學校能耗分析系統 水電氣能耗監控

摘要：齊魯工業大學項目，采用智能電力儀表、采集配電現場的各種電參量和開關信號。系統采用現場就地組網的方式，組網后通過現場總線通訊并遠傳至后臺，通過Acrel-3000型電能管理系統實現配電所配電回路用電的實時監控和管理。

關鍵詞：齊魯工業大學；配電所；智能電力儀表；Acrel-3000；電能管理系統
0概述
??齊魯工業大學菏澤校區項目建設地點在菏澤市北外環以北、規劃植物園以東、規劃牡丹路以西、日東高速以南。規劃用地總規模1435畝，其中項目占地面積1204畝，總建筑面積47萬平方米，總投資24億元。項目將分兩期完成，一期按在校生6000人，占地568畝建設；二期達到15000人規模，全部工程將在2018年底竣工。
本次項目承接其變配電的電能管理系統，包括1個35/10kV變電站，4個10/0.4kV變配電所，監控主機位于35/10kV主站監控室內。

1需求分析
??為保證教學管理用電負荷的統計分析、對危險源實時監控，需要對學校變電所的高低壓配電柜進行電壓、電流、功率等參數進行實時在線監控，一旦監控點被顯示參數異常，能夠及時發出報警，有關人員采取必要的措施，避免安全事故的發生。自動抄表功能節省了人力物力，電流趨勢曲線功能能夠直觀的顯示各回路的工作狀態與時間，方便用戶找出非正常用電回路并且及時進行整改。Acrel-3000電能管理系統具有高安全性與可靠性、易于擴展、便于維修與維護。
數據采集
??自動采集現場所有電量儀表的模擬量數據，自動采集現場開關狀態以及故障狀態等開關量數據。
??支持實時采集、自動周期采集（定時采集）可配置周期（1分鐘～24小時）。
??支持多線程處理機制，提高數據采集效率，能同時對多個設備進行數據采集。
??數據實時顯示采用配電室主接線圖直觀顯示模式，各回路開關斷合以及故障狀態直觀可見。
數據分析與處理
??數據的綜合統計、分析需要實現以下功能：
??各設備用電數據小時、日、月、年等時間段內的統計、計算。統計各分站及整體的用電量。
數據查詢與展示
??要求能方便實現客戶端查詢和各級管理人員的查詢，查詢界面能適應各級管理人員的要求能夠支持靈活的條件組合查詢和對比分析，各類統計分析的數據可靈活采用報表等多種圖表方式直觀的展示功能。
??數據展示功能按照不同用戶的不同的權限，分為操作層、管理層、決策層三層用能展示。
權限管理
??要求對不同用戶賦予不同角色的權限，能授權到功能子菜單、具體檔案記錄、數據記錄等。
??系統要求具備合理完善的用戶安全控制機制，能使應用環境中的信息資源得到有效地保護，防止信息的丟失、失竊和破壞。
參數設置
??可通過采集柜設置各回路互感器變比，各種電流電壓保護整定值。
??故障判斷與報警具有故障自動判斷并采用聲光方式報警功能。報警類型包括開關故障，電壓、電流超限，現場采集模塊通訊故障，與監控系統通訊故障等。報警時間自動記入系統數據庫，方便用戶查詢，工作人員可隨時掌握變配電站實時運行狀態，發現變配電運行故障并作出相應處理，提高變配電的管理效率，提升電力系統安全性、可靠性。

2  系統方案
??Acrel-3000電能管理系統根據齊魯工業大學現場實際情況，整體網絡結構采用屏蔽雙絞線直接接至配電所的串口服務器然后直接接至監控室的監控主機，保障了配電所電能管理系統傳輸的穩定性與實時性。如下圖所示：站控管理層、網絡通訊層和現場設備層。

系統結構圖

??現場變配電所共有18只PZ80-E4/CK進線電力儀表和494只AMC72L-E4/CK出線電力儀表，共17條RS485總線接至變配電所的4臺串口服務器，串口服務器直接通過超五類網線或光纖接至監控室的監控主機。
1）站控管理層
??站控管理層針對電能管理系統的管理人員，是人機交互的直接窗口。在本項目中指置于變配電站內監控室的工控監控主機。
2）網絡通訊層
??通訊層主要是由4臺串口服務器、以太網設備及總線網絡組成。串口服務器主要功能是監測現場智能儀表；以太網設備及總線網絡的主要功能是實現各配電室與主站之間的數據交互，使配電系統管理集中化、信息化、智能化，極大提高了配電系統的安全性、可靠性和穩定性，真正達到了無人值守的目的。
3）現場設備層
??現場設備層是數據采集終端，主要由智能電力儀表組成，智能設備通過屏蔽雙絞線RS485接口，采用MODBUS通訊協議總線型接入串口服務器，經通訊服務器到達該配電間監控主機進行組網，實現遠程控制。
智能裝置現場連接示意
現場裝置以手拉手方式通過屏蔽雙絞線(RVSP2*1.0)進行通訊連接，每根總線連接智能裝置數量20只左右，不同種類的智能裝置連接在不同的總線上，然后將數據上傳至串口服務器，進而將數據上傳至監控室工控機。具體連接示意圖如下所示：

通訊線路連接示意圖

??0.4kV進線回路采用PZ80-E4/CK多功能智能儀表，出線回路采用AMC72L-E4/CK智能儀表，兩者都是針對電力系統、公共設施、智能大廈的電能管理需求而設計的網絡電力儀表，能測量所有常規電力參數，如：三相電壓、電流、有功功率、無功功率、功率因數、頻率、有功電度、無功電度。
所有智能設備均能通過總線傳輸滿足與監控主機數據交互的要求。

3  系統功能
??配電所實時監控系統圖為主監控畫面，主要實時監測配電所所有回路的運行狀態。在系統圖中可以直觀的看到每路進線和出線的運行參數和狀態，可以看到變壓器出線側的所有常規電力參數，如：三相電壓、電流、有功功率、無功功率、功率因數、頻率、有功電度等。如下圖所示：

配電所一次系統圖

??參數抄表功能，主要對低壓各出線回路的電參數進線查詢。支持任意時刻電參數查詢，具備數據導出和報表打印等功能。該報表查詢齊魯工業大學配電所變壓器進出線各低壓回路的電參數，主要包括：三相電流、有功功率和有功電度。該報表各回路名稱和數據庫關聯，方便用戶修改回路名稱。如下圖所示：

電參數抄表

??用電量報表功能，可選擇時間段進行查詢，支持任意時間段電度累計查詢，具備數據導出和報表打印等功能。為值班人員提供了精確可靠的電能報表。該報表各回路名稱和數據庫關聯，方便用戶修改回路名稱。如下圖所示，顯示配電回路的精確用電量，用戶可以直接打印報表，也可以另存到其他位置以供其他用途。 如下圖所示：

電能報表

??系統通訊結構示意圖，主要顯示系統的組網結構，系統采用分層分布式結構，同時監測間隔層設備的通信狀態。紅色表示通訊正常，綠色表示通訊異常。下圖為變配電站通訊狀態示意圖。

 通訊結構示意圖
 

??趨勢曲線可直觀的查看回路的負荷運行情況。查看實時和歷史趨勢曲線，點擊畫面相應按鈕或菜單項可以完成相應功能的切換；幫助用戶進行趨勢分析和故障追憶，具備曲線打印功能。為分析整個系統的運行狀況提供了直觀而方便的軟件支持。如下圖所示：

趨勢曲線圖

4  結束語
??在當今配電設施的應用中，公建高校建筑群項目的配電安全性至關重要，本文介紹的Acrel-3000電能管理系統在齊魯工業大學的應用，可以實現對配電所供配電回路用電的實時監控，不僅能顯示回路用電狀況，還具有網絡通訊功能，可以與串口服務器、計算機等組成提供電能管理功能，系統實現對采集數據的分析、處理，實時顯示配電所內各配電回路的運行狀態，并生成各種電能報表、分析曲線、圖形等，便于電能的遠程抄表以及分析、研究，該系統運行安全、可靠、穩定，為高校用電的分析和監控提供了真實可靠的依據。