安科瑞電能管理系統(tǒng)在昆明第十污水處理廠的應用

云南省昆明市第十污水處理廠是亞洲首家大規(guī)模采用膜生物反應器污水處理工藝的環(huán)保項目，每天可處理污水15萬噸，采用全地埋式集中布置，在節(jié)約土地的同時，還可在地上建成園林景觀，這個地下式污水處理廠，位于官渡區(qū)石虎關立交橋，占地約59畝，服務面積59平方公里，服務人口43萬人，總投資7億元，主要處理西起環(huán)城東路-東二環(huán)，東至東三環(huán)，北始穿金路，南止昆石高速區(qū)域的城市污水。

該污水處理廠有6個變配電室，97路0.4KV出線。

1客戶需求

污水處理廠是國內首個大型地下式污水處理廠，在配電室分布在6個地點，對用電管理人員很大的不便，根據(jù)其實際情況提出以下需求：

1）由于該污水處理廠配電室分布于6個地點比較分散，本次設計、集成的主要目的對分散配電的集中管理，通過數(shù)據(jù)轉發(fā)實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。

2）各個分變的電流越限時無法實時被管理人員得知，安全用電存在隱患，系統(tǒng)需能實現(xiàn)聲光告警功能。

3）需實時監(jiān)測主變和直變的實時電流、電壓、功率的波動情況。

4）能夠查看具體某個回路或幾個回路每天的用電量，并可通過報表進行對比。

5）系統(tǒng)數(shù)據(jù)可以通過局域網(wǎng)轉發(fā)至異地SQL Server數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。

根據(jù)用戶需求，需要對第十污水處理廠6個變配電所進行組網(wǎng)并建立電能管理系統(tǒng)（主要是數(shù)據(jù)的實時監(jiān)控），在控制中心值班室內設置監(jiān)控平臺，對97個回路實時監(jiān)測、統(tǒng)計、分析，以保證用電的安全、可靠和高效。

安科瑞電能管理系統(tǒng)，充分利用了現(xiàn)代電子技術、計算機技術、網(wǎng)絡技術和現(xiàn)場總線技術的最新發(fā)展，對變配電系統(tǒng)進行分散數(shù)據(jù)采集和集中監(jiān)控管理。對配電系統(tǒng)的二次設備進行組網(wǎng)，通過計算機和通訊網(wǎng)絡，將分散的配電所的現(xiàn)場設備連接為一個有機的整體，實現(xiàn)電網(wǎng)運行的遠程監(jiān)控、集中管理。

2  系統(tǒng)結構描述

本系統(tǒng)采用分層分布式結構進行設計，即站控管理層、網(wǎng)絡通訊層和現(xiàn)場設備層，項目組網(wǎng)圖如下，現(xiàn)場6網(wǎng)絡個地點的ACR220EL網(wǎng)絡電力儀表經(jīng)RS485現(xiàn)場總線連接至串口服務器，然后通過以太網(wǎng)經(jīng)光纖傳輸至現(xiàn)場監(jiān)控主機，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集，存儲，處理，顯示和上傳如圖（1）所示：

圖（1）電能管理系統(tǒng)網(wǎng)絡拓撲圖

間隔設備層主要為：ACR220EL多功能網(wǎng)絡電力儀表，分別對應相應的一次設備分散安裝在6個配電室的電氣柜內，這些裝置均采用RS485通訊接口，通過現(xiàn)場MODBUS總線組網(wǎng)通訊，實現(xiàn)數(shù)據(jù)現(xiàn)場采集。

網(wǎng)絡通訊層主要為：通訊服務器，其主要功能為把分散在現(xiàn)場采集裝置集中采集，同時遠傳至站控層，完成現(xiàn)場層和站控層之間的數(shù)據(jù)交互。

站控管理層：設有高性能工業(yè)計算機、顯示器、UPS電源、打印機等設備。監(jiān)控系統(tǒng)安裝在計算機上，集中采集顯示現(xiàn)場設備運行狀況，以人機交互的形式顯示給用戶。

建設完成后的多功能網(wǎng)絡電力儀表均采用RS485接口和MODBUS-RTU通訊協(xié)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(fā)送數(shù)據(jù)但是在同一時刻只能發(fā)送或接收數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)最高傳輸速率為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，最大傳輸距離為1.2km。

3  電能管理系統(tǒng)主要功能

3.1  數(shù)據(jù)采集與處理

數(shù)據(jù)采集是電能管理的基礎，數(shù)據(jù)采集主要由底層多功能網(wǎng)絡儀表采集完成，實現(xiàn)遠程數(shù)據(jù)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(shù)COSφ、電度Epi、遠程設備運行狀態(tài)等數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)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，達到電能管理的自動化化和智能化要求，同時把采集到的數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫供用戶查詢。

3.2  歷史事件

歷史事件查看界面主要為用戶查看曾經(jīng)發(fā)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(jù)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(tǒng)的運行情況提供了良好的軟件支持。

3.3  數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)庫，定期生成報表，以供用戶查詢打印。

34  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(chǎn)，生活帶來的損失，實現(xiàn)配電系統(tǒng)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。

3.5  運行負荷曲線

負荷趨勢曲線功能主要負責定時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(tǒng)的運行狀況提供了直觀而方便的軟件支持。

3.6  遠程報表查詢

報表管理程序的主要功能是根據(jù)用戶的需要設計報表樣式，把系統(tǒng)中處理的數(shù)據(jù)經(jīng)過篩選、組合和統(tǒng)計生成用戶需要的報表數(shù)據(jù)。本程序還可以根據(jù)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(xiàn)日、月、年的電能統(tǒng)計，數(shù)據(jù)導出和報表打印等功能。

3.7 數(shù)據(jù)轉發(fā)功能

電能管理系統(tǒng)通過廠內局域網(wǎng)將數(shù)據(jù)轉發(fā)至控制中心的SQL Server數(shù)據(jù)庫中，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享，避免數(shù)據(jù)的重復采集。

4  案例分析

本監(jiān)控系統(tǒng)主要實現(xiàn)云南省昆明市第十污水處理廠6個0.4KV變電所97個回路配電實時監(jiān)測、分析及管理，監(jiān)控范圍如下表2所示：

表1 監(jiān)測點位分布表

安科瑞電氣股份有限公司為其選用ACR220EL的多功能網(wǎng)絡電力儀表。

ACR220EL尺寸及詳細參數(shù)如下圖2所示：

圖2  ACR220EL尺寸

系統(tǒng)監(jiān)控現(xiàn)場所有點的通訊狀態(tài)，紅色綠色分別代表儀表通訊異常和正常，便于用戶查看各監(jiān)測點通訊狀態(tài)，如圖3：

圖（3） 通訊狀態(tài)圖

遙測報警功能，主要完成對直變和主變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）。

圖（4） 越限報警信息

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(shù)據(jù)導出和報表打印等功能。為值班人員提供了精確可靠的電能報表。該報表各回路名稱和數(shù)據(jù)庫關聯(lián)，方便用戶修改回路名稱，用戶可以直接打印報表，并導出為EXCEL格式如圖（5）所示：

圖（5） 電能報表

參數(shù)抄表功能，主要所有回路的電參數(shù)進線查詢。支持任意時刻電參數(shù)查詢，具備數(shù)據(jù)導出和報表打印等功能。電參數(shù)主要包括：三相電壓、三相電流、有功功率、無功功率、頻率和有功電度。如圖（6）所示。

 圖（6） 參數(shù)抄表

    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(tǒng)的運行狀況提供了直觀而方便的軟件支持，見圖（7）。

圖（7）電流趨勢曲線圖

系統(tǒng)可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(chǎn)，生活帶來的損失，實現(xiàn)配電系統(tǒng)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，如圖（8）所示。

圖（8）用戶權限操作示意圖

4  結束語

1）本系統(tǒng)于2013年9月完成現(xiàn)場調試，順利通過用戶驗收并投入運行，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，至今未出現(xiàn)任何故障，得到用戶好評。

2）本項目的成功實施表明：本項目的技術方案是科學的、合理的、可行的。

3）本系統(tǒng)采用對分布式配電的集中監(jiān)控，達到了預期的效果，電能管理軟件運行界面滿足了用戶需求，并有效降低了設計和施工成本。

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