吳海英 

安科瑞電氣股份有限公司  上海嘉定

摘要：基于目前科學技術飛速發(fā)展，人們對電力資源的依賴越來越廣泛，而現(xiàn)階段國內(nèi)電力系統(tǒng)的運營成本還相對較高，因此完善電力系統(tǒng)各方面的工作已經(jīng)勢在必行。電能管理系統(tǒng)在整個電力系統(tǒng)中具有重要的作用，它能夠有力的促進電網(wǎng)管理工作效率，降低電力系統(tǒng)的運營成本，本文通過昆明第九污水處理廠電能管理系統(tǒng)的應用介紹電能管理系統(tǒng)在工廠中的應用。

關鍵字：電力系統(tǒng)；數(shù)據(jù)采集；污水處理廠；監(jiān)控系統(tǒng)

0  引言

    配電自動化，是一項集計算機技術、數(shù)據(jù)傳輸技術、控制技術、現(xiàn)代化設備及管理于一體的綜合信息管理系統(tǒng)。其目的是提高供電可靠性，改善電能質(zhì)量，向用戶提供優(yōu)質(zhì)服務，降低運行費用，減輕運行人員的勞動強度。

    隨著電力網(wǎng)絡的不斷發(fā)展，用電負荷的持續(xù)增長，各種新型負載不斷涌現(xiàn)，用戶更加關注電能質(zhì)量問題，同時也對電能質(zhì)量提出了更加嚴格的要求。用戶需要更加有效的電能管理管理解決方案來應對上述變化帶來的挑戰(zhàn)，以實現(xiàn)配電系統(tǒng)持續(xù)可靠、高效低耗的運行。本文通過對昆明第九污水處理廠電能管理的建設，介紹電能管理系統(tǒng)在工廠中的應用。

1、項目概述及建設目標

    九污廠90%的工程全部埋在地下，也叫“地埋式污水處理廠”，地上僅建一座綜合辦公樓。發(fā)達國家的污水處理廠一般都建在地下，地下式污水處理廠適合于在土地資源高度緊張、環(huán)境要求高的地區(qū)建設。在國外，地下式污水處理廠在技術上已經(jīng)相當成熟，而且應用相當廣泛。現(xiàn)代化、全封閉、緊湊型、零公害、與周邊環(huán)境協(xié)調(diào)的污水處理廠，能夠防止周邊土地貶值。污廠的處理工藝，采用的是目前世界上先進的膜生物反應器（MBR）污水處理工藝，采用全地埋式布置，以節(jié)約用地、最大程度減小對周邊環(huán)境影響。本項目中有12臺ACR220ELH智能電表、61臺ACR220EL電能表接入后臺監(jiān)控系統(tǒng)。

    本電能管理系統(tǒng)中，監(jiān)控要求主要有以下幾個方面：

    1.遠程觀測。要求系統(tǒng)能夠準確的對電流、電壓、有功功率、無功功率、有功電能、無功電能、視在功率、功率因數(shù)、頻率、開關狀態(tài)、剩余電流等信息進行檢測。

    2.遠程通信。要求系統(tǒng)能夠及時的傳遞設備運作狀態(tài)以及故障信息。

    3.報警。要求系統(tǒng)能夠通過設定，對各種信息進行報警。

    4.顯示。要求系統(tǒng)能夠就地顯示出各部分運作信息。

2、電能管理系統(tǒng)的設計

    在監(jiān)控系統(tǒng)的設計中，要充分考慮客戶的實際需求，以及電力系統(tǒng)的實際結(jié)構(gòu)、電力系統(tǒng)的實際載荷能力等因素，進而合理的選擇監(jiān)控設備，這既有利于減少系統(tǒng)運作的成本，同時也有利于系統(tǒng)功能的實現(xiàn)。

    本項目的電能管理系統(tǒng)，可以實現(xiàn)對廠內(nèi)低壓配電回路的實時監(jiān)控，有利于電能管理。另一方面，電能管理系統(tǒng)不僅能夠準確的表示出回路的用電狀況，它還具備網(wǎng)絡通訊等功能，能夠與計算機、串口服務器等設備進行組合，及時的顯示廠內(nèi)各個配電回路的運作狀態(tài)，當廠內(nèi)電力系統(tǒng)的負載越標時，電能管理系統(tǒng)能夠迅速報警，發(fā)出語音提示。另外，電能管理系統(tǒng)還能夠生成報表、曲線圖等統(tǒng)計信息，便于有關人員分析廠內(nèi)各部分的用電狀況，使廠內(nèi)的用電活動更加安全，從而保證廠內(nèi)人員的生命安全，提高企業(yè)人員的工作效率。 

2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

    依據(jù)新建工廠的配電情況分布情況，在線監(jiān)測系統(tǒng)建設采用分層分布式結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)包括：站控管理層、網(wǎng)絡通訊層、現(xiàn)場設備層。

    系統(tǒng)網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)如圖所示：

    站控管理層管理人員與計算機進行人機交互的直接窗口，對采集的現(xiàn)場各類數(shù)據(jù)信息計算、分析與處理，并以圖形、數(shù)顯、聲音等方式反映現(xiàn)場的運行狀況，是系統(tǒng)的最上層部分。主要由系統(tǒng)軟件和必要的硬件設備，如工業(yè)級計算機、打印機、UPS電源等組成。

    通訊層使用的設備為NPORT5610-16串口服務器。該層是數(shù)據(jù)信息交換的橋梁，負責對現(xiàn)場設備回送的數(shù)據(jù)信息進行采集、分類和傳送等工作的同時，轉(zhuǎn)達上位機對現(xiàn)場設備的各種控制命令。

    現(xiàn)場設備層主要是連接于網(wǎng)絡中用于電參量采集測量的各類型的儀表等，也是構(gòu)建該配電系統(tǒng)必要的基本組成元素。現(xiàn)場配置ACR220ELH、ACR220EL電能表，實現(xiàn)每個高壓回路的保護報警動作信息、三相電流、三相電壓、頻率、功率、四象限電能等電參量監(jiān)測，低壓回路三相電流、三相電壓、頻率、功率、四象限電能等電參量監(jiān)測；并對每個回路斷路器分合閘狀態(tài)進行監(jiān)測。

2.2 網(wǎng)絡設計 

    電能管理系統(tǒng)中的網(wǎng)絡系統(tǒng)能夠及時的對數(shù)據(jù)進行傳輸，并迅速傳遞操作指令，是實現(xiàn)電能管理系統(tǒng)各項功能的基礎。把現(xiàn)場每個設備就地與總線連接，之后在把各條總線全部接入通訊網(wǎng)關，來實現(xiàn)與主機的傳遞。   

2.3監(jiān)控系統(tǒng)軟件功能設計

    系統(tǒng)依據(jù)客戶實際需求進行設計，并實現(xiàn)了一次主接線圖界面顯示；電參量遙測及電參量越限報警；事件記錄；系統(tǒng)運行異常監(jiān)測；故障報警及操作記錄；報表查詢與打印；系統(tǒng)負荷實時、歷史曲線，用戶權限管理等主要功能。

2.3.1數(shù)據(jù)的采集與處理

    數(shù)據(jù)采集主要包括模擬量以及開關量的采集。模擬量的采集主要是對線路電壓、電流、功率、功率因數(shù)、頻率等信息進行采集，實現(xiàn)遠程數(shù)據(jù)的本地實時顯示。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，達到配電監(jiān)控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。

2.3.2數(shù)據(jù)記錄

    電能管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)記錄功能主要就是對斷路器分合狀態(tài)以及保護動作的前后順序進行記錄，它要求系統(tǒng)中必須有足夠的內(nèi)存空間，進而長時間的、大量的對數(shù)據(jù)信息進行記錄和存儲。其次，電能管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)記錄功能也包括對故障信息的記錄，即對故障發(fā)生時的實時電流、實時電壓等數(shù)據(jù)進行記錄存儲。由此可見，數(shù)據(jù)記錄功能可以通過對保護裝置工作狀態(tài)的記錄，以及對故障信息的記錄，準確的反映出系統(tǒng)中存在的問題，從而便于工作人員解決。

2.3.3電能管理

    為了實現(xiàn)對本工廠內(nèi)各回路用電量的監(jiān)管，系統(tǒng)設計了電能管理報表，系統(tǒng)通過對有功電度的采集，按照回路名稱的不同，自動生成日報表、月報表和年報表并有報表打印功能，并可對某一回路的某一時間段內(nèi)的用電量進行查詢，可以幫助物業(yè)建立有效的用能管理考核制度。通過系統(tǒng)的建設和制度的建立，使各入駐管理人員節(jié)能意識大大提高，有效的節(jié)約了能源消耗。

3、供配電設計中應用電能管理系統(tǒng)的意義

    綜上所述，電能管理系統(tǒng)幫助用電單位提高效率、減少損失、降低運營成本，電能管理系統(tǒng)能夠有效確保電網(wǎng)管理效率、縮小電力運營成本，也成為現(xiàn)代供配電設計中不可或缺的重要組成部分。系統(tǒng)通過安裝在企業(yè)電網(wǎng)中主要受電點和樞紐配電柜中的電能監(jiān)測儀采集的配網(wǎng)的電力、電量、電能質(zhì)量信號，再將信號轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)傳輸?shù)接嬎銠C中，計算機對數(shù)據(jù)進行存儲、計算和分類存儲到數(shù)據(jù)庫中，然后通過計算軟件將電能以圖表的形式進行展示。電能管理人員可通過計算機看到電能的輸入、傳輸、消耗的全過程。由于監(jiān)控設備對數(shù)據(jù)的傳遞都是通過網(wǎng)絡傳輸來實現(xiàn)，因此，不同的電能管理系統(tǒng)可以設計不同的組網(wǎng)方式,確保數(shù)據(jù)信息能夠迅速、精準的進行傳輸。另一方面，在供配電設計中運用電能管理系統(tǒng)，應該根據(jù)實際情況選擇監(jiān)控設備。一般的電能管理系統(tǒng)通常都采用具有遠程通信、遠程觀測等功能的設備，而一些高端電能管理系統(tǒng)則需要選擇功能更加齊全的智能設備。可以通過識別其他影響因素（如高次諧波、三相不對稱，瞬態(tài)，短時中斷，過電流，過電壓等）以延長設備使用壽命。   在工廠建筑等場所設置電能管理系統(tǒng)，可以實現(xiàn)對廠內(nèi)低壓配電回路的實時監(jiān)控，有利于電能管理。系統(tǒng)可以根據(jù)用戶需要按班次、人員、時間、設備進行電能審計和考核。系統(tǒng)實時、準確、靈活計算各車間、班次、人員、設備用電量，并與公司的考核機制進行結(jié)合，自動計算考核成績。另一方面，電能管理系統(tǒng)不僅能夠準確的表示出回路的用電狀況，它還具備網(wǎng)絡通訊等功能，能夠與計算機、串口服務器等設備進行組合，及時的顯示廠內(nèi)各個配電回路的運作狀態(tài)，當廠內(nèi)電力系統(tǒng)的負載越標時，電能管理系統(tǒng)能夠迅速報警，發(fā)出語音提示。另外，電能管理系統(tǒng)還能夠生成報表、曲線圖等統(tǒng)計信息，便于有關人員分析廠內(nèi)各部分的用電狀況，使廠內(nèi)的用電活動更加安全、合理，從而保證廠內(nèi)人員的生命安全，提高工作人員的工作效率。

參考文獻

[1]《電力電測數(shù)字儀表原理與應用指南》， 任致程、周中，中國電力出版社

[2]《電能管理系統(tǒng)在供配電設計中的應用》，高士宏，科技風

作者簡介：吳海英 主要研究方向為電氣火災安全，手機15000539641 QQ :2880157856 Email: acrelwhy@163.com網(wǎng)址：http://www.acrel-efs.com/