概述

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(yīng)器污水處理工藝的環(huán)保項(xiàng)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(shí)，還可在地上建成園林景觀，這個(gè)地下式污水處理廠，位于官渡區(qū)石虎關(guān)立交橋，占地約59畝，服務(wù)面積59平方公里，服務(wù)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(gè)變配電室，97路0.4KV出線。

1客戶需求

污水處理廠是國內(nèi)首個(gè)大型地下式污水處理廠，在配電室分布在6個(gè)地點(diǎn)，對用電管理人員很大的不便，根據(jù)其實(shí)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(gè)地點(diǎn)比較分散，本次設(shè)計(jì)、集成的主要目的對分散配電的集中管理，通過數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。

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

3）需實(shí)時(shí)監(jiān)測主變和直變的實(shí)時(shí)電流、電壓、功率的波動(dòng)情況。

4）能夠查看具體某個(gè)回路或幾個(gè)回路每天的用電量，并可通過報(bào)表進(jìn)行對比。

5）系統(tǒng)數(shù)據(jù)可以通過局域網(wǎng)轉(zhuǎn)發(fā)至異地SQL Server數(shù)據(jù)庫，實(shí)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(gè)變配電所進(jìn)行組網(wǎng)并建立電能管理系統(tǒng)（主要是數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控），在控制中心值班室內(nèi)設(shè)置監(jiān)控平臺(tái)，對97個(gè)回路實(shí)時(shí)監(jiān)測、統(tǒng)計(jì)、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(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和現(xiàn)場總線技術(shù)的最新發(fā)展，對變配電系統(tǒng)進(jìn)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(shè)備進(jìn)行組網(wǎng)，通過計(jì)算機(jī)和通訊網(wǎng)絡(luò)，將分散的配電所的現(xiàn)場設(shè)備連接為一個(gè)有機(jī)的整體，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)運(yùn)行的遠(yuǎn)程監(jiān)控、集中管理。

2  系統(tǒng)結(jié)構(gòu)描述

本系統(tǒng)采用分層分布式結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，即站控管理層、網(wǎng)絡(luò)通訊層和現(xiàn)場設(shè)備層，項(xiàng)目組網(wǎng)圖如下，現(xiàn)場6網(wǎng)絡(luò)個(gè)地點(diǎn)的ACR220EL網(wǎng)絡(luò)電力儀表經(jīng)RS485現(xiàn)場總線連接至串口服務(wù)器，然后通過以太網(wǎng)經(jīng)光纖傳輸至現(xiàn)場監(jiān)控主機(jī)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集，存儲(chǔ)，處理，顯示和上傳如圖（1）所示：

圖（1）電能管理系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

間隔設(shè)備層主要為：ACR220EL多功能網(wǎng)絡(luò)電力儀表，分別對應(yīng)相應(yīng)的一次設(shè)備分散安裝在6個(gè)配電室的電氣柜內(nèi)，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(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)現(xiàn)場采集。

網(wǎng)絡(luò)通訊層主要為：通訊服務(wù)器，其主要功能為把分散在現(xiàn)場采集裝置集中采集，同時(shí)遠(yuǎn)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(shè)有高性能工業(yè)計(jì)算機(jī)、顯示器、UPS電源、打印機(jī)等設(shè)備。監(jiān)控系統(tǒng)安裝在計(jì)算機(jī)上，集中采集顯示現(xiàn)場設(shè)備運(yùn)行狀況，以人機(jī)交互的形式顯示給用戶。

建設(shè)完成后的多功能網(wǎng)絡(luò)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(shí)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(qū)動(dòng)器和差分接收器的組合，抗噪聲干擾能力增強(qiáng)，總線上允許連接多達(dá)32個(gè)設(shè)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(chǔ)，數(shù)據(jù)采集主要由底層多功能網(wǎng)絡(luò)儀表采集完成，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)的本地實(shí)時(shí)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(yuǎn)程設(shè)備運(yùn)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(shí)時(shí)準(zhǔn)確的顯示給用戶，達(dá)到電能管理的自動(dòng)化化和智能化要求，同時(shí)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(jī)交互，通過歷史事件查看平臺(tái)，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(gè)系統(tǒng)的運(yùn)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(shí)采集，并且建立數(shù)據(jù)庫，定期生成報(bào)表，以供用戶查詢打印。

34  用戶權(quán)限管理

針對不同級別的用戶，設(shè)置不同的權(quán)限組，防止因人為誤操作給生產(chǎn)，生活帶來的損失，實(shí)現(xiàn)配電系統(tǒng)的安全，可靠運(yùn)行?？梢酝ㄟ^用戶管理進(jìn)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(quán)限的修改。

3.5  運(yùn)行負(fù)荷曲線

負(fù)荷趨勢曲線功能主要負(fù)責(zé)定時(shí)重要回路電流和功率負(fù)荷參量，自動(dòng)生成運(yùn)行負(fù)荷趨勢曲線的，方便用戶及時(shí)了解設(shè)備的運(yùn)行負(fù)荷狀況。點(diǎn)擊畫面相應(yīng)按鈕或菜單項(xiàng)可以完成相應(yīng)功能的切換；可以查看實(shí)時(shí)趨勢曲線或歷史趨勢線；對所選曲線可以進(jìn)行平移、縮放、量程變換等操作，幫助用戶進(jìn)線趨

勢分析和故障追憶，為分析整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行狀況提供了直觀而方便的軟件支持。

3.6  遠(yuǎn)程報(bào)表查詢

報(bào)表管理程序的主要功能是根據(jù)用戶的需要設(shè)計(jì)報(bào)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(jì)生成用戶需要的報(bào)表數(shù)據(jù)。本程序還可以根據(jù)用戶的需要對報(bào)表文件采用定時(shí)保存、打印或者召喚保存、打印模式。同時(shí)本程序還向用戶提供了對生成的報(bào)表文件管理功能。

報(bào)表具有自由設(shè)置查詢時(shí)間實(shí)現(xiàn)日、月、年的電能統(tǒng)計(jì)，數(shù)據(jù)導(dǎo)出和報(bào)表打印等功能。

3.7 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)功能

電能管理系統(tǒng)通過廠內(nèi)局域網(wǎng)將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)至控制中心的SQL Server數(shù)據(jù)庫中，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享，避免數(shù)據(jù)的重復(fù)采集。

4  案例分析

本監(jiān)控系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)云南省昆明市第十污水處理廠6個(gè)0.4KV變電所97個(gè)回路配電實(shí)時(shí)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(diǎn)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(luò)電力儀表。

ACR220EL尺寸及詳細(xì)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(diǎn)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(diǎn)通訊狀態(tài)，如圖3：

圖（3） 通訊狀態(tài)圖

遙測報(bào)警功能，主要完成對直變和主變負(fù)載越限彈出報(bào)警界面指示具體的報(bào)警位置并聲音報(bào)警，提醒值班人員及時(shí)處理。負(fù)載越限值在相應(yīng)權(quán)限下可自由設(shè)置。具備歷史查詢功能，見圖（4）。

圖（4） 越限報(bào)警信息

用電量報(bào)表功能，可選擇時(shí)間段進(jìn)行查詢，支持任意時(shí)間段電度累計(jì)查詢，具備數(shù)據(jù)導(dǎo)出和報(bào)表打印等功能。為值班人員提供了精確可靠的電能報(bào)表。該報(bào)表各回路名稱和數(shù)據(jù)庫關(guān)聯(lián)，方便用戶修改回路名稱，用戶可以直接打印報(bào)表，并導(dǎo)出為EXCEL格式如圖（5）所示：

圖（5） 電能報(bào)表

參數(shù)抄表功能，主要所有回路的電參數(shù)進(jìn)線查詢。支持任意時(shí)刻電參數(shù)查詢，具備數(shù)據(jù)導(dǎo)出和報(bào)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(fù)荷趨勢曲線界面中可直觀的查看回路的負(fù)荷運(yùn)行情況。查看實(shí)時(shí)和歷史趨勢曲線，點(diǎn)擊畫面相應(yīng)按鈕或菜單項(xiàng)可以完成相應(yīng)功能的切換；幫助用戶進(jìn)線趨勢分析和故障追憶，具備曲線打印功能。為分析整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)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(shè)置不同的權(quán)限組，防止因人為誤操作給生產(chǎn)，生活帶來的損失，實(shí)現(xiàn)配電系統(tǒng)的安全，可靠運(yùn)行?？梢酝ㄟ^用戶管理進(jìn)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(quán)限的修改，如圖（8）所示。

圖（8）用戶權(quán)限操作示意圖

4  結(jié)束語

1）本系統(tǒng)于2013年9月完成現(xiàn)場調(diào)試，順利通過用戶驗(yàn)收并投入運(yùn)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(xiàng)目的成功實(shí)施表明：本項(xiàng)目的技術(shù)方案是科學(xué)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(dá)到了預(yù)期的效果，電能管理軟件運(yùn)行界面滿足了用戶需求，并有效降低了設(shè)計(jì)和施工成本。

作者簡介：

張小莉，女，本科，安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向?yàn)殡娔芄芾? Email:2880157855@qq.com