北京安科瑞能源管理有限公司

0 概述

    飞利浦电子技术（上海）有限公司系飞利浦电子中国有限公司投资，于2003年12月成立的外商投资企业。主要从事高性能照明灯的研发，生产，销售服务。飞利浦电子技术（上海）有限公司电能管理系统针对高、低压配电监测改造设计，通过Acrel-3000电能管理系统，为用户提供一套先进、实用的用电管理、分析工具。系统在线监测整个企业生产能耗动态过程，收集生产过程中大量分散的用电及能耗数据，提供实时及历史数据分析、对比功能，以发现能源消耗过程和结构中存在的问题，通过优化运行方式和用能结构以及建立企业能耗评估、管理体系，实现合理用电、节约用电，提高企业能源效率水平。

1、需求分析

改造需求

飞利浦电子技术（上海）有限公司“WDJ电力需求侧电脑管理系统”安装于2002年，至今已连续使用了11年，系统原制造商是上海天龙电子有限公司。该系统服务器等关键设备已严重老化，原安装软件已经淘汰且无法修复。该系统已无法满足企业电力能源管理的需求。在此情况下，需进行“WDJ电力需求侧电脑管理系统”的升级改造。

    飞利浦电子技术（上海）有限公司变电房内有两路10kV高压进线。一路为常用回路，容量为6400kVA，设置有1600kVA变压器4台及若干高压柜和低压柜；另一路为备用回路，容量为630kVA,设置630kVA备用变压器1台和若干高压柜和低压柜。

1.现状：配电方式为4路10kV电源配出，经变压器降压分77条线路（含后续改造加装）配送至厂区各用电单位。原系统采用集散式集成原理，即在各配电回路设置带脉冲输出的电能表，再设置集中采集各电能表脉冲信号的采集装置，采集装置通过RS485信号线将信息传输至监控主机，如下图：

2.目前原系统使用过程中暴露出的主要如下问题：

  1) 数据传输时断时续，这是因为脉冲传输线路会受到现场电磁干扰、老化、松动的影响；

  2）电能数据与现场仪表显示数据不匹配，这是因为原电能表采用脉冲输出与采集，当线路出现问题时，电表的脉冲输出仍然保持，该脉冲信号无法传送至监测主机，且后续无法补回；

  3）当数据出现问题时无法及时排除故障，这与系统的架构有关，因脉冲信号需点对点的传输，现场有80多个回路，即脉冲信号采集装置需连接80余条线路，当现场出现故障时，因线路较为庞杂难以排查；

  4）配电监测系统主要是通过计算机辅助对现场回传的电参量信息进行处理与展示，构建配电系统的计量体系。这就要求现场仪表的计量精度高、信号采集与传输可靠、后台处理符合实际需求，并且在系统出现故障时能够及时排除，避免影响系统的持续运行。而系统的稳定性和可靠性直接影响系统后续数据处理的有效性。原系统采用技术在当时来讲较为常用，但该技术下的系统稳定性受到诸如数据信号传输受电能表计输出稳定性、线路传输稳定性、采集装置的可靠性等多方面因素制约，随着现场总线技术的普及，该技术在配电信息系统集成领域已很少使用。

5）当前公司用电量较大，现场配电柜及仪表安装对人工抄表带来极大不便，原系统也已无法满足运维要求，而建立覆盖厂区的电能计量体系十分必要。同时，设立电力监测系统可对现场运行情况进行实时监测，便于运行过程中的故障排除，对贵司运维人员保障配电稳定运行提供便捷。

软件功能需求

   1. 曲线图：提供83个表的每个日曲线图（精度可以保证为每分钟之内有2个数据）和周曲线图（精度可以保证每分钟内有1个数据点）；曲线图可以根据要求手动选择时间范围内进行查看及打印。

  2.报表功能：

 （1）常用回路10kV总进线的每月申请MD值、实际MD值、MD值发生的日期及时间、每月申请MD值和实际MD值趋势曲线比较图；每月申请MD值可以仅限于由使用方管理用户手动输入到系统中并最终在报表和趋势图里体现。

 （2）常用回路10KV总进线和4个变压器的总回路的每日在峰、平1、平2、谷各个时段里的每日及每月的有功功率最大值以及发生日期和时间、每日和每月在各个试点段内的有功功率最大值趋势曲线比较图（每个变压器及常用回路总限额值可以仅限于由使用方管理用户手动输入到系统中并最终在趋势图里体现）。

 （3）越限报警功能：4个常用变压器回路的有功功率、变压器温度、电压（90%~110%）越限报警；并且限额值可以仅限由使用方管理用户设定。

 （4）通讯及系统故障报警：系统通讯出现故障须有报警及记录功能。

 （5）整点电力参数抄表：每个回路的整点有功功率值、无功功率值、用电量（KWH）、功率因素、每相电流及电压值。

 （6）初始界面采用系统图，界面可以实时显示每个回路的有功功率值和三相电流。

 （7）其他的一般监控软件通用要求。

  3.系统用户及操作权限：设置管理员和操作员2个用户及设置不同的权限，管理员可以设施报警越线值及申请的MD值、每个变压器最高符合允许值及常用回路总负荷最高值；操作员仅有查看打印权限。

  4.系统历史操作记录：包括各个用户的登录记录、操作记录。

  5.系统故障报警：报警须有记录。?

2、改造方案

  1.高压部分为在原柜体基础上拆掉C相指针式电流表，安装ACR330ELH/C多功能电力仪表，原盘式机械电能拆除后二次线可直接引用。

  2.低压部分为将原柜体内安装的盘式机械电能表拆除，加装DTSD1352/FC导轨式电能表，其中72个回路沿用原互感器和二次线，其他回路加装电流互感器。

  3.在低压变电所墙壁安装一面通讯采集箱。

  4.变压器室安装一台温度巡检仪ARTMU-M16，用于接收5台变压器温度传感器信号，温度巡检仪通过RS485总线连接至通讯采集箱。

  5.高压6只ACR330ELH/C通过RS485总线连接至通讯采集箱，低压77只表分4根总线连接至通讯采集箱；数据采集箱上行光纤连接至值班室。

3、系统方案

    安科瑞Acrel-3000电能管理系统根据飞利浦电子技术（上海）有限公司现场实际情况，对变配电室进行改造，组网方式采用现场设备层、网络通讯层、站控管理层三层分布式结构：现场安装测量、计量表计，网络通讯层设备安装于低压配电室通讯采集箱内，通过光纤引至值班室站控管理层。如下图所示：

 系统拓扑图

  1）站控管理层

    站控管理层针对电力监控系统的管理人员，负责完成对整个工程电能管理系统仪表设备的数据采集、处理、显示和监视功能，还为运行人员提供各种控制管理功能，并提供多种外部系统接入接口。监控计算机是监控系统的主要人机界面，用于图形及报表显示、电能统计分析、事件记录及报警状态显示和查询，设备状态和参数的查询等。

  2）网络通讯层

    通讯层主要是由Nport5610-8、以太网设备及总线网络组成。Nport5610-8串口服务器主要功能是监测现场智能仪表；以太网设备及总线网络的主要功能是实现分站与主站之间的数据交互，使配电系统管理集中化、信息化、智能化，极大提高了配电系统的安全性、可靠性和稳定性，真正达到了无人值守的目的。

  3）现场设备层

    现场设备层是数据采集终端，主要由智能仪表组成，智能仪表通过屏蔽双绞线RS485接口，采用MODBUS通讯协议总线型连接接入通讯服务器，经通讯服务器到达值班室监控主机进行组网，实现远程控制。

智能仪表现场连接示意

    现场仪表以手拉手方式通过屏蔽双绞线(RVSP2*1.0)进行通讯连接，每根总线连接智能仪表数量在20只左右，不同种类的智能装置连接在不同的总线上，然后将数据上传至串口服务器Nport5610-8，进而将数据上传至监控终端。具体连接示意图如下所示：

    高压回路采用ACR330ELH多功能液晶显示仪表，低压回路采用DTSD1352/FC导轨计量表，能够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。

4、系统功能

    配电监测：主要实时监测变电所所有回路的运行状态，红色代表合闸，绿色代表分闸。在系统图中可以直观的看到每路进线和出线的运行参数和状态，可以看到变压器出线侧的所有常规电力参数，如：三相电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数、频率、有功电度等。如下图所示：

配电一次系统图

    谐波分析：通过报表实时显示高压6个回路2~31次分次谐波及总谐波数据，并以棒图形式直观显示，如下图所示：

谐波分析

    遥信和遥测报警功能，主要完成对回路的开关运行状态和负载进线监控，对开关变位和负载越限弹出报警界面指示具体的报警位置并声音报警，提醒值班人员及时处理。负载越限值在相应权限下可自由设置。具备历史查询功能，如下图所示：

遥测遥信报警

    事件告警记录功能，主要完成对查询时间段内出现的报警信息事件记录以及发生时间，为值班人员提供依据并且分析事故发生的原因，如下图所示：

事件记录

    参数抄表功能，主要对低压各出线回路的电参数进线查询。支持任意时刻电参数查询，主要包括：三相电流、有功功率和有功电度。具备数据导出和报表打印等功能。该报表各回路名称和数据库关联，方便用户修改回路名称。如下图所示

 电参数抄表

    用电量报表功能，可选择时间段进行查询，支持任意时间段电度累计查询，具备数据导出和报表打印等功能。为值班人员提供了精确可靠的电能报表。该报表各回路名称和数据库关联，方便用户修改回路名称。如下图所示：

电能报表

    系统通讯结构示意图，主要显示系统的组网结构，系统采用分层分布式结构，同时监测间隔层设备的通信状态。红色表示通讯正常，绿色表示通讯故障。下图为变电所通讯状态示意图。

通讯结构示意图

    负荷趋势曲线界面中可直观的查看回路的负荷运行情况。查看实时和历史趋势曲线，点击画面相应按钮或菜单项可以完成相应功能的切换；帮助用户进线趋势分析和故障追忆，具备曲线打印功能。为分析整个系统的运行状况提供了直观而方便的软件支持。如下图所示：

趋势曲线图

     MD查询：通过报表查询当前及历史实际MD值及申请MD值，申请MD值可由用户设置。该报表可实现实际MD值与申请MD值对比分析功能，为企业用电负荷管理提供依据，如下图所示：

MD报表

    MD曲线：显示高压回路MD值曲线，可查询当前或历史MD值曲线。红色曲线为申请MD值线，可实现实际MD值与申请MD值的趋势对比。如下图所示：

MD曲线

     复费率电能报表：实现高压回路总、峰、平、谷复费率电能统计，复费率时段用户可在仪表上根据实际要求配置。如下图所示：

复费率电能报表

5、结束语

    目前很多企业电能管理存在着多方面问题，设备利用率不高，设备老化、需要更新，无法掌握企业目前用电现状，无法量化企业节能指标，确实电能数据支撑，用电方式需要改善等。

    本文介绍的Acrel-3000电能管理系统在飞利浦电子技术（上海）有限公司的应用，通过现代计算机技术、网络通信技术和分布式控制技术，建立完善的能耗监测、管理体系，实现能源消耗动态过程的信息化、可视化、可控化，对企业生产过程中能源消耗的结构、过程及要素进行管理、控制和优化，提高能源使用效率。