摘 要：本文介紹基于PZ系列可編程智能電測表的Acrel-3000電能管理系統(tǒng)在嘉定司法中心的應用，實現了分散式采集和集中控制管理的智能化電能計量管理。
嘉定司法中心位于嘉定新城白銀路、永盛路路口，總占地面積85畝，總建筑面積9.2萬平方米，預計工程建安投資4億元，建成后，供區(qū)法院、檢察院、公安局、政法委、610辦公室在內的政法系統(tǒng)單位辦公使用。該項目有1#（公安局）、2#（法院、檢察院）兩個變配電室，室內的配電柜中安裝了安科瑞332塊PZ系列可編程智能電測表。為了能夠實現電力參數實時遙測、電能計量、電能報表等功能，系統(tǒng)采用Acrel-3000電能管理軟件，做到集中管理、集中控制，省去了值班人員現場抄表的煩瑣，具有投資少、簡明實用、便于智能管理等優(yōu)點。
Acrel-3000電能管理軟件是對現場生產數據進行采集與過程控制的專用軟件，最大特點是能以靈活多樣的“組態(tài)方式”而不是編程方式來進行系統(tǒng)集成，它提供了良好的用戶開發(fā)界面和簡捷的工程實現方法，只要將其預設置的各種軟件模塊進行簡單的“組態(tài)”，便可以非常容易地實現和完成監(jiān)控層的各項功能。比如在分布式網絡應用中，所有應用（例如趨勢曲線、報警等）對遠程數據的引用方法與引用本地數據完全相同，通過“組態(tài)”的方式大大縮短了自動化工程師的系統(tǒng)集成時間，提高了集成效率。嘉定司法中心電能管理系統(tǒng)拓撲結構如圖1。
圖1 系統(tǒng)拓撲結構圖
系統(tǒng)采用分布式結構，按功能或區(qū)域進行劃分，模塊化設計。整個系統(tǒng)分為三層，即現場層、中間層、主控層。
1.1現場層
現場層主要任務是將現場的各種配電系統(tǒng)的運行參數進行采集和測量，并將采集和測量的各種數據傳輸給監(jiān)控系統(tǒng)。其中1#變配電室主要設備是：PZ80-E3/KC、PZ80-E4/KC、PZ80-AI3/KC可編程智能電測表共168塊；2#變配電室主要設備是：PZ80-E3/KC、PZ96-E4/KC、PZ96-AI3/KC、PZ72-AI3/KC可編程智能電測表共164塊。上述設備均相互獨立完成各自的功能，不依賴主控計算機運行，具備RS-485 通信接口，通過現場的RS-485總線將檢測到的各項電參數和狀態(tài)信號實時傳輸到中間層的數據處理單元—通訊服務器。
PZ系列可編程智能電測表，該系列儀表采用交流采樣技術，能分別測量電網中的電流、電壓、功率、功率因數和電能等參數，可通過面板薄膜開關設置倍率。帶RS-485通訊接口，采用Modbus協(xié)議；也可將電量信號轉換成標準的直流模擬信號輸出；或帶開關量輸入／輸出，繼電器報警輸出等功能。
1.2中間層
中間層位于現場層與主控層之間，采用高性能、嵌入式通訊服務器。通訊服務器負責把現場層儀表采集的數據經過網絡通信聯接、數據交換上傳到主控層，是主控層與現場層的橋梁。
1.3主控層
主控層位于1#公安局變配電室旁的值班室，配置高性能、高可靠性工業(yè)級計算機、UPS不間斷電源、打印機等。Acrel-3000電能管理軟件安裝在主控計算機上，通過軟件的人機界面和各種管理功能實現對整個大樓電力系統(tǒng)的實時監(jiān)控和報表管理。
嘉定司法中心的值班室位于1#公安局負一層變配電室旁，配置一臺工業(yè)網絡交換機；2#變配電室現場采用13根總線，使用一臺16口的串口服務器，通過光纖連接至1#值班室內的交換機上；1#變配電室現場采用13根總線，使用一臺16口的串口服務器，連接至值班室內的交換機；再通過大樓的局域網把數據傳輸到后臺系統(tǒng)。
1. 電能管理系統(tǒng)的主要功能
系統(tǒng)依據客戶實際需求進行設計，并實現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。
2.1 數據采集與處理
數據采集是配電監(jiān)控的基礎，數據采集主要由底層多功能網絡儀表采集完成，實現遠程數據的本地實時顯示。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COSφ、電度Ep、遠程設備運行狀態(tài)等數據。
數據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，同時把采集到的數據存入數據庫供用戶查詢。
2.2 人機交互
系統(tǒng)提供簡單、易用、良好的用戶使用界面。采用全中文界面，CAD圖形顯示低壓配電系統(tǒng)電氣一次主接線圖，顯示配電系統(tǒng)設備狀態(tài)及相應實時運行參數，畫面定時輪巡切換；畫面實時動態(tài)刷新；模擬量顯示；開關量顯示；連續(xù)記錄顯示等。
2.3 故障報警及事故追憶
在配電系統(tǒng)發(fā)生運行故障時，會及時發(fā)出聲光報警提示用戶及時響應故障回路，同時自動記錄事件發(fā)生的時間地點，以被用戶查詢，追憶故障原因。
2.4 數據庫建立與查詢
主要完成遙測量和遙信量定時采集，并且建立數據庫，定期生成報表，以供用戶查詢打印。
2.5 用戶權限管理
針對不同級別的用戶，設置不同的權限組，防止因人為誤操作給生產，生活帶來的損失，實現配電系統(tǒng)的安全，可靠運行。
2.6 運行負荷曲線
定時采集進線及重要回路電流負荷參量，自動生成運行負荷趨勢曲線的，方便用戶及時了解設備的運行負荷狀況。
2.7 電能成本管理
自動進行日、月、年的電能統(tǒng)計，可以進行尖、峰、平、谷時段設定，實現具有電能分時計費功能，同時生成日、月、年報表。
2. 案例分析
上海市嘉定區(qū)司法中心低壓配電系統(tǒng)主要有8臺10/0.4 kV配電變壓器和2臺應急發(fā)電機，本系統(tǒng)主要負責對低壓進線及相應配出回路的實時動態(tài)監(jiān)測。
進線回路采用PZxx-E4/KC，它能測量三相電壓、三相電流、有功功率、無功功率、功率因數、頻率、有功電能、無功電能等多種電參量，并帶有4路光電隔離開關量輸入接點和2路繼電器控制輸出接點,帶RS485通訊接口。
配出回路采用PZxx-AI3/KC，它能測量三相電流，帶有4路光電隔離開關量輸入接點和2路繼電器控制輸出接點，帶RS485通訊接口。
高壓配電系統(tǒng)主要監(jiān)測高壓回路的運行狀態(tài)，紅色代表合閘，綠色代表分閘；并在畫面上動態(tài)顯示三相電流、線電壓。見圖2。
低壓配電系統(tǒng)主要監(jiān)測運行設備的電參量，其中包括：進線三相電流，功率，功率，電能，頻率等電參量及配出回路的三相電流，見圖3。
4. 設備與投資
根據現場實際情況所配置的系統(tǒng)硬件含采集裝置、電源、工作站主機、打印設備、系統(tǒng)軟件、弱電安裝施工等總計費用為14萬元左右。配電各環(huán)節(jié)的數據均可通過監(jiān)控主機集中顯示，方便配電管理人員及時發(fā)現配電故障環(huán)節(jié)，按月統(tǒng)計用電數據，又可以轉發(fā)上傳至樓宇自控系統(tǒng)BAS，便于整體調度。相對于傳統(tǒng)的電工抄表、統(tǒng)計雖增加了一次投入，但智能化程度得到極大提高，節(jié)省了人力資本的投入。省去了值班人員現場抄表的煩瑣，具有投資少、簡明實用、便于智能管理等優(yōu)點。
5. 結束語
Acrel-3000電能管理系統(tǒng)具有通用性好、可靠性高、組態(tài)靈活等優(yōu)點，在嘉定司法中心項目上得以成功應用。隨著計算機信息技術的普及，低壓配電智能化的要求也越來越高，變配電監(jiān)控及低壓配電管理使得實現配電室的無人職守真正成為現實，系統(tǒng)對各種用電設備的歷史運行數據和狀態(tài)進行管理分析，便于維護人員明確設備狀況，制定詳細的設備維護計劃，減少人力投入，提高工作效率，從而降低整個系統(tǒng)的運營成本。
參考文獻：
[1]《電力電測數字儀表原理與應用指南》， 任致程、周中，中國電力出版社
作者簡介：
王乃邦 (1980-)，男，本科，畢業(yè)于江南大學自動化學院，從事變配電監(jiān)控系統(tǒng)工作。
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