jù)，記錄條目在32條以上，停電后自動保存數(shù)據(jù)。

（9）需量。電能表可自行計算正向有功、無功功率實時需量等。

（10）諧波分析。諧波分析功能的配備能夠對電流諧波總畸變率、回路電壓等實施監(jiān)測，分次諧波數(shù)據(jù)應在31次以上。

（11）定值越限。電能表支持電氣量越限報警功能，可采用相電壓越上限及越下限、電流越上限及越下限、線電壓越上限及越下限、總功率因數(shù)越上限及越下限、線電壓越上限及越下限等，另外越限報警事件需在6組以上，越限后系統(tǒng)自動開啟繼電器出口。

3.2 多功能測控電表

（1）安裝要求。在符合低壓開關柜位置及尺寸的基礎上選擇標開孔嵌入式安裝。

（2）I/O輸入輸出。多功能測控電表需配備開關量輸入接點4路以上、開關量輸出接點2路以上，可實現(xiàn)現(xiàn)場斷路器分合閘。

（3）通訊。多功能測控電表配置RS-485通訊口，用以將采集的數(shù)據(jù)傳輸至電能管理系統(tǒng)主機，同時刷新開關量變位及系統(tǒng)實時數(shù)據(jù)。事件順序記錄分辨率應為1ms。

（4）其他。多功能測控電表使用環(huán)境、電磁兼容性及防護等級、液晶顯示、測量功能、事件記錄、需量、諧波分析、定值越限等均與導軌式三相電能表配置相同。

3.3 無線采集器

（1）使用環(huán)境及防護等級。無線采集器使用環(huán)境及防護等級、電磁兼容性等與導軌式三相電能表相同。

（2）通信參數(shù)。以太網(wǎng)參數(shù)：配置4個以上標準RJ45型以太網(wǎng)接口，另外內(nèi)部建立1.5kV磁隔離保護。串口通信參數(shù)：配置8個以上RS485接口，另外內(nèi)部建立3kV磁隔離保護、防靜電保護、防雷保護、靜電保護。

（3）網(wǎng)絡要求。無線采集器需支持5G網(wǎng)絡。

（4）LoRa通信參數(shù)。32個以上通信信道，工作頻段為470~510MHz，主要采用LoRa調制方式，但是同時也支持包括FSK、GFSK在內(nèi)的傳統(tǒng)調制方式�？諘鐥l件下極限通信距離為3000m。

（5）數(shù)據(jù)采集功能。8個以上RS-485接口、以太網(wǎng)接口及LoRa接口。采集方式可分為實時采集（對各電表數(shù)據(jù)通過在線輪詢法實時采集）、指令采集（接收到數(shù)據(jù)中心命令后立刻采集）和定時自動采集（依據(jù)預先設置的時間定時采集）。

（6）數(shù)據(jù)轉發(fā)功能。配備8個以上轉發(fā)通道，相互獨立，同時配套轉發(fā)規(guī)約、通信地址以及端口。

（7）數(shù)據(jù)存儲。采集器支持15d以上數(shù)據(jù)存儲，且在出現(xiàn)故障或者斷電時能夠實現(xiàn)數(shù)據(jù)的自動保存，當服務器恢復后可將保存的數(shù)據(jù)上傳至后臺服務器數(shù)據(jù)庫，保證數(shù)據(jù)不丟失。

（8）透明傳輸功能。要求配備集成串口服務器功能，以此對智能終端設備與主站的數(shù)據(jù)交流予以控制。

（9）邏輯可編程功能。能夠通過邏輯運算、算術運算進一步分析遙測、電能等數(shù)據(jù)，并將計算成果分享至主站，還可使用運算結果遙控出口；二次邏輯編程有利于預期輸出結果的實現(xiàn)。

（10）系統(tǒng)校時功能�？娠@示時鐘并支持SNTP對時、主站通信對時，控制在0.5s/d以下。

（11）輸入輸出功能。系統(tǒng)輸入信號4路以上，24V額定電壓，10ms事件分辨率；系統(tǒng)輸出信號2路以上，分別為常開DO、常開常閉Alarm，人員可以利用軟件對常開DO進行設置，作為常規(guī)DO用以邏輯控制輸出。

3.4 服務器

（1）處理器�？偣�、分公司均配置塔式服務器，處理器型號為至強E-2225G，3.7GHz CUP頻率。

（2）內(nèi)存容量。服務器內(nèi)存容量為16GB。

（3）硬盤容量。服務器硬盤為SATA可擴展，容量為2TB，擴展后可達32TB。

（4）USB。同時配置USB2.0、USB3.0，數(shù)量分別為4個、6個。

（5）內(nèi)置硬盤托架。配置6個內(nèi)置硬盤托架支持大存儲容量。

（6）操作系統(tǒng)。操作系統(tǒng)選擇Win10中文標準版。

（7）4個DIMM插槽，支持DDR4內(nèi)存容量。

（8）液晶顯示器。顯示器分辨率為1920*1080，面板尺寸32英寸，60Hz刷新率，5ms響應時間。另外配置VGA接口和HDMI接口。

4 電能計量監(jiān)控系統(tǒng)軟件

4.1 電力監(jiān)控功能

（1）數(shù)據(jù)采集與處理。本項目可準確采集、處理多種能源及生產(chǎn)數(shù)據(jù)，且數(shù)據(jù)穩(wěn)定、可靠、及時，使用專門數(shù)據(jù)庫儲存數(shù)據(jù)，期限在3年以上，系統(tǒng)支持設備為5000個以上。電能計量監(jiān)控系統(tǒng)軟件中的采集程序可同時進行多設備采集，實現(xiàn)分布式數(shù)據(jù)采集，另外可就地前置，與實時監(jiān)控主機，獨立運行，一旦監(jiān)控主機發(fā)生故障不會對采集程序造成影響。該軟件系統(tǒng)同時支持主備冗余機制，程序間需實現(xiàn)無縫切換，間隔時間在8s以下。數(shù)據(jù)采集程序還可以對數(shù)據(jù)予以統(tǒng)計、分析、修正，同時擁有自我保護機制，即在系統(tǒng)通信中斷后仍可通過智能裝置中數(shù)據(jù)的讀取恢復重要信息。

（2）實時監(jiān)控報警。監(jiān)控設備的主要任務就是在運行異常時發(fā)出報警信號，通過語音報警、監(jiān)控畫面推送、閃爍提示等實現(xiàn)監(jiān)控的有效執(zhí)行。

（3）事件記錄查詢。告警發(fā)生時電能計量監(jiān)控系統(tǒng)軟件將會實時彈出警告畫面，詳細展示日期、時間、告警類型并定位告警部位且按照事件將會進行分級報警，顯示不同的顏色和特征值，有利于人員進行針對性處理。告警信息及處理結果將自動儲存至相關數(shù)據(jù)庫，同時支持事件查詢，人員可在軟件內(nèi)按照時間、關鍵詞等進行快速檢索。

（4）趨勢曲線分析。軟件具有歷史數(shù)據(jù)分析功能，可以詳細、智能分析歷史數(shù)據(jù)，類型多樣，包括棒圖分析、曲線分析等，同時支持多種視圖類型。

（5）故障錄波分析功能。故障錄波分析模塊可正確讀取故障波形文件并進行計算和分析，顯示變化趨勢，波形分析界面能直觀查詢故障量相關參數(shù)，可展示矢量圖形，同時能夠實現(xiàn)波形數(shù)據(jù)導出、PNG圖片輸出。

（6）標準報表模板。系統(tǒng)支持報表統(tǒng)計，系統(tǒng)內(nèi)所有設備的電能信息均可統(tǒng)計在程序內(nèi)并通過報表形式分析和傳輸，同時支持對比統(tǒng)計、自定義計算、手動修改數(shù)據(jù)、自定義表格形式、信息查詢、Excel格式轉化、數(shù)據(jù)的二次處理等功能，人員可以進行報表打印，可以發(fā)送至對應郵箱。

4.2 電能管理

（1）電能計量管理。支持自定義設置電能計量點周期，可根據(jù)實際所需周期選擇電能用量的統(tǒng)計分析；支持自定義時間段統(tǒng)計報表的顯示和輸出；可進行同比、環(huán)比、統(tǒng)計排名，支持多節(jié)點分析。

（2）需量管理。支持需量計算功能，經(jīng)監(jiān)控詳細了解各設備需量變化趨勢，以此分析月度基本電費，了解設備運行過程中的可優(yōu)化之處并予以調整。需量計算可幫助管理人員有效識別耗電源，對于降低能耗、控制波峰電價用電、減少用電費用有重要現(xiàn)實意義。所有分析的參數(shù)可通過棒圖、曲線圖等形式顯示，同時管理者可經(jīng)Web管理界面查詢。需量計算功能下系統(tǒng)可設置多級需量限值超約預警，以此電能管理質量和效率。

4.3 系統(tǒng)維護功能

為系統(tǒng)設置安全權限，用戶角色不同，可按照自身權限大小使用口令登錄系統(tǒng)，對系統(tǒng)實施不同操作，操作記錄將由數(shù)據(jù)庫保存；軟件可按照企業(yè)管理組織結構對訪問權限予以針對性設置，按權限對訪問范圍和節(jié)點予以分配，另外支持設置分層分級用戶群組。

4.4 數(shù)據(jù)庫維護和管理

系統(tǒng)兼容性強，支持數(shù)據(jù)庫連接，配備主備數(shù)據(jù)庫同步機制，以此實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫合并。數(shù)據(jù)庫維護便捷，可方便地進行數(shù)據(jù)備份和還原，同時人員可以歸檔管理數(shù)據(jù)，后期也可查詢和導出維護記錄。

4.5 擴展功能

監(jiān)控系統(tǒng)需具有通信接口擴展功能，便于各項設備的接入以及集成數(shù)據(jù)的交互，同時支持二次開發(fā)。支持標準規(guī)約設備、非標準規(guī)約設備的接入，另外支持標準下的遠傳規(guī)約轉發(fā)數(shù)據(jù)。

5 安科瑞電能管理系統(tǒng)

5.1 概述

用戶端消耗著整個電網(wǎng)80%的電能，用戶端智能化用電管理對用戶可靠、節(jié)約用電有十分重要的意義。構建智能用電服務體系，推廣用戶端智能儀表、智能用電管理終端等設備用電管理解決方案，實現(xiàn)電網(wǎng)與用戶的雙向良性互動。用戶端急需解決的研究內(nèi)容主要包括：先進的表計，智能樓宇、智能電器、增值服務、客戶用電管理系統(tǒng)、需求側管理等課題。

Acrel-3000WEB電能管理解決方案通過對用戶端用電情況進行細分和統(tǒng)計，以直觀的數(shù)據(jù)和圖表向管理人員或決策層展示各分項用電的使用消耗情況，便于找出高耗能點或不合理的耗能習慣，有效節(jié)約電能，為用戶進一步節(jié)能改造或設備升級提供準確的數(shù)據(jù)支撐。

5.2 應用場所

（1）辦公建筑（商務辦公、大型公共建筑等）；

（2）商業(yè)建筑（商場、金融機構建筑等）；

（3）旅游建筑（賓館飯店、娛樂場所等）；

（4）科教文衛(wèi)建筑（文化、教育、科研、醫(yī)療衛(wèi)生、體育建筑等）；

（5）通信建筑（郵電、通信、廣播、電視等）；

（6）交通運輸建筑（機場、車站、碼頭建筑等）。

5.3 系統(tǒng)結構

5.4 系統(tǒng)功能

1）實時監(jiān)測

系統(tǒng)人機界面友好，以配電一次圖的形式直觀顯示配電線路的運行狀態(tài)，實時監(jiān)測各回路電壓、電流、功率、功率因數(shù)、電能等電參數(shù)信息，動態(tài)監(jiān)視各配電回路斷路器、隔離開關、地刀等合、分狀態(tài)，以及有關故障、告警等信號。

2）電能統(tǒng)計報表

系統(tǒng)以豐富的報表支撐計量體系的完整性。系統(tǒng)具備定時抄表匯總統(tǒng)計功能，用戶可以自由查詢自系統(tǒng)正常運行以來任意時間段內(nèi)各配電節(jié)點的用電情況，即該節(jié)點進線用電量與各分支回路消耗電量的統(tǒng)計分析報表。該功能使得用電可視透明，并在用電偏大時可分析追溯，維護計量體系的正確性。

3）詳細電參量查詢

在配電一次圖中，當鼠標移動到每個回路附近時，鼠標指針變?yōu)槭中�，鼠標單擊可查看該回路詳細電參量，包括三相電流、三相電壓、三相總有功功率、總無功功率、總功率因數(shù)、正向有功電能，并可以查看24小時相電流趨勢曲線及24小時電壓趨勢曲線。

4）運行報表

系統(tǒng)具有實時電力參數(shù)和歷史電力參數(shù)的存儲和管理功能，所有實時采集的數(shù)據(jù)、順序事件記錄等均可保存到數(shù)據(jù)庫，在查詢界面中能夠自定義需要查詢的參數(shù)、時間或選擇查詢更新的記錄數(shù)據(jù)等，并通過報表方式顯示出來。用戶可以根據(jù)需要定制運行日報、月報，支持導出Excel格式文件，還可以根據(jù)用戶要求導出PDF格式文件。

5）變壓器運行監(jiān)視

系統(tǒng)對配電系統(tǒng)總進線、主變壓器、重要負荷出線的運行狀態(tài)進行在線實時監(jiān)視，用曲線顯示電流、變壓器運行溫度、有功需量、有功功率、視在功率、變壓器負荷率等運行趨勢，分析變壓器負荷率及損耗，方便運行維護人員及時掌握運行水平和用電需求，確保供電安全可靠。

6）實時報警

系統(tǒng)具有實時報警功能，系統(tǒng)能夠對配電回路斷路器、隔離開關、接地刀分、合動作等遙信變位，保護動作、事故跳閘，以及電壓、電流、功率、功率因數(shù)越限等事件進行實時監(jiān)測，并根據(jù)事件等級發(fā)出告警。系統(tǒng)報警時自動彈出實時報警窗口，并發(fā)出聲音或語音提醒。

7）歷史事件查詢

系統(tǒng)能夠對遙信變位，保護動作、事故跳閘，以及電壓、電流、功率、功率因數(shù)越限等事件記錄進行存儲和管理，方便用戶對系統(tǒng)事件和報警進行歷史追溯，查詢統(tǒng)計、事故分析。

8）電能質量監(jiān)測

系統(tǒng)可以對整個配電系統(tǒng)范圍內(nèi)的電能質量進行持續(xù)性的監(jiān)測，運行維護人員可以通過諧波分析棒圖、報表掌握進線、變壓器、重要回路的電壓、電流諧波畸變率、諧波含量、電壓不平衡度等，及時采取相應的措施，降低諧波損耗，減少因諧波造成的異常和事故(該功能需要選配帶諧波監(jiān)測功能的電力儀表，不需要可刪除。

9）遙控操作

系統(tǒng)支持對斷路器、隔離開關、接地刀等進行分、合遙控操作。系統(tǒng)具有嚴格的密碼保護和操作權限管理功能，對于每次遙控操作，系統(tǒng)自動生成操作記錄，記錄內(nèi)容包含操作人、操作時間、操作類型等。實現(xiàn)該功能需要斷路器本身具有電操機構及保護保測控裝置具備遙控功能等硬件設備的支持。

10）用戶權限管理

系統(tǒng)為保障系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行，設置了用戶權限管理功能。通過用戶權限管理能夠防止未經(jīng)的操作（如配電回路名稱修改等）�？梢远x不同級別用戶的登錄名、密碼及操作權限，為系統(tǒng)運行、維護、管理提供可靠的安全保障。

11）通訊狀態(tài)圖

系統(tǒng)支持實時監(jiān)視接入系統(tǒng)的各設備的通訊狀態(tài)，能夠完整的顯示整個系統(tǒng)網(wǎng)絡結構；可在線診斷設備通訊狀態(tài)，發(fā)生網(wǎng)絡異常時能自動在界面上顯示故障設備或元件及其故障部位。從而方便運行維護人員實時掌握現(xiàn)場各設備的通訊狀態(tài)，及時維護出現(xiàn)異常的設備，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

12）視頻監(jiān)控

視頻監(jiān)控展示了當前實時畫面（視頻直播），選中某一個變配電站，即可查看該變配電站內(nèi)視頻信息。

13）用戶報告

用戶報告頁面主要用于對選定的變配電站自動匯總一個月的運行數(shù)據(jù)，對變壓器負荷、配電回路用電量、功率因數(shù)、報警事件等進行統(tǒng)計分析。

14）APP支持

電力運維手機支持“監(jiān)控系統(tǒng)"、“設備檔案"、“待辦事項"、“巡檢記錄"和“缺陷記錄"五大模塊，支持一次圖、需量、用電量、視頻、曲線、溫濕度、同比、環(huán)比、電能質量、各種事件報警查詢，設備檔案查詢、待辦事件處理、巡檢記錄查詢等。

5.5 系統(tǒng)硬件配置

6 結語

動力分廠智能低壓電能在線管理系統(tǒng)能夠實現(xiàn)總公司、分公司電能管理的信息化及自動化水平，提升人員工作質量，可以助管理者詳細準確地了解廠區(qū)范圍內(nèi)電能使用情況，合理分配能源、及時發(fā)現(xiàn)問題，對于節(jié)能降耗、促使企業(yè)可持續(xù)健康發(fā)展有關鍵現(xiàn)實意義，還有利于提升企業(yè)綜合競爭力。

【參考文獻】

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【2】石炳君.機關大樓老舊配電設備加裝電能管理系統(tǒng)的方法[J].江蘇科技信息,2020,37(12):60-65.

【3】安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊.2022.05

作者簡介：吳柯霓，女，現(xiàn)任職于安科瑞電氣股份有限公司，主要從事電能管理研究發(fā)展。