能耗管理平台

Acrel-2000电力监控系统技术规范书 安科瑞鲍静君

　　1. 项目概况

　　华瑞(江苏)燃机服务有限公司变配电所装机容量为3600KVA。现场分为中心变电所和分变电所，其中中心变电所装机容量为1600KVA，分变电所装机容量为2000KVA。中心变电所采用一路10KV电源接入，主接线为单电源，一台变压器，高低压均为单母线系统。

　　2. 设计依据

　　2.1. 用户需求

　　系统应通过多功能的电力监控装置、通讯网络和计算机软件，实现变电所供配电系统在运行过程中的数据采集、运行监视、事故记录和分析、三相不平衡监视、继电保护等，完成企业的安全供电、用电管理、设备管理和运行管理。系统由站控管理层、网络通讯层和现场设备层构成。

　　系统功能需求：

　　1) 数据采集及处理：通过间隔层单元实时采集现场各种电力参数、开关量及温度量、电度抄表等;

　　2) 画面显示：全部设备的位置状态、变位信息、保护设备动作及复归信息、直流系统及所用变系统的信息、各测量值的实时数据、各种告警信息、计算机监控系统的状态信息;

　　3) 记录功能：具有对各种历史数据的记忆功能，以供随时查询、回顾、打印。

　　4) 报警处理：用户可以按照自己的意愿分类、筛选报警，并将报警归纳于不同的报警窗口中，根据不同的报警级别进行报警;

　　5) 应具有完善的用户管理功能，避免越权操作;

　　6) 历史曲线显示：可显示存于历史数据库中的任意模拟量、电度量以及母线电压任意时间的历史波形图;

　　7) 报表打印功能：可召唤打印、定时打印各种历史数据，运行参数，事故报告统计，电度量统计报表，主接线图，负荷曲线。

　　2.2. 设计标准

　　本技术规范书提供的设备应满足以下规定、法规和行业标准：

　　ISO/IEC11801《综合布线标准》

　　GB/50198《监控系统工程技术规范》

　　GB50052-2009《供配电系统设计规范》

　　GB50054-2011《低压配电设计规范》

　　IEC 61587《电子设备机械结构系列》

　　DL/T5103《35-110 KV无人值班变电所设计规程》

　　GB50059《35-110 KV变电所设计技术规程》

　　NDG889《火力发电厂、变电所二次接线设计技术规定》

　　GB50229-2006《火力发电厂与变电所设计防火条件》

　　IEC2554《绝缘电压、冲击耐压测试》

　　IEC2554《高频干扰电压测试》

　　IEC255424《静电放电试验》

　　IEC255-224《快速瞬变干扰试验》

　　GB6162《静态继电器和保护装置的电气干扰试验》

　　DL/T587-2007《微机继电保护装置运行管理规程》

　　GB14285-2006《继电保护和安全自动装置技术规程》

　　GB/T15145《微机线路保护装置通用技术条件》

　　GB/3047.1《面板、架和柜的基本尺寸系列》

　　SD286-88《线路继电保护产品动模试验技术条件》

　　GB/T1514594《微机线路保护装置通用技术条件》

　　GB/T14598.9《辐射电磁场干扰试验》

　　GB/T14598.10《快速瞬变干扰试验》

　　GB 6126 《静态继电器及保护装置的电气干扰试验》

　　GB 7261 《继电器和继电保护装置基本试验方法》

　　GB 14285-2006 《继电保护和安全自动装置技术规程》

　　GB/T15145-2008《输电线路保护装置通用技术条件》

　　GB/T17626.2-2006 《电磁兼容试验和测量技术静电放电抗扰度试验》

　　GB/T17626.3 《射频电磁场辐射抗扰度试验》

　　GB/T17626.4 《电快速瞬变脉冲群抗扰度试验》

　　GB/T17626.5 《浪涌(冲击)抗扰度试验》

　　GB/T17626.6 《射频场感应的传导骚扰抗扰度》

　　GB/T17626.8 《工频磁场的抗扰度试验》

　　GB/T17626.9 《脉冲磁场的抗扰度试验》

　　GB/T17626.10《阻尼振荡磁场的抗扰度试验》

　　GB/T17626.11《电压暂降、短时中断和电压变化抗扰度试验》

　　GB/T17626.12《振荡波抗扰度试验》

　　DL/T720-2000 《电力系统继电保护柜、屏通用技术条件》

　　2.3. 设计范围

　　根据客户需求及项目实际情况，本项目智能化设计一套Acrel-2000电力监控系统。该项目现场设备层仪器仪表的具体分布情况如下：

　　分变电所：PZ96L-E4/C 3台 AM5-T 1台 ACR220ELH/K 1台 PZ80L-E4/KC 12台;

　　中心变电所:：PZ96L-E4/C 6台 AM5-T 1台 AM5-F 2台 ACR220ELH/K 2台 PZ80L-E4/KC 26台。

　　3. 系统集成设备清单

　　见附件三：《系统集成设备清单》

　　4. Acrel-2000电力监控系统运行环境及基本要求

　　4.1. 电力监控系统硬件正常工作条件

　　为使Acrel-2000电力监控系统正常工作，安装系统软件的主机需满足如下硬件条件：

　　CPU：Pentum(R)4 CPU 2.0GHz以上;

　　内存：512MB以上;

　　硬盘：120G以上;

　　显示器：VGA、SVGA以及支持桌面操作系统的图形适配器，显示256色以上;

　　并行口或USB接口：用于安装产品授权加密狗。

　　4.2. 软件运行环境条件

　　Acrel-2000电力监控系统软件主要运行在微软的Windows操作系统平台上，兼容Windows Xp Professional 32位(简体中文)、Windows Server 2003 Standard Edition 32位(简体中文)、Windows Server 2008 Enterprise Edition 32位(简体中文)、Windows 7 Ultimate 32位(简体中文)。

　　软件通过硬件加密锁进行授权，经过授权的软件可以长时间不间断运行，而没有经过授权的软件数据库点仅能使用32点，且连续在线运行时间限制为1小时。

　　4.3. 电力监控系统机房要求

　　本监控系统所处的系统机房的防雷和接地设计，应满足人身安全及电子信息系统正常运行的要求，并应符合现行国家标准《建筑物防雷设计规范》GB 50057和《建筑物电子信息系统防雷技术规范》GB 50343的有关规定。监控计算机及通讯采集装置所处环境应满足以下要求：

　　海拔高度：≤2000m;

　　环境温度：5℃～+45℃;

　　最大日温差：25K;

　　最大相对湿度：95%(日平均);90%(月平均);

　　5. 系统功能

　　1. 配电监测

　　安科瑞Acrel-2000电力监控系统具备友好的人机界面，能够以配电一次干线图的形式直观显示配电线路的分布情况，同时将实时采集的各回路的电参量信息，以及配电回路开关的分合闸状态，接地刀闸状态及相关故障、告警信号，实时显示在系统界面中。

　　功能要求：高压回路的一次图界面应显示回路名称、三相电流、三相线电压、总有功功率、总无功功率、总功率因数、频率和开关量光字牌。10kV配电系统中所需要监测的开关量为：断路器分合闸信号、手车工作/试验位置信号、远方/就地切换位置信号、弹簧储能位信号、接地刀信号、超高温跳闸信号、高温报警信号、事故信号和预告报警信号;低压进线回路电参量界面显示：回路名称、开关状态、三相电流、三相电压、总有功功率、总无功功率、总功率因数、频率和正向有功电能累计值。低压出线回路界面显示：回路名称、开关状态、三相(单相)电流。每个回路旁设置详细参数按钮，通过点击可查看该回路详细电参量，包括三相电流、三相电压、总有功功率、分相有功功率、总无功功率、分相无功功率、总功率因数、分相功率因数、频率、正向有功电能反向有功电能、感性无功电能、容性无功电能。

　　2. 高压光字牌

　　安科瑞Acrel-2000电力监控系统具有高压回路光字牌显示功能。该功能可以实时显示现场断路器、接地刀、断路器小车的位置及相关故障、告警信号等状态，从而方便配电维护人员及时掌握配电系统的工作状态。

　　功能要求：高压光字牌所监测显示的开关量应包括：断路器分合闸信号、手车工作/试验位置信号、弹簧储能位信号、接地刀信号、超高温跳闸信号、高温报警信号、事故信号和预告报警信号。

　　3. 电能报表

　　安科瑞Acrel-2000电力监控系统以丰富的数据报表体现计量体系的完整性。系统具备各回路定时抄表汇总统计功能，用户可以自由查询自系统正常运行以来任意时间段内各配电节点的用电情况，即该节点进线用电量与各分支回路消耗电量的统计分析报表。该功能使得用电可视透明，并在用电误差偏大时可追溯，维护计量体系的正确性。

　　功能要求：具有起始时间和结束时间的时间选择框，选定想要查询的时间段后，通过点击查询按钮可查询出系统项目范围内所有配电回路的用电量。可通过导出按钮将报表以Excel形式导出保存，通过打印按钮进行报表打印。

　　4. 负荷曲线

　　安科瑞Acrel-2000电力监控系统对配电系统总进线回路(或重要负荷的出线)设计了负荷趋势曲线。便于配电维护人员及时掌握用电需求与供电系统负荷占比，确保供电可靠性，为用户单位的用能权益提供保障。借助该功能，还可分析用能需量的增长趋势，适时调整需量申报，减少因需量偏差过大造成的多余缴费。

　　功能要求：该界面包括两个曲线图形，上部分曲线图形显示分相电流趋势图，下部分曲线图形显示总有功功率趋势图。曲线的时间跨度为7天，初始进入该界面时曲线图形应为实时曲线。当设定好曲线的起始时间，点击界面中的刷新曲线按钮时，此时曲线应自动切换为历史曲线，显示的为自曲线的起始时间至7天后的趋势曲线。电流曲线的纵坐标刻度最大值应为配电回路额定电流的1.2倍，负荷功率曲线的纵坐标刻度最大值应为配电回路额定功率的1.2倍。

　　5. 电参量报表

　　安科瑞Acrel-2000电力监控系统具有对实时电力参数和历史电力参数的存储和管理功能，所有实时采集的数据、顺序事件记录等均可保存到实时数据库。在监控画面中能够自定义需要查询的参数、查询的时间段或选择查询最近更新的记录数等，并通过报表方式显示出来。该功能方便用户进行事故追溯查询。

　　功能要求：可通过在抄表时间选择框中设定好抄表时间，点击抄表按钮，在查询表格中显示查询到的配电回路电参量信息应包括：回路名称、三相电流、三相电压、总有功功率、分相有功功率、总无功功率、总功率因数、频率、正向有功电能。电参量报表要支持Excel表格导出保存和表格打印功能。

　　6. 遥信实时报警

　　安科瑞Acrel-2000电力监控系统具备遥信报警配置功能，系统能够对配电回路断路器的分合闸动作进行实时监测并报警。系统报警时能够进行信息语音提示，自动弹出报警画面。

　　功能要求：系统应采集断路器分合闸信号，当发生断路器分合闸事件时，系统弹出遥信实时报警窗口。报警列表中应包含如下信息：报警时间、报警回路名称、报警点名称、报警内容、报警类型。

　　7. 遥测实时报警

　　安科瑞Acrel-2000电力监控系统具备遥测报警配置功能，报警类型包括电压越限、电流越限、频率越限、功率因数越限、断路器分合闸。系统报警时能够进行信息语音提示，自动弹出报警画面。

　　功能要求：应设置进线回路电参量遥测报警限值，电压的报警限值设定为±5%;频率为±0.5%;(相)电压谐波的报警限值设定为10kV配电系统4.0%，0.4kV配电系统5.0%;电流的报警上限值设定为额定值的85%;功率因数的报警下限值设定为0.9。当遥测电参量发生越限事件时，系统应弹出遥测实时报警窗口。报警列表中应包含如下信息：报警时间、报警回路名称、报警点名称、报警内容、报警类型、报警值、报警限值。

　　8. 遥信、遥测历史报警查询

　　安科瑞Acrel-2000电力监控系统能够对遥信、遥测报警数据进行存储，方便用户对系统报警事件进行追溯查询。

　　功能要求：可通过查询按钮选择查询时间，返回的遥信报警查询列表中应包含如下信息：报警时间、报警回路名称、报警点名称、报警内容、报警类型。遥测报警查询列表中应包含如下信息：报警时间、报警回路名称、报警点名称、报警内容、报警类型、报警值、报警限值。

　　9. 电能质量监测(该功能需要选配带谐波监测功能的电力仪表)

　　安科瑞Acrel-2000电力监控系统可以对整个配电系统范围内的电能质量和电能可靠性状况进行持续性的监测。例如配电系统维护人员可以通过谐波分析界面掌握配电系统的谐波含量，及时采取相应的措施提高配电系统的可靠性，减少因谐波造成的供电事故的发生。

　　功能要求：能够以列表方式和柱状图方式显示三相电压、三相电流的2-31次谐波含量百分比及总谐波含量的百分比。谐波柱状图可以进行原始量程、10倍量程、20倍量程、50倍量程、100倍量程、最适量程的选择切换。

　　10. 用户权限管理

　　安科瑞Acrel-2000电力监控系统为保障系统安全稳定运行，设置了用户权限管理功能。通过用户权限管理能够防止未经授权的操作(如配电回路名称修改等)。可以定义不同级别用户的登录名、密码及操作权限，为系统运行维护管理提供可靠的安全保障。

　　功能要求：将用户的级别分为操作工、班长、工程师、系统管理员这四个等级，每个等级可以单独赋给不同的操作权限，包括进入运行、退出运行、遥控操作、报表管理。系统管理员为最高等级用户，高一级的用户可以添加、删除下一级别的用户。

　　11. 通讯状态图

　　安科瑞Acrel-2000电力监控系统可以实时显示接入系统的各设备的通讯状态，能够完整的显示整个系统网络结构，可在线诊断系统网络通讯状态，发生网络故障时能自动在屏幕上显示故障单元和故障部位。从而方便系统维护人员实时掌握现场各设备的通讯状态，对出现异常的设备及时维护，保证系统的稳定运行。

　　功能要求：具备完整的系统通讯示意图，把系统拓扑结构和实时通讯状态显示出来。使用红色色块表示该回路通讯正常，绿色色块表示该回路通讯中断。在系统主机和通讯采集器旁标明该设备采用的IP地址，在各被监测设备旁标注上设备地址和设备回路编号。

　　12. 登陆界面

　　安科瑞Acrel-2000电力监控系统可以根据用户要求定制个性化的系统登录界面，登录界面所用的图片、Logo等需要用户提供。

　　13. 统计报表

　　安科瑞Acrel-2000电力监控系统为用户提供了综合的电能和需量统计报表功能，包含不同馈线的峰平谷用电量统计与记录，从而为用电的合理管理提供了数据依据(需要选用带复费率和最大需量功能的电力仪表)。同时可对各回路进行日、月报表的统计，减少配电系统维护人员的电能统计的工作时间，提高工作效率

安科瑞能耗管理系统在某校园的应用  安科瑞鲍静君

0 引言

    虽然我国已经出现一批在创建节约型校园方面率先的高等学校，但是2015年版中国建筑节能年度发展报告显示，我国各类高等学校平均单位建筑耗电量达43kWh/m2，根据报告数据，80%以上高等学校没有装设校园能耗监测系统，学校建筑能耗情况缺乏有效的管理，能源消耗情况混乱。

    为了推动全社会节约能源，提高能源利用效率，保护和改善环境，加快建设节约型社会，促进经济社会协调可持续发展，国家发改委、住建部、工信部以及各地方政府相关部门相继制定了针对行业能源消耗统计和节能工作的指导性文件，如《国家机关办公建筑和大型公共建筑能耗检测系统技术导则》、《关于做好工业电力需求侧管理工作的指导意见》等。安科瑞以自身产品为依托，结合行业标准和规范，提供了企业内部Acrel3000电能集抄管理系统、Acrel3100预付费售电管理系统、Acrel5000能耗监测管理系统等一系列针对智能电网电力需求侧完善的电能管理系统解决方案，为用户梳理用能走向，构建能源计量体系。

1 校园能耗管理系统介绍

1.1电能能耗管理的概念

    校园建筑的主要能耗是电力，但是目前供电部门只在校园各建筑高压10kV 侧安装了两块用于收费的电能数据表，师生只了解每栋建筑分月电耗情况，对于各建筑电耗浪费在哪里、哪里有节能潜力却无从知晓。这种情况下，安装校园电能分项计量系统是十分有必要的。

    电能分项计量是指将建筑内各终端电耗设备按用电属性进行分类，并进行数据采集和分析整理的技术。从用能特点和性质上分，校园建筑的分项能耗通常包括空调系统能耗、照明能耗、插座或办公设备能耗、电梯能耗、信息中心或厨房等特殊功能区域能耗(图1) 。分项计量技术不仅可以实时采集建筑能耗数据，还可通过详细的分项计量，分析诊断各终端电耗设备运行状况挖掘建筑节能潜力。本文以某校园为例，浅析Acrel5000能耗管理系统在校园中的应用。

图 1  校园建筑电能分项计量结构图

1. 2 现场装表方案

    根据原建筑的配电系统图纸分析和现场调研结果，了解了该校园各配电支路末端实际负载情况，结合电表安装规则，综合确定电能分项计量的装表方案。数据采集网关安装在低压配电室内，并配置标准导轨挂装在配电房中，方便线路汇总接入校园网[1] 。实验楼电能分项计量系统现场施工主要设备含：三相电表( 安科瑞 DTSD1352)，单相电表(安科瑞 DDSD1352)，电流型互感器(安科瑞 AKH-0.66) , 网关箱(1000*800*80), 四端口网络模块。

    分项计量电表通过RS485 串行通讯端口接入到数据采集网关。每个数据采集网关提供多个半双工RS485 端口，每个端口与一个分项计量电表连接，采用主-从方式进行通讯。

1. 3 Acrel5000能耗系统方案设计

    Acrel5000能耗统由现场数据采集系统、远程传输网络、电能监测中心 3 部分组成。其中，现场数据采集系统由末端电能计量装置和数据采集网关组成，构成建筑内部的监测传输网络；远程传输网络是指实现建筑现场计量装置与远程电能监测中心的数据通信网络；电能监测中心由数据库服务器、web 服务器等组成，完成能耗数据的动态监测及分析处理工作。

图2 能耗管理系统图

2 能耗管理系统具体环节介绍

2.1 电能数据计量设备

    针对集中安装的应用场合，客户不便于靠近仪表插卡充值，设计开发了终端充值预付费售电管理系统。系统由主站软件、读卡器、充值终端及DDSY1352-NK、DTSY1352-NK内控型预付费电能表组成。充值终端接收卡内信息并将其通过485通信下发给仪表完成对仪表的充值。相当于将插卡式预付费电能表的读卡部分转移到集中安装的电井外面方便客户查询充值。本系统适用于电能表集中安装对业主不开放、需要自助查询；电能数据计量设备一般由带有数字输出接口的远程传输型单相DDSD1352或三相电能表DTSD1352组成。该电表必须满足DL/645 规约和RS485串行通信接口。为满足对数据采集实时性的要求，每个计量电表都单独使用一个串行端口， 即计量电表接入现场数据采集网关。

2.2 数据采集网关硬件设计

    数据采集网关可以将采集数据处理转化为能够在以太网上传递的数据帧，再通过有线或者无线蜂窝移动网，将采集的电量经校园网或移动网的分组数据域( GPRS)传递到远端的数据采集服务器。

 3 系统软件设计

    远程预付费管理系统

    1.Acrel3100预付费售电管理系统由系统软件-通信管理机-预付费电能表组成，通过通信网络完成系统到表的充值、查询、监控及遥控等功能，切可选配短信提醒服务。远程充值可在售电方直接实现从后台到仪表的充值，用户无需重返仪表前插卡才能完成充值，充值方便快捷。

    该功能主要是按操作员来查询售电记录，如下图所示。选择起止日期、填写需要查询的仪表编号、用户号、用户名字和户号，点击查询按钮即可查询到相应的记录。且该功能也支持导出打印操作。

    报表中心提供了多个时间单位的各种统计数据，并能查询、导出打印统计出的报表。数据中心主要分为实时报警记录报表、日销售报表、月销售报表以及年销售报表。

4系统功能

4.1Acrel 5000能耗管理平台各子系统模块

    Acrel 5000能耗管理平台将企业用能按电力供应，设备用电的供配电线路进行梳理，进行电能集抄，并结合配电领域的性对用电过程中诸如电能质量、故障管理、用电安全、负荷管理进行可视化设计，形成符合企业用能特点的定制化辅助工具。

4. 2区域用能管理

    高校用能按区域划分，灵活配置计量表具，系统可统计出日、周、月、年报表，并分析用能趋势，Acrel 500能耗管理系统便于校方实时直观掌握各区域电能消耗情况。

4.3部门用能管理

    高校可建立部门用能定额，将部门实际用能与计划值进行比较，系统可反映出建筑物当日与昨日同期、当月与上月同期、当年与上年同期等各类同环比分析对比情况。

4.4支路用能管理

    能耗管理系统可以对建筑物各支路用能进行远程集抄，并可查询仪表的各类参数（电压、电流等），并以图形方式显示；系统使用者可通过相关界面调取各节点的电能统计报表，减少用能的“跑、冒、滴、漏”和计量误差。

5实验楼节能效果评估

    由图5知该实验楼夏日最大电耗设备为楼内各分散空调。且由用电能耗曲线图可知，晚 6 时下班后，部分分散空调由于人员疏忽继续运行。负载较大的电梯白天空载较多。由于人员用能习惯不当和部分设备运行方式欠佳造成该实验楼存在较大节能空间。由此，提醒该楼人员转变不良用电习惯可达到一定节能效果。

    按照设计方案，在该实验楼低压配电室安装电能分项计量系统，完善上位机界面后，能实现用能实时监测、历史查询、统计分析、综合管理等功能，从监测数据中纠正用能习惯缺陷，寻找能耗漏洞，掌握实时能耗分配情况，提高师生节能意识并促进行为节能。

6结束语

    本文提出并设计了校园某实验楼用电分项计量系统的方案, 该方案能实现对实验楼用电量分项定时采集和监测. 通过实验楼用电能耗数据采集与实施监测的模拟实验, 系统性能符合基本需求. 为进一步搭建校园电能分项计量系统的标准化通用型平台奠定了基础.

参 考 文 献

【1】陈思嘉, 李果, 张广明. 某高校图书馆能耗分项计量设计[ J] . 现代电力电子技术, 2010( 3) : 314.

【2】 王鑫. 大型公共建筑用电分项计量系统研究与进展( 2)[ J] . 暖通空调, 2010( 8) : 40.

【3】金星, 果勇, 王盛慧. L abSO L 数据库访问工具包的设计与实现[ J ] . 长春工业大学学报( 自然科学报) . 2010( 6) : 31