學(xué)校能耗分析系統(tǒng) 水電氣能耗監(jiān)控

摘要：齊魯工業(yè)大學(xué)項(xiàng)目，采用智能電力儀表、采集配電現(xiàn)場(chǎng)的各種電參量和開(kāi)關(guān)信號(hào)。系統(tǒng)采用現(xiàn)場(chǎng)就地組網(wǎng)的方式，組網(wǎng)后通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線通訊并遠(yuǎn)傳至后臺(tái)，通過(guò)Acrel-3000型電能管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)配電所配電回路用電的實(shí)時(shí)監(jiān)控和管理。

關(guān)鍵詞：齊魯工業(yè)大學(xué)；配電所；智能電力儀表；Acrel-3000；電能管理系統(tǒng)
0概述
??齊魯工業(yè)大學(xué)菏澤校區(qū)項(xiàng)目建設(shè)地點(diǎn)在菏澤市北外環(huán)以北、規(guī)劃植物園以東、規(guī)劃牡丹路以西、日東高速以南。規(guī)劃用地總規(guī)模1435畝，其中項(xiàng)目占地面積1204畝，總建筑面積47萬(wàn)平方米，總投資24億元。項(xiàng)目將分兩期完成，一期按在校生6000人，占地568畝建設(shè)；二期達(dá)到15000人規(guī)模，全部工程將在2018年底竣工。
本次項(xiàng)目承接其變配電的電能管理系統(tǒng)，包括1個(gè)35/10kV變電站，4個(gè)10/0.4kV變配電所，監(jiān)控主機(jī)位于35/10kV主站監(jiān)控室內(nèi)。

1需求分析
??為保證教學(xué)管理用電負(fù)荷的統(tǒng)計(jì)分析、對(duì)危險(xiǎn)源實(shí)時(shí)監(jiān)控，需要對(duì)學(xué)校變電所的高低壓配電柜進(jìn)行電壓、電流、功率等參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)在線監(jiān)控，一旦監(jiān)控點(diǎn)被顯示參數(shù)異常，能夠及時(shí)發(fā)出報(bào)警，有關(guān)人員采取必要的措施，避免安全事故的發(fā)生。自動(dòng)抄表功能節(jié)省了人力物力，電流趨勢(shì)曲線功能能夠直觀的顯示各回路的工作狀態(tài)與時(shí)間，方便用戶找出非正常用電回路并且及時(shí)進(jìn)行整改。Acrel-3000電能管理系統(tǒng)具有高安全性與可靠性、易于擴(kuò)展、便于維修與維護(hù)。
數(shù)據(jù)采集
??自動(dòng)采集現(xiàn)場(chǎng)所有電量?jī)x表的模擬量數(shù)據(jù)，自動(dòng)采集現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)關(guān)狀態(tài)以及故障狀態(tài)等開(kāi)關(guān)量數(shù)據(jù)。
??支持實(shí)時(shí)采集、自動(dòng)周期采集（定時(shí)采集）可配置周期（1分鐘～24小時(shí)）。
??支持多線程處理機(jī)制，提高數(shù)據(jù)采集效率，能同時(shí)對(duì)多個(gè)設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。
??數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示采用配電室主接線圖直觀顯示模式，各回路開(kāi)關(guān)斷合以及故障狀態(tài)直觀可見(jiàn)。
數(shù)據(jù)分析與處理
??數(shù)據(jù)的綜合統(tǒng)計(jì)、分析需要實(shí)現(xiàn)以下功能：
??各設(shè)備用電數(shù)據(jù)小時(shí)、日、月、年等時(shí)間段內(nèi)的統(tǒng)計(jì)、計(jì)算。統(tǒng)計(jì)各分站及整體的用電量。
數(shù)據(jù)查詢與展示
??要求能方便實(shí)現(xiàn)客戶端查詢和各級(jí)管理人員的查詢，查詢界面能適應(yīng)各級(jí)管理人員的要求能夠支持靈活的條件組合查詢和對(duì)比分析，各類統(tǒng)計(jì)分析的數(shù)據(jù)可靈活采用報(bào)表等多種圖表方式直觀的展示功能。
??數(shù)據(jù)展示功能按照不同用戶的不同的權(quán)限，分為操作層、管理層、決策層三層用能展示。
權(quán)限管理
??要求對(duì)不同用戶賦予不同角色的權(quán)限，能授權(quán)到功能子菜單、具體檔案記錄、數(shù)據(jù)記錄等。
??系統(tǒng)要求具備合理完善的用戶安全控制機(jī)制，能使應(yīng)用環(huán)境中的信息資源得到有效地保護(hù)，防止信息的丟失、失竊和破壞。
參數(shù)設(shè)置
??可通過(guò)采集柜設(shè)置各回路互感器變比，各種電流電壓保護(hù)整定值。
??故障判斷與報(bào)警具有故障自動(dòng)判斷并采用聲光方式報(bào)警功能。報(bào)警類型包括開(kāi)關(guān)故障，電壓、電流超限，現(xiàn)場(chǎng)采集模塊通訊故障，與監(jiān)控系統(tǒng)通訊故障等。報(bào)警時(shí)間自動(dòng)記入系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)，方便用戶查詢，工作人員可隨時(shí)掌握變配電站實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)變配電運(yùn)行故障并作出相應(yīng)處理，提高變配電的管理效率，提升電力系統(tǒng)安全性、可靠性。

2  系統(tǒng)方案
??Acrel-3000電能管理系統(tǒng)根據(jù)齊魯工業(yè)大學(xué)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，整體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)采用屏蔽雙絞線直接接至配電所的串口服務(wù)器然后直接接至監(jiān)控室的監(jiān)控主機(jī)，保障了配電所電能管理系統(tǒng)傳輸?shù)姆€(wěn)定性與實(shí)時(shí)性。如下圖所示：站控管理層、網(wǎng)絡(luò)通訊層和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層。

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

??現(xiàn)場(chǎng)變配電所共有18只PZ80-E4/CK進(jìn)線電力儀表和494只AMC72L-E4/CK出線電力儀表，共17條RS485總線接至變配電所的4臺(tái)串口服務(wù)器，串口服務(wù)器直接通過(guò)超五類網(wǎng)線或光纖接至監(jiān)控室的監(jiān)控主機(jī)。
1）站控管理層
??站控管理層針對(duì)電能管理系統(tǒng)的管理人員，是人機(jī)交互的直接窗口。在本項(xiàng)目中指置于變配電站內(nèi)監(jiān)控室的工控監(jiān)控主機(jī)。
2）網(wǎng)絡(luò)通訊層
??通訊層主要是由4臺(tái)串口服務(wù)器、以太網(wǎng)設(shè)備及總線網(wǎng)絡(luò)組成。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)各配電室與主站之間的數(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(wú)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，主要由智能電力儀表組成，智能設(shè)備通過(guò)屏蔽雙絞線RS485接口，采用MODBUS通訊協(xié)議總線型接入串口服務(wù)器，經(jīng)通訊服務(wù)器到達(dá)該配電間監(jiān)控主機(jī)進(jìn)行組網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。
智能裝置現(xiàn)場(chǎng)連接示意
現(xiàn)場(chǎng)裝置以手拉手方式通過(guò)屏蔽雙絞線(RVSP2*1.0)進(jìn)行通訊連接，每根總線連接智能裝置數(shù)量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，進(jìn)而將數(shù)據(jù)上傳至監(jiān)控室工控機(jī)。具體連接示意圖如下所示：

通訊線路連接示意圖

??0.4kV進(jìn)線回路采用PZ80-E4/CK多功能智能儀表，出線回路采用AMC72L-E4/CK智能儀表，兩者都是針對(duì)電力系統(tǒng)、公共設(shè)施、智能大廈的電能管理需求而設(shè)計(jì)的網(wǎng)絡(luò)電力儀表，能測(cè)量所有常規(guī)電力參數(shù)，如：三相電壓、電流、有功功率、無(wú)功功率、功率因數(shù)、頻率、有功電度、無(wú)功電度。
所有智能設(shè)備均能通過(guò)總線傳輸滿足與監(jiān)控主機(jī)數(shù)據(jù)交互的要求。

3  系統(tǒng)功能
??配電所實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)圖為主監(jiān)控畫(huà)面，主要實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)配電所所有回路的運(yùn)行狀態(tài)。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(wú)功功率、功率因數(shù)、頻率、有功電度等。如下圖所示：

配電所一次系統(tǒng)圖

??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，具備數(shù)據(jù)導(dǎo)出和報(bào)表打印等功能。該報(bào)表查詢齊魯工業(yè)大學(xué)配電所變壓器進(jìn)出線各低壓回路的電參數(shù)，主要包括：三相電流、有功功率和有功電度。該報(bào)表各回路名稱和數(shù)據(jù)庫(kù)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。為值班人員提供了精確可靠的電能報(bào)表。該報(bào)表各回路名稱和數(shù)據(jù)庫(kù)關(guān)聯(lián)，方便用戶修改回路名稱。如下圖所示，顯示配電回路的精確用電量，用戶可以直接打印報(bào)表，也可以另存到其他位置以供其他用途。 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，綠色表示通訊異常。下圖為變配電站通訊狀態(tài)示意圖。

 通訊結(jié)構(gòu)示意圖
 

??趨勢(shì)曲線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(huà)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)行趨勢(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

4  結(jié)束語(yǔ)
??在當(dāng)今配電設(shè)施的應(yīng)用中，公建高校建筑群項(xiàng)目的配電安全性至關(guān)重要，本文介紹的Acrel-3000電能管理系統(tǒng)在齊魯工業(yè)大學(xué)的應(yīng)用，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)配電所供配電回路用電的實(shí)時(shí)監(jiān)控，不僅能顯示回路用電狀況，還具有網(wǎng)絡(luò)通訊功能，可以與串口服務(wù)器、計(jì)算機(jī)等組成提供電能管理功能，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)采集數(shù)據(jù)的分析、處理，實(shí)時(shí)顯示配電所內(nèi)各配電回路的運(yùn)行狀態(tài)，并生成各種電能報(bào)表、分析曲線、圖形等，便于電能的遠(yuǎn)程抄表以及分析、研究，該系統(tǒng)運(yùn)行安全、可靠、穩(wěn)定，為高校用電的分析和監(jiān)控提供了真實(shí)可靠的依據(jù)。