网络电能管理仪表

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

电力监控软件在石油钻具有限公司的应用 安科瑞鲍静君

摘要：本文介绍基于人机界面和三相电子式多功能电能仪表而设计实现的一套分散式采集和集中控制管理的配电自动化监控系统，系统实现了人机界面在配电室中无人管理的功能，省去了值班人员现场操作的繁复性，减少人工操作的误差性，提高了供电质量和管理水平，具有简明实用、投资少等优点。

关键词：人机界面；三相电子式多功能电能仪表；自动化系统；监控

0引言

    随着社会的发展及电力的广泛应用，智能电能管理已成为多数用电量高的企业必然选择，节能、减少人工现场电能统计误差是当前用电迫在眉睫的问题，积极采用的技术和管理手段实现配电自动化系统更是节能行之有效的途径。

    配电自动化系统包括很多部分，其中配电监测是配电自动化系统的一个非常重要的组成部分，主要功能包括：数据采集和监控（SCADA）、导出，配电网运行管理，用户管理，地理信息系统（GIS）等。随着计算机技术，网络技术和通信技术的飞速发展，我国电力行业正朝着信息化程度更高的方向发展，各种的信息技术正逐步应用于配电自动化监测系统当中。

    本文以石油钻具有限公司电能监控系统为例子，提出了利用触摸屏和安科瑞公司三相电子式多功能电能仪表研制了一套适用于高、低压配电的集中监控系统。

    1、项目介绍

    石油钻具有限公司主要生产钻杆接头、加重钻杆接头、特殊钻杆接头等产品，公司拥有中型配电室一个，该项目采用昆仑通态触摸屏MCGS TPC7062KX与安科瑞DTSD1352三相电子式多功能电能表，实现实时数据的监测、控制，主要对整个配电系统可靠性进行全程的智能化监控，数据分析，以及对各回路所用电能进行统计[1]。

    2、用户需求

    石油钻具有限公司为实现配电系统的现代化、统一化、智能化以及规范化的管理，经过前期详细的市场调研和对不同电力系统公司的考察后，最终提出以下需求：

    实时显示:各配电柜回路电压、电流及电能监测信息实时刷新，并在触摸屏实时显示；

    电能管理:完成对各电能仪表的电能集抄功能，并自动生成符合客户管理需求的用电报表，报表能够在触摸屏上实现电能实时查询；

    数据导出:实现各电能仪表电能按照客户要求的时间进行自动、手动导出，导成Excel形式到U盘，供客户对电能统计、打印。

    3、设计方案

    根据可靠性和率配电管理的要求，以及实用性，安全性，实时性，稳定性，可扩展性和易维护性的原则，对石油钻具有限公司的智能配电系统的改造提供如下设计方案。

    3.1参考标准

    DL/T 814-2002       《配电自动化系统功能规范》

    DL/T645-1997        《多功能电能表通信规约》

    GB/50198-2011       《监控系统工程技术规范》

    DL/T721-2000        《配电网自动化系统远方终端》

    GB/T50063-2008      《电力装置的电测量仪表装置设计规范》

    DL/T634-2002        《远动设备和系统传输规约基本远动任务配套标准》

    DL/T645-2007        《规约数据标识》

    GB/T13729-2002      《远程终端通用技术条件》

    3.2网络结构拓扑图

    为满足配电室统一监控的要求，现场所有仪表通过屏蔽双绞线连接至触摸屏，进而实现对现场数据的采集、存储、处理，实时显示以及历史查询，拓扑结构如图1所示。

图1 电力监控系统拓扑结构图

    4、系统功能

    上位机采用触摸屏MCGS TPC7062KX，通过触摸屏进行现场仪表连接、数据库变量配置、界面设计等，完成了在上位机中监控现场电能表用电量的功能[2]。

    4.1 实时显示

    触摸屏采集现场各个电能表A相、B相、C相电流、电压及当前总有功电能数据，并在人机界面实时刷新显示，具体数据如下图2所示。

图2 电能表数据显示界面

    4.2 电能管理

    各个配电柜的电能表可以按照时间段进行历史数据查询，选择时间间隔对系统采集的电能表历史电能数据精确查询，根据客户要求，本系统实现每隔1小时自动存储电能，查询结果在触摸屏存盘数据浏览构建中显示，电能存盘数据如下图3所示。

图3 电能表数据存盘界面

    4.3 数据导出

    本系统能够实现电能表数据自动/手动导出，手动导出数据界面如下图4所示，用户根据需要选定导出数据的时间段（开始时间、结束时间），即可导出电能数据，以Excel形式导出到U盘，同时系统根据触摸屏对电能表数据存盘，自动导出所存盘的数据，导出数据如下图5所示。

图4 电能表数据导出界面

图5 导出数据界面

   5、运行效果

    数据的实时性：项目实施前现场数据主要靠人工抄录，各回路时间不统一，可对性差；项目实施后后台实时采集，可比性强。

    存储管理：项目实施前纸质记录，查询时翻箱倒柜，年久易失，数据日期管理复杂；项目实施后计算机存储，数据可存储几年以上，查询速度快，只需鼠标一点，迅速准确。

整体分析：项目实施前各个时段用电量以及各个回路用电横向和竖向无法对比；项目实施后通过电能存盘数据分析，可了解各个时段的用电情况。

    数据安全：项目实施前分散管理，手工定时备份，对连续数据备份不准确；项目实施后同步集中管理，系统自动即时备份。

    设备管理：项目实施前各个配电柜回路通断电要现场去查看，断电时无报警；项目实施后通过触摸屏清晰展示，回路是否正常产生数据，后台自动记录数据。

    6、结束语

    在电力监控系统中配置网络电力仪表，具有实施简明，投资少等显着优点，可以方便和实时地监控配电系统的运行状态，对现场的用电设备进行统一管理，免去工作人员到现场记录的繁琐工作，减少人员工作量，同时，系统对各种用电设备的历史运行数据进行管理分析，工作人员根据建立的电能计量体系，可以了解、分析配电系统总体能耗，提出降耗计划，采取节能降耗措施，逐步提高用电效率。

参考文献：

[1].周中等编着. 智能电网用户端电力监控与电能管理系统产品选型及解决方案[M]. 北京. 机械工业出版社. 2011.10

[2].昆仑通态触摸屏MCGS初级、中级教程. 2013.4