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技术文章
低压智能配电系统在胜利油田物探院改造项目中的应用
点击次数：118 发布时间：2014-9-16
安科瑞徐孝峰
江苏安科瑞电器制造有限公司江苏江阴214405
摘要：介绍一种基于数字式智能仪表在配电系统改造中的应用，现场层采用智能数显仪表（SCADA）采集配电现场的U、I、P、COS¢、Ep等电参量和开关信号；现场仪表组网通讯并远传至后台监控系统，同时通过智能仪表的输出控制继电器，远程控制断路器的合、分闸操作，达到低压配电系统的自动化综合管理。
关键词：低压智能配电系统Acrel-2000型三遥RS485通讯
0概述
胜利油田物探院配电室于1992年建成投产，已安全运行16年，配电系统分为高、低压两大部分，高压部分有聊城甲线和淄博甲线两条10KV进线，有6台1250KVA有载调压变压器。物探院属于重要电力负荷用户，主要包括网络二楼处理机房机群及其配套用电设备；网络三楼解释机房、局域网服务器及其配套用电设备、局信息中心ERP机房计算机及其配套用电设备；综合楼处理和解释机房用电设备；制冷机组及其配套用电设备以及全院的生产，生活用电。
高、低压一次设备是十四年前安装的，原配电系统采用的是MS-2801数据库定义系统，所用备件多，通讯线接点多，易出故障，操作系统是WindowsNT4.0，应用、维护起来比较繁琐。近几年来随着全院电力负荷的增加和SP2机群的扩容，变压器容量和配电回路开关的容量和数量已不能满足当前用电负荷的需求，并且设备严重老化，断路器分断能力差；另外，供电公司正在进行油田线路升压，原6KV进线已升为10KV，原低压母线和变压器出线开关容量不够，电容补偿柜也已老化，起不到无功补偿的作用。为了保证全院科研、生产的正常运行，我们对低压配电系统进行了一次全面的系统改造。
由于物探院属于一级供电用户，供电系统要求安全、可靠。根据场地设备实现远程监控和集中管理的要求，改造后的配电系统采用了Acrel-2000型低压智能配电系统实现对高低压设备的遥测、遥信、遥控即“三遥”功能。
Acrel-2000型低压智能配电系统，充分利用了现代电子技术、计算机技术、网络技术和现场总线技术的发展，对变配电系统进行分散数据采集和集中监控管理。对配电系统的二次设备进行组网，通过计算机和通讯网络，将分散的配电所的现场设备连接为一个有机的整体，实现电网运行的远程监控和集中管理。
1配电监控系统构成
本系统采用分层分布式计算机网络结构即间隔层、通讯层和站控层如下图所示：
间隔层主要的设备为：多功能网络电力仪表、开关量、模拟量采集模块和智能断路器等。这些装置分别对应相应的一次设备安装在电气柜内，这些装置均采用RS485通讯接口，通过现场MODBUS总线组网通讯，实现数据现场采集。
中间层主要为：通讯服务器，其主要功能为把分散在现场采集装置集中采集，同时远传至站控层，完成现场层和站控层之间的数据交互。
站控层：设有高性能工业计算机、显示器、UPS电源、打印机、报警蜂鸣器等设备。监控系统安装在计算机上，集中采集显示现场设备运行状况，以人机交互的形式显示给用户，同时用户可以通过系统软件发送指令至现场设备，实现远程遥控功能。
以上网络仪表均采用RS485接口和MODBUS-RTU通讯协议，RS485采用屏蔽线传输，一般都采用二根连线，接线简单方便；通讯接口是半双工通信即通信的双方都可以接收、发送数据但是在同一时刻只能发送或接收数据，数据zui高传输速率为10Mbps。RS-485接口是采用平衡驱动器和差分接收器的组合，抗噪声*力增强，总线上允许连接多达32个设备，zui大传输距离为1.2km。
2监控系统的主要功能
1)数据采集与处理
数据采集是配电监控的基础，数据采集主要由底层多功能网络仪表采集完成，实现远程数据的本地实时显示。需要完成采集的信号包括：三相电压U、三相电流I、频率Hz、功率P、功率因数COSφ、电度Ep、远程设备运行状态等数据。
数据处理主要是把按要求采集到的电参量实时准确的显示给用户，达到配电监控的自动化化和智能化要求，同时把采集到的数据存入数据库供用户查询。
2)人机交互
系统提供简单、易用、良好的用户使用界面。采用全中文界面，CAD图形显示低压配电系统电气一次主接线图，显示配电系统设备状态及相应实时运行参数，画面定时轮巡切换；画面实时动态刷新；模拟量显示；开关量显示；连续记录显示等
3)故障报警及事故追忆
在配电系统发生运行故障时，会及时发出声光报警提示用户及时响应故障回路，同时自动记录事件发生的时间地点，以被用户查询，追忆故障原因。
4)数据库建立与查询
主要完成遥测量和遥信量定时采集，并且建立数据库，定期生成报表，以供用户查询打印。
5)用户权限管理
针对不同级别的用户，设置不同的权限组，防止因人为误操作给生产，生活带来的损失，实现配电系统的安全，可靠运行。
6)电能成本管理
自动进行日、月、年的电能统计，可以进行尖、峰、平、谷时段设定，实现具有电能分时计费功能，同时生成日、月、年报表。
7)运行负荷曲线
定时采集进线及重要回路电流负荷参量，自动生成运行负荷趋势曲线的，方便用户及时了解设备的运行负荷状况。
3案例分析
胜利油田物探研究院低压配电系统主要有6台10kv/0.4kv配电变压器，本系统主要负责对低压进线及相应配出回路的实时动态监控。
进线回来采用ACR320EK多功能网络电力仪表，其是针对电力系统、工矿企业、公共设施、智能大厦的电力监控需求而设计的网络电力仪表，它能测量所有常规电力参数，如：三相电压、电流、有功功率、无功功率，功率因数、频率、有功电度、无功电度等多种电参量。并且本仪表带有4路光电隔离开关量输入接点和2路继电器控制输出接点，这些接点可以配合智能断路器实现断路器的遥信、遥控操作。该系列网络电力仪表主要应用于变电站自动化、配电网自动化、小区电力监控、工业自动化、能源管理系统及智能建筑等领域。
重要配出回路采用ACR100K系列网络电力仪表，该仪表主要完成三相电流、三相电压、有功电度的测量以及开关信号的检测和继电器遥控输出。
一般配出回路采用Pz42-AI/KC系列网络仪表，该仪表主要完成三相电流测量、开关信号检测和继电器遥控输出。
图(1)为系统主监控画面，实时显示遥测数值，断路器运行状态信息，运行事件报警，画面快捷切换，系统功能菜单等主要功能。
图（1）主监控画面
①遥测：主要监测运行设备的电参量，其中包括：进线三相电压，电流，功率，功率因数，电能，频率等电参量及配出回路的三相电流；
②遥信：实现显示现场设备的运行状态主要包括：开关的分、合闸运行状态和通讯故障报警；
③遥控：主要实现对智能断路器的远程分/合闸操作，所有操作均要通过严格的权限验证，以防止运行人员误操作。
报表统计功能：主要完成对进线回路的事件记录报表（见图（2））；远程抄表（见图（3））以及用电统计报表统计（见图（4）），支持时间查询及报表打印输出。
图（2）事件记录报表
图（3）远程抄表报表
图（4）电能统计报表
负荷曲线：定时采集进线回路的电流参量，同时生成趋势曲线（见图（5）），实时了解设备负荷状况，同时为事故追忆提供依据。
图（5）趋势曲线
4系统特点
通讯线接点少，画面显示直观，数据刷新快，及时反应现场设备的运行状况，同时系统操作简单，方便用户使用。
5结束语
目前该系统已经成功投入运行近半年，系统运行安全、稳定，*的方便了用户的使用。随着社会的快速发展，用户对供配电自动化和智能化的要求越来越高，实现配电室的无人职守已经成为未来配电自动化发展的一个方向；ACREL-2000型低压智能配电系统是解决供配电高质量运行的良好配电系统之一，通过系统的运行，可以实现和保障配电系统的可靠、安全、稳定运行，并在此基础上降低设备运行成本，提高配电自动化质量。
参考文献
[1]任致程、周中编著电力电测数字仪表原理与应用指南中国电力出版社2007.4
[2]朱立泉变配电系统的智能管理系统分析智能建筑电气技术2007年第1卷第4期
[3]王振生解析《变配电所计算机监控系统》智能建筑电气技术2006
江苏安科瑞电器制造有限公司江苏江阴214405
摘要：介绍一种基于数字式智能仪表在配电系统改造中的应用，现场层采用智能数显仪表（SCADA）采集配电现场的U、I、P、COS¢、Ep等电参量和开关信号；现场仪表组网通讯并远传至后台监控系统，同时通过智能仪表的输出控制继电器，远程控制断路器的合、分闸操作，达到低压配电系统的自动化综合管理。
关键词：低压智能配电系统Acrel-2000型三遥RS485通讯
0概述
胜利油田物探院配电室于1992年建成投产，已安全运行16年，配电系统分为高、低压两大部分，高压部分有聊城甲线和淄博甲线两条10KV进线，有6台1250KVA有载调压变压器。物探院属于重要电力负荷用户，主要包括网络二楼处理机房机群及其配套用电设备；网络三楼解释机房、局域网服务器及其配套用电设备、局信息中心ERP机房计算机及其配套用电设备；综合楼处理和解释机房用电设备；制冷机组及其配套用电设备以及全院的生产，生活用电。
高、低压一次设备是十四年前安装的，原配电系统采用的是MS-2801数据库定义系统，所用备件多，通讯线接点多，易出故障，操作系统是WindowsNT4.0，应用、维护起来比较繁琐。近几年来随着全院电力负荷的增加和SP2机群的扩容，变压器容量和配电回路开关的容量和数量已不能满足当前用电负荷的需求，并且设备严重老化，断路器分断能力差；另外，供电公司正在进行油田线路升压，原6KV进线已升为10KV，原低压母线和变压器出线开关容量不够，电容补偿柜也已老化，起不到无功补偿的作用。为了保证全院科研、生产的正常运行，我们对低压配电系统进行了一次全面的系统改造。
由于物探院属于一级供电用户，供电系统要求安全、可靠。根据场地设备实现远程监控和集中管理的要求，改造后的配电系统采用了Acrel-2000型低压智能配电系统实现对高低压设备的遥测、遥信、遥控即“三遥”功能。
Acrel-2000型低压智能配电系统，充分利用了现代电子技术、计算机技术、网络技术和现场总线技术的发展，对变配电系统进行分散数据采集和集中监控管理。对配电系统的二次设备进行组网，通过计算机和通讯网络，将分散的配电所的现场设备连接为一个有机的整体，实现电网运行的远程监控和集中管理。
1配电监控系统构成
本系统采用分层分布式计算机网络结构即间隔层、通讯层和站控层如下图所示：
间隔层主要的设备为：多功能网络电力仪表、开关量、模拟量采集模块和智能断路器等。这些装置分别对应相应的一次设备安装在电气柜内，这些装置均采用RS485通讯接口，通过现场MODBUS总线组网通讯，实现数据现场采集。
中间层主要为：通讯服务器，其主要功能为把分散在现场采集装置集中采集，同时远传至站控层，完成现场层和站控层之间的数据交互。
站控层：设有高性能工业计算机、显示器、UPS电源、打印机、报警蜂鸣器等设备。监控系统安装在计算机上，集中采集显示现场设备运行状况，以人机交互的形式显示给用户，同时用户可以通过系统软件发送指令至现场设备，实现远程遥控功能。
以上网络仪表均采用RS485接口和MODBUS-RTU通讯协议，RS485采用屏蔽线传输，一般都采用二根连线，接线简单方便；通讯接口是半双工通信即通信的双方都可以接收、发送数据但是在同一时刻只能发送或接收数据，数据zui高传输速率为10Mbps。RS-485接口是采用平衡驱动器和差分接收器的组合，抗噪声*力增强，总线上允许连接多达32个设备，zui大传输距离为1.2km。
2监控系统的主要功能
1)数据采集与处理
数据采集是配电监控的基础，数据采集主要由底层多功能网络仪表采集完成，实现远程数据的本地实时显示。需要完成采集的信号包括：三相电压U、三相电流I、频率Hz、功率P、功率因数COSφ、电度Ep、远程设备运行状态等数据。
数据处理主要是把按要求采集到的电参量实时准确的显示给用户，达到配电监控的自动化化和智能化要求，同时把采集到的数据存入数据库供用户查询。
2)人机交互
系统提供简单、易用、良好的用户使用界面。采用全中文界面，CAD图形显示低压配电系统电气一次主接线图，显示配电系统设备状态及相应实时运行参数，画面定时轮巡切换；画面实时动态刷新；模拟量显示；开关量显示；连续记录显示等
3)故障报警及事故追忆
在配电系统发生运行故障时，会及时发出声光报警提示用户及时响应故障回路，同时自动记录事件发生的时间地点，以被用户查询，追忆故障原因。
4)数据库建立与查询
主要完成遥测量和遥信量定时采集，并且建立数据库，定期生成报表，以供用户查询打印。
5)用户权限管理
针对不同级别的用户，设置不同的权限组，防止因人为误操作给生产，生活带来的损失，实现配电系统的安全，可靠运行。
6)电能成本管理
自动进行日、月、年的电能统计，可以进行尖、峰、平、谷时段设定，实现具有电能分时计费功能，同时生成日、月、年报表。
7)运行负荷曲线
定时采集进线及重要回路电流负荷参量，自动生成运行负荷趋势曲线的，方便用户及时了解设备的运行负荷状况。
3案例分析
胜利油田物探研究院低压配电系统主要有6台10kv/0.4kv配电变压器，本系统主要负责对低压进线及相应配出回路的实时动态监控。
进线回来采用ACR320EK多功能网络电力仪表，其是针对电力系统、工矿企业、公共设施、智能大厦的电力监控需求而设计的网络电力仪表，它能测量所有常规电力参数，如：三相电压、电流、有功功率、无功功率，功率因数、频率、有功电度、无功电度等多种电参量。并且本仪表带有4路光电隔离开关量输入接点和2路继电器控制输出接点，这些接点可以配合智能断路器实现断路器的遥信、遥控操作。该系列网络电力仪表主要应用于变电站自动化、配电网自动化、小区电力监控、工业自动化、能源管理系统及智能建筑等领域。
重要配出回路采用ACR100K系列网络电力仪表，该仪表主要完成三相电流、三相电压、有功电度的测量以及开关信号的检测和继电器遥控输出。
一般配出回路采用Pz42-AI/KC系列网络仪表，该仪表主要完成三相电流测量、开关信号检测和继电器遥控输出。
图(1)为系统主监控画面，实时显示遥测数值，断路器运行状态信息，运行事件报警，画面快捷切换，系统功能菜单等主要功能。
图（1）主监控画面
①遥测：主要监测运行设备的电参量，其中包括：进线三相电压，电流，功率，功率因数，电能，频率等电参量及配出回路的三相电流；
②遥信：实现显示现场设备的运行状态主要包括：开关的分、合闸运行状态和通讯故障报警；
③遥控：主要实现对智能断路器的远程分/合闸操作，所有操作均要通过严格的权限验证，以防止运行人员误操作。
报表统计功能：主要完成对进线回路的事件记录报表（见图（2））；远程抄表（见图（3））以及用电统计报表统计（见图（4）），支持时间查询及报表打印输出。
图（2）事件记录报表
图（3）远程抄表报表
图（4）电能统计报表
负荷曲线：定时采集进线回路的电流参量，同时生成趋势曲线（见图（5）），实时了解设备负荷状况，同时为事故追忆提供依据。
图（5）趋势曲线
4系统特点
通讯线接点少，画面显示直观，数据刷新快，及时反应现场设备的运行状况，同时系统操作简单，方便用户使用。
5结束语
目前该系统已经成功投入运行近半年，系统运行安全、稳定，*的方便了用户的使用。随着社会的快速发展，用户对供配电自动化和智能化的要求越来越高，实现配电室的无人职守已经成为未来配电自动化发展的一个方向；ACREL-2000型低压智能配电系统是解决供配电高质量运行的良好配电系统之一，通过系统的运行，可以实现和保障配电系统的可靠、安全、稳定运行，并在此基础上降低设备运行成本，提高配电自动化质量。
参考文献
[1]任致程、周中编著电力电测数字仪表原理与应用指南中国电力出版社2007.4
[2]朱立泉变配电系统的智能管理系统分析智能建筑电气技术2007年第1卷第4期
[3]王振生解析《变配电所计算机监控系统》智能建筑电气技术2006