电力监控系统在青岛橡胶六厂的应用

 

1.概述

    青岛橡六输送带有限公司隶属于中国化工集团公司，是在青岛橡六集团有限公司（原青岛橡胶六厂）基础上整合、组建的输送带专业化公司。

    根据青岛市“环湾保护，拥湾发展”的发展战略及公司的中、长期发展规划和对国际、国内输送带市场未来需求趋势的预测，在青岛市城阳区棘洪滩橡胶工业园征地329亩，投资6亿元人民币，通过新建1000万平方米输送带生产项目，结合太原路厂区1000万平方米输送带生产设备的搬迁技改，再经过实施扩产1000万平方米输送带生产项目，最终形成3000万平方米输送带生产能力，达产后实现销售收入15亿元人民币。整个发展规划将以国际、国内最先进的输送带制造技术、工艺、装备和生产管理技术，坚持科技创新，积极推进精细化管理模式，将橡六公司打造成一个最先进、最安全、最节能、最环保的国际一流的输送带生产企业。

    本次主要新增车间供配电主要由6个变电所供电：输送带车间一变电所、炼胶车间变电所、办公试验楼变电所、备品备件库变电所、特种输送带车间变电所、输送带车间二变电所。

2.需求分析

    为保证生产管理用电负荷的统计与分析及对危险源实时监控。需要对生产现场的低压配电柜、供电变压器等电气设备进行电压、电流、功率、温度、湿度等参数进行实时在线监控。一旦监控点被监视参数异常，能够及时检测报警，有关人员采取必要的措施，避免安全事故的发生。

    本技术条件适用于公司新建输送带车间一、炼胶车间、办公试验楼、备品备件库、特种输送带车间、输送带车间二的配电室采集柜。供方产品应具有高安全性与可靠性、易于扩展、便于维修与维护。供方提供的产品应至少满足本技术条件，但不仅限于此，其技术性能应满足对配电室数据监控的要求。

   数据采集

   自动采集现场所有电量仪表、温度模块等仪表的模拟量数据，自动采集现场开光状态以及故障状态等开关量数据。

   支持实时采集、自动周期采集（定时采集）可配置周期（1分钟～24小时）。

   支持数据传输正确性检验，异常数据自动处理。

   支持多线程处理机制，提高数据采集效率，能同时对多个设备进行数据采集。

   数据实时显示采用配电室主接线图直观显示模式，各回路开关断合以及故障状态直观可见。

   自动采集现场2-31次谐波，生成图表形式，方便进行谐波分析。

   数据分析与处理

   数据的综合统计、分析需要实现以下功能：

   各设备用电数据小时、日、月、年等时间段内的统计、计算。

   各设备的用电负荷（有功、无功）最大、最小、平均值计算。

   统计各分站及全厂的用电量（有功、无功）。

   数据查询与展示

    要求能方便实现客户端查询和各级管理人员的查询，查询界面能适应各级管理人员的要求能够支持灵活的条件组合查询和对比分析，各类统计分析的数据可灵活采用报表、棒图、曲线图等多种图表方式直观的展示功能。

    数据展示功能按照不同用户的不同的权限，分为操作层、管理层、决策层三层能耗展示。

    操作层具备能耗分析、能耗累计用量、实时监测、运行记录及比例、对比、对标分析等功能。

    管理层具备能耗数据统计和分析、分类分项的对比、对标分析等功能。

    决策层具备能耗数据分析、数据删除、数据库导入/导出等功能。

   权限管理

    要求对不同用户赋予不同角色的权限，能授权到功能子菜单、具体档案记录、数据记录等。

    系统要求具备合理完善的用户安全控制机制，能使应用环境中的信息资源得到有效地保护，防止信息的丢失、失窃和破坏。

节能改造及效果评估

    要求为生产节能改造提供数据支撑，并能提供节能改造前后的效果评估。

   现场控制

    要求具有继电器输出回路，输出控制电压类型交流、直流可选，视现场设备而定。具有直观电气回路状态显示画面，在监控后台可对现场回路进行分闸操作。

   参数设置

    可通过采集柜设置各回路互感器变比，各种电流电压保护整定值，温度保护阈值。

    故障判断与报警

    具有故障自动判断并采用声光方式报警功能。报警类型包括开关故障，电压、电流、温度超限，现场采集模块通讯故障，与监控系统通讯故障等。报警时间自动记入系统数据库，方便用户查询；同时系统通过计算机或短信模块等方式，将报警信息及时发送到工作人员的手机，工作人员可随时掌握变配电站实时运行状态，发现变配电运行故障并作出相应处理，提高变配电的管理效率，提升电力系统安全性、可靠性。

2  系统方案

    安科瑞acrel-2000系统根据青岛橡六新厂区现场实际情况，整体网络结构采用光纤环网，保障了厂区电力监控系统传输的稳定性与实时性。如下图所示：站控管理层、网络通讯层和现场设备层。

    根据现场仪表分布情况，每个车间做一套电力监控系统，6kv配电室及备品备件库内有电力仪表38台 温度巡检仪5台；办公实验楼内有电力仪表61台 温度巡检仪3台；炼胶车间内有电力仪表86台 温度巡检仪9台；特种输送带车间有电力仪表39台 温度巡检仪4台；输送带车间一电有电力仪表93台 温度巡检仪22台；输送带车间一电有电力仪表64台 温度巡检仪10台。本工程中每个车间配有一台plc采集柜，采集现场智能设备的参数，传送至该车间内的监控主机上，然后通过厂区环网交换机将数据上传至监控主站，从而实现数据的整合及指令下发。下图以输送带车间三（特种输送带车间）为例，展示了该车间的整体组网拓扑图，其余车间与该组网方式一致，只是现场智能装置数量不同。

     1）站控管理层

     站控管理层针对电力监控系统的管理人员，是人机交互的直接窗口。在青岛橡六迁建工程中主要指总站2台监控主机及每个分站的监控主机。

     2）网络通讯层

     通讯层主要是由西门子s7-200、nport-5630串口服务器、环网交换机、以太网设备及总线网络组成。其中s7-200的主要功能是监测现场回路的实时运行状态及对现场回路的分闸控制；nport-5630串口服务器主要功能是监测现场智能仪表及温度模块；以太网设备及总线网络的主要功能是实现分站与主站之间的数据交互，使配电系统管理集中化、信息化、智能化，极大提高了配电系统的安全性、可靠性和稳定性，真正达到了无人值守的目的。

    3）现场设备层

     现场设备层是数据采集终端，主要由智能仪表、温度模块、传感器及断路器组成，智能仪表与温度模块通过屏蔽双绞线rs485接口，采用modbus通讯协议总线型连接接入通讯服务器，经通讯服务器和交换机到达该车间监控主机；断路器控制触点通过中间继电器与s7-200相连，与监控主机进行组网，实现远程控制。

    智能仪表现场连接示意

     现场仪表以手拉手方式通过屏蔽双绞线(rvsp2*1.0)进行通讯连接，每根总线连接智能仪表数量在20只左右，不同种类的智能装置连接在不同的总线上，然后将数据上传至串口服务器nport5630-8，进而将数据上传至当地监控终端。具体连接示意图如下所示：

   plc现场连接示意

    s7-200输出控制点通过中间继电器接至断路器控制点位，电力监控系统实现对所有现场回路远程分闸功能。如下图所示：

    进线回路采用acr230elh/k多功能谐波仪表，其是针对电力系统、工矿企业、公共设施、智能大厦的电力监控需求而设计的网络电力仪表，它能测量所有常规电力参数，如：三相电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数、频率、有功电度、无功电度、并可监测电压、电流的2-31次谐波分量等多种电参量。并且本仪表带有4路光电隔离开关量输入接点和2路继电器控制输出接点，这些接点可以配合智能断路器实现断路器的遥信、遥控操作。该系列网络电力仪表主要应用于变电站自动化、配电网自动化、小区电力监控、工业自动化、能源管理系统及智能建筑等领域。

    重要配出回路采用acr220el/k系列网络电力仪表，该仪表主要测量所有常规电力参数，如：三相电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数、频率、有功电度、无功电度。

3  系统功能

    变电所实时监控系统图为主监控画面，主要实时监测变电所所有回路的运行状态，红色代表合闸，绿色代表分闸。在系统图中可以直观的看到每路进线和出线的运行参数和状态，可以看 到变压器出线侧的所有常规电力参数，如：三相电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数、频率、有功电度、变压器温度等，并可远程遥控断路器的分合闸。如下图所示：

 变电所一次系统图

    遥信和遥测报警功能，主要完成对低压各出线回路的开关运行状态和负载进线监控，对开关变位和负载越限弹出报警界面指示具体的报警位置并声音报警，通过手机短信的形式发给当天值班人员，提醒值班人员及时处理。负载越限值在相应权限下可自由设置。具备历史查询功能，

    支持对所有回路功率实时和历史查询报表，方便管理人员深入了解各负荷的运行状况。如下图所示：

功率历史报表

    参数抄表功能，主要对低压各出线回路的电参数进线查询。支持任意时刻电参数查询，具备数据导出和报表打印等功能。该报表查询6座变电所所有变压器出线各低压回路的电参数，主要包括：三相电流、有功功率和有功电度及变压器温度。该报表各回路名称和数据库关联，方便用户修改回路名称。如下图所示

 电参数抄表

    用电量报表功能，可选择时间段进行查询，支持任意时间段电度累计查询，具备数据导出和报表打印等功能。为值班人员提供了精确可靠的电能报表。该报表各回路名称和数据库关联，方便用户修改回路名称。如下图所示，显示办公楼实验楼配电回路的精确用电量，用户可以直接打印报表，可以以excel格式另存到其他位置。 如下图所示：

办公实验楼电能报表

    系统通讯结构示意图，主要显示系统的组网结构，系统采用分层分布式结构，同时监测间隔层设备的通信状态。红色表示通讯正常，绿色表示通讯故障。下图为办公实验楼通讯状态示意图。

办公实验楼通讯结构示意图

    负荷趋势曲线界面中可直观的查看回路的负荷运行情况。查看实时和历史趋势曲线，点击画面相应按钮或菜单项可以完成相应功能的切换；帮助用户进线趋势分析和故障追忆，具备曲线打印功能。为分析整个系统的运行状况提供了直观而方便的软件支持。如下图所示：

趋势曲线图

    复费率电能报表功能，系统可设置任意变压器回路的8时段费率，同时设置峰平谷时段的电价，该报表支持打印和导出功能，管理人员根据系统可直接打印出任意时间段所用电费单，如下图所示:

复费率报表

4  结束语

    在当今配电设施的应用中，工矿企业的配电安全性至关重要，本文介绍的acrel-2000电力监控系统在青岛橡胶六厂的应用，可以实现对变电所供配电回路用电的实时监控，不仅能显示回路用电状况，还具有网络通讯功能，可以与串口服务器、计算机等组成电力监控系统。系统实现对采集数据的分析、处理，实时显示变电所内各配电回路的运行状态，对分合闸、负载越限具有弹出报警对话框、语音提示、短信报警灯，并生成各种电能报表、分析曲线、图形等，便于电能的远程抄表以及分析、研究，同时可远程分合闸操控，该系统运行安全、可靠、稳定，为工厂解决用电问题提供了真实可靠的依据，取得了较好的企业效益。

参考文献：

[1].任致程 周中. 电力电测数字仪表原理与应用指南[m]. 北京. 中国电力出版社. 2007. 4

[2].周中等编著. 智能电网用户端电力监控与电能管理系统产品选型及解决方案[m]. 北京. 机械工业出版社. 2011.10

作者简介：

温刚，男，汉族，本科，工程师，主要研究方向为智能建筑供配电监控系统，手机：13564221630，qq：2880157863