電力監(jiān)控系統(tǒng)在辦公樓建筑電力運行和節(jié)能中的應用

任運業(yè)

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

【摘要】本文中概述電力監(jiān)控系統(tǒng)結構和作用，通過列舉工程實例，詳細介紹了電力監(jiān)控系統(tǒng)在民用建筑電力系統(tǒng)運行和節(jié)能中的應用，以及在推廣和發(fā)展方面需要改進的問題。

【關鍵詞】民用建筑；電力監(jiān)控系統(tǒng)；運行和節(jié)能中的應用

 

 

        隨著國民經(jīng)濟的不斷增強，城鎮(zhèn)建設速度不斷加快，智能建筑已經(jīng)從發(fā)達城市向普通城市發(fā)展推廣，而作為智能建筑的重要組成部分--電力監(jiān)控系統(tǒng)已成為電力系統(tǒng)管理中的技術手段，通過這種智能化管理，提高了電力系統(tǒng)可靠性、安全性和連續(xù)性，同時便于及時、全面、快捷的掌握電力系統(tǒng)運行工況，簡便、有效的進行用電負荷變化、電能消耗和電能質量分析，提高電能使用效率、節(jié)約用電成本，還能借助電力監(jiān)控系統(tǒng)準確、快速地判斷故障位置和故障原因。

 

 

        電力監(jiān)控系統(tǒng)采用分層分布式結構，具體分為三層：現(xiàn)場設備層、通訊轉換層、系統(tǒng)管理層?，F(xiàn)場設備層設置在于電力線路系統(tǒng)中的配電現(xiàn)場，負責完成各種電力現(xiàn)場數(shù)據(jù)參數(shù)及信息狀態(tài)的的采集、保護和控制，執(zhí)行監(jiān)控系統(tǒng)的各類動作指令和管理操作；通訊轉換層設置在于電力線路系統(tǒng)中的配電現(xiàn)場，呈分布式布局，相互獨立，互不影響，完成系統(tǒng)數(shù)據(jù)的通訊轉換以及與系統(tǒng)管理層的數(shù)據(jù)交換。負責將現(xiàn)場設備層的各類電力智能監(jiān)控及第三方設備通過現(xiàn)場總線形式所采集的相關信息數(shù)據(jù)轉換為網(wǎng)絡形式的信號，并進行組合、配網(wǎng)和轉發(fā)；系統(tǒng)管理層設置在監(jiān)控中心內(nèi)，管理層主機與通訊轉換層各子站間相互通訊，并通過以太網(wǎng)形式進行局域網(wǎng)組網(wǎng)，實現(xiàn)電力系統(tǒng)信息的交換與管理。

電力監(jiān)控系統(tǒng)主要功能：1系統(tǒng)運行實時監(jiān)視，進行數(shù)據(jù)采集與處理；2電能質量監(jiān)視與管理；3事件報警信息與記錄；4遠程控制與操作；5歷史數(shù)據(jù)管理與各種報表打印等。

 

 

1.工程實例

        某辦公樓分為主樓、東附屬樓、西附屬樓三個部分，主樓建筑面積10萬m2,東西附屬樓各1.5萬m2。電力系統(tǒng)分為3個變配電室，主樓變配電室作為總變配電室，高壓電源采用雙電源進線中間設置母聯(lián)形式，高壓饋出線包含主樓、東西附屬樓高壓電源，共計8條。主樓配電室低壓配電系統(tǒng)作為獨立部分，共有4臺SCB9-2000KVA-AF(10/0.4KV)干式變壓器，其中2臺為主樓照明動力用，低壓配電采用兩進線一母聯(lián)形式，低壓饋出線90多條。另外2臺為空調制冷設備用，每臺變壓器及低壓配電系統(tǒng)均與制冷設備對應。東、西附屬樓變配電室各有2臺SCB9-800KVA-AF(10/0.4KV)干式變壓器，低壓配電系統(tǒng)均采用兩進線一母聯(lián)形式，低壓饋出線分別為60多條和40多條，主要負荷以普通照明、動力為主。由于變配電室較為分散，距離遠，而且各建筑功能不同，用電負荷性質不同，因此采用電力監(jiān)控系統(tǒng)對電力系統(tǒng)進行監(jiān)控，三層結構如下：

        (1)系統(tǒng)管理層。將主樓變配電室作為總監(jiān)控中心，東、西附屬樓作為2個子工作站。各工作站電力監(jiān)控系統(tǒng)采用電力專用監(jiān)控軟件、Windows2003/XP中文版操作系統(tǒng)、SQLserver2005數(shù)據(jù)庫作為服務器的數(shù)據(jù)庫。與第三方通訊支持DDE方式、OPC方式、ODBC接口，支持與樓控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換。

        (2)通訊轉換層。主通訊網(wǎng)采用100MTCP/IP光纖以太網(wǎng)，子工作站通過OPC轉發(fā)接口接入TCP/IP以太網(wǎng)與主樓監(jiān)控中心系統(tǒng)互聯(lián)，實現(xiàn)三個區(qū)域配電室現(xiàn)場數(shù)據(jù)交換，方便值班人員查看電力系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)，進行實時監(jiān)控。為提高數(shù)據(jù)交換速度以及通訊的穩(wěn)定性和可靠性，該系統(tǒng)采用IEEE802.3(TCP/IP)通訊標準，星形結構，標準RS485接口，5類UTP或Fibercable網(wǎng)線傳輸，傳輸速率達到100M標準。

        (3)現(xiàn)場設備層。高壓進線、高壓母聯(lián)以及低壓進線、低壓饋出線等均配置PM800系列電力參數(shù)測試儀及相應檢測器件，該設備不僅可以在現(xiàn)場顯實時顯示各種參數(shù)，而且通過RS485接口，采用MODBUS通訊協(xié)議傳送到系統(tǒng)管理層。

 

2.在民用建筑電力系統(tǒng)運行中的應用價值

        (1)電力監(jiān)控系統(tǒng)相對以往常規(guī)人工管理方式，能及時、全面的掌握電氣運行信息，提高電氣運行的安全性、可靠性。比如系統(tǒng)實時和定時采集電氣設備的模擬量和開關量；直接讀取各配電所、各條線路檢測器件采集的數(shù)據(jù)，并進行顯示、統(tǒng)計、分析、計算和存儲。通過系統(tǒng)自動監(jiān)控及信息共享，可減少甚至取消子工作站運行管理人員，節(jié)省了人工管理的成本。

        (2)電力監(jiān)控系統(tǒng)具有報警及事件管理功能以及網(wǎng)絡診斷故障功能。方便監(jiān)控中心管理人員全面了解電氣運行狀況，準確、快速的判斷故障位置和查明故障原因，有助電氣維修人員及時解除故障，提高電氣安全性，可靠性和持續(xù)性。

        (3)系統(tǒng)可將歷史數(shù)據(jù)可以通過曲線方式和數(shù)據(jù)表格方式直觀地顯示，用戶可很方便地選擇欲查看回路的歷史數(shù)據(jù)。通過數(shù)據(jù)的分析，可以對關鍵回路的電流和功率變化進行監(jiān)控，實現(xiàn)故障的及時修正和預測、設備的運行調配管理。

 

3.在民用建筑電力系統(tǒng)節(jié)能方面的應用價值

        (1)通過監(jiān)控系統(tǒng)的各用電負荷電能消耗數(shù)據(jù)和電力參數(shù)分析，可對配電系統(tǒng)內(nèi)各用電負荷進行電能分配、計量和監(jiān)控，減少三相電流不平衡情況，以避免電能浪費的現(xiàn)象。

        (2)根據(jù)電力監(jiān)控系統(tǒng)記錄的各用電負荷在峰、谷、平時段電能消耗數(shù)據(jù)分析，合理的采取運行方式和周期，減少不必要的設備添置，減少資金投入，節(jié)約電能。

        (3)通過電力參數(shù)的實時分析，能夠及時發(fā)現(xiàn)電能消耗異常現(xiàn)象，如發(fā)生諧波問題或功率因數(shù)過低的問題，可以采取有效措施進行設備改造或補償，以避免電能過度損耗和設備老化的問題。

 

4.電力監(jiān)控系統(tǒng)在推廣應用過程需解決和改進的問題

        (1)應用產(chǎn)品及生產(chǎn)廠家較多，且標準規(guī)范各不相同，無統(tǒng)一標準規(guī)范，制約電力監(jiān)控系統(tǒng)推廣和發(fā)展。比如制冷機組自帶電氣控制器件無法與電力監(jiān)控系統(tǒng)進行通訊和信息共享，在電力監(jiān)控數(shù)據(jù)采集方面存在不足。

        (2)電力監(jiān)控系統(tǒng)投資規(guī)模較大，尤其要求精度高、傳輸速度快的監(jiān)控元器件投資更高，一般說來，電力監(jiān)控在變配電系統(tǒng)投資中占到30%-40%,一些業(yè)主自籌資金，在預算不足情況下，相應減少電力監(jiān)控投資。

        (3)用戶對電力監(jiān)控系統(tǒng)認知度不高，管理人員業(yè)務能力和知識水平不高，系統(tǒng)利用率低，部分用戶僅作為擺設，忽略了其應用價值，造成認識上的誤解，在系統(tǒng)推廣和發(fā)展上造成障礙。

 

 

1.概述

        針對用戶變電站（一般為35kV及以下電壓等級），通過微機保護裝置、開關柜綜合測控裝置、電氣接點無線測溫產(chǎn)品、電能質量在線監(jiān)測裝置、配電室環(huán)境監(jiān)控設備、弧光保護裝置等設備組成綜合自動化的綜合監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)了變電、配電、用電的安全運行和全面管理。監(jiān)控范圍包括用戶變電站、開閉所、變電所及配電室等。

        Acrel-2000Z電力監(jiān)控系統(tǒng)是安科瑞電氣股份有限公司根據(jù)電力系統(tǒng)自動化及無人值守的要求，針對35kV及以下電壓等級研發(fā)出的一套分層分布式變電站監(jiān)控管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)是應用電力自動化技術、計算機技術、網(wǎng)絡技術和信息傳輸技術，集保護、監(jiān)測、控制、通信等功能于一體的開放式、網(wǎng)絡化、單元化、組態(tài)化的系統(tǒng)，適用于35kV及以下電壓等級的城網(wǎng)、農(nóng)網(wǎng)變電站和用戶變電站，可實現(xiàn)對變電站的控制和管理，滿足變電站無人或少人值守的需求，為變電站安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟運行提供了堅實的保障。

 

2.應用場所

        適用于軌道交通，工業(yè)，建筑，學校，商業(yè)綜合體等35kV及以下用戶端供配電自動化系統(tǒng)工程設計、施工和運行維護。

 

3.系統(tǒng)架構

        Acrel-2000Z電力監(jiān)控系統(tǒng)采用分層分布式設計，可分為三層：站控管理層、網(wǎng)絡通信層和現(xiàn)場設備層，組網(wǎng)方式可為標準網(wǎng)絡結構、光纖星型網(wǎng)絡結構、光纖環(huán)網(wǎng)網(wǎng)絡結構，根據(jù)用戶用電規(guī)模、用電設備分布和占地面積等多方面的信息綜合考慮組網(wǎng)方式。

 

4.系統(tǒng)功能

4.1實時監(jiān)測：直觀顯示配電網(wǎng)的運行狀態(tài)，實時監(jiān)測各回路電參數(shù)信息，動態(tài)監(jiān)視各配電回路有關故障、告警等信號。

 

 

4.2電參量查詢：在配電一次圖中，可以直接查看該回路詳細電參量。

 

4.3曲線查詢：可以直接查看各電參量曲線。

 

4.4運行報表：查詢各回路或設備某一時間的運行參數(shù)。

 

4.5實時告警：具有實時告警功能，系統(tǒng)能夠對配電回路遙信變位，保護動作、事故跳閘等事件發(fā)出告警。

 

4.6歷史事件查詢：對事件記錄進行存儲和管理，方便用戶對系統(tǒng)事件和報警進行歷史追溯，查詢統(tǒng)計、事故分析。

 

4.7電能統(tǒng)計報表：系統(tǒng)具備定時抄表匯總統(tǒng)計功能，用戶可以自由查詢自系統(tǒng)正常運行以來任意時間段內(nèi)各配電節(jié)點的用電情況。

 

4.8用戶權限管理：設置了用戶權限管理功能，可以定義不同級別用戶的登錄名、密碼及操作權限。

 

4.9網(wǎng)絡拓撲圖：支持實時監(jiān)視并診斷各設備的通訊狀態(tài)，能夠完整的顯示整個系統(tǒng)網(wǎng)絡結構。

 

4.10電能質量監(jiān)測：可以對整個配電系統(tǒng)范圍內(nèi)的電能質量和電能可靠性狀況進行持續(xù)性的監(jiān)測。

 

4.11遙控功能：可以對整個配電系統(tǒng)范圍內(nèi)的設備進行遠程遙控操作。

 

4.12故障錄波：可在系統(tǒng)發(fā)生故障時，自動準確地記錄故障前、后過程的各種電氣量的變化情況。

 

4.13事故追憶：可自動記錄事故時刻前后一段時間的所有實時穩(wěn)態(tài)信息。

 

4.14Web訪問：展示頁面顯示變電站數(shù)量、變壓器數(shù)量、監(jiān)測點位數(shù)量等概況信息，設備通信狀態(tài)，用電分析和事件記錄。

 

4.15APP訪問：設備數(shù)據(jù)頁面顯示各設備的電參量數(shù)據(jù)以及曲線。

 

5.系統(tǒng)硬件配置

 

 

 

 

 

        電力監(jiān)控系統(tǒng)在民用建筑中發(fā)揮越來越多的作用，以其出色的電力監(jiān)控功能和節(jié)能效果，特別是與樓宇自控系統(tǒng)的一體化管理，能夠更加節(jié)省人工管理的開支，節(jié)約時間，操作和查詢更加方便，而且具有更明顯的經(jīng)濟效益。隨著經(jīng)濟發(fā)展和科學技術的進步，電力監(jiān)控系統(tǒng)正在向更高、更深的領域發(fā)展和應用。

 

[1]姜傳超.電力監(jiān)控系統(tǒng)在民用建筑電力系統(tǒng)運行和節(jié)能中的應用。

[2]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊2022.05版

 

任運業(yè)，男，現(xiàn)任職于安科瑞電氣股份有限公司，主要從事電力監(jiān)控系統(tǒng)的研發(fā)。