基于組態(tài)軟件的電力監(jiān)控及電能管理系統(tǒng)在PCCP生產(chǎn)企業(yè)中的應用

根 濤 高春花

（山東電力管道工程公司，山東 泰安271222）

0 引言

預應力鋼筒混凝土管（Prestressed Concrete Cylinder Pipe，簡稱PCCP）是目前國際上廣泛使用的大口徑、耐高壓管材。1989年，筆者所在的山東電力管道工程公司從美國Ameron（阿麥隆）公司引進關(guān)鍵設(shè)備和生產(chǎn)工藝，在國內(nèi)建立了第一條正式的PCCP大管生產(chǎn)線。長期以來，由于PCCP 體積及運距的原因，在項目中標所在地建廠成為各PCCP 生產(chǎn)企業(yè)的首選，而生產(chǎn)又離不開電，因此變配電的設(shè)計、安裝和使用是一個企業(yè)開展生產(chǎn)的首要環(huán)節(jié)，變配電設(shè)備的自動化水平也是衡量該企業(yè)設(shè)備自動化程度的重要因素。本文以2011年我公司與國內(nèi)一知名企業(yè)在公司總部建設(shè)并成功運行的一套變配電管理系統(tǒng)為例，詳細介紹該系統(tǒng)在PCCP生產(chǎn)企業(yè)中的應用。

公司總部變電所建于1989 年并在當年投產(chǎn)，改造時已安全運行22年，上級單位檢查時發(fā)現(xiàn)高、低壓開關(guān)柜已不滿足當前安全生產(chǎn)的要求，于是公司在2011年投資新上了高、低壓開關(guān)柜和直流屏，并在此基礎(chǔ)上設(shè)計、安裝了一套電力監(jiān)控及電能管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)基于組態(tài)軟件，為國內(nèi)某企業(yè)的Acrel－2000電力監(jiān)控系統(tǒng)，后經(jīng)筆者在該系統(tǒng)的基礎(chǔ)上做了小幅度的改動，不僅實現(xiàn)了高低壓設(shè)備的遙信、遙控、遙測即“三遙”功能，也實現(xiàn)了電能管理的自動化。

1 系統(tǒng)的構(gòu)成

系統(tǒng)由站控管理層、網(wǎng)絡通訊層（中間層）和現(xiàn)場設(shè)備層（間隔層）三部分組成。

1.1 站控管理層

由工控機、顯示器、打印機、UPS不間斷電源、逆變電源和聲光報警等設(shè)備組成，主要作用是把采集到的數(shù)據(jù)通過顯示器或人機界面顯示給操作人員，同時與間隔層設(shè)備通訊，作為系統(tǒng)與外界對話的接口。

1.2 網(wǎng)絡通訊層

以以太網(wǎng)關(guān)及交換機為基礎(chǔ)，處在站控管理層與間隔層中間位置，其主要作用是將各種現(xiàn)場總線轉(zhuǎn)換成系統(tǒng)能接受的協(xié)議，以實現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)數(shù)據(jù)交換，實現(xiàn)“上傳下達”。它被要求具有強大的通信能力和較高的可靠性。

1.3 現(xiàn)場設(shè)備層

由ACR320ELH/K 多功能電力儀表、RCS9621保護裝置、AB6600開關(guān)柜智能操控裝置、HJ01 直流屏中央監(jiān)控儀和ACR－10/JK 功率因數(shù)自動補償控制器等儀表組成，采用RS485接口連接網(wǎng)絡通訊層設(shè)備，通訊協(xié)議除HJ01 直流屏中央監(jiān)控儀采用CDT 協(xié)議外，其余儀表采用標準Modbus協(xié)議?，F(xiàn)場設(shè)備層中的各種儀表是整個系統(tǒng)最底層、最基礎(chǔ)的部分，它承擔著數(shù)據(jù)就地顯示的任務，也是保證站控管理層得到正確數(shù)據(jù)的關(guān)鍵所在。

2 系統(tǒng)的主要功能

2.1 友好的人機交互界面（HMI）

系統(tǒng)有良好并且簡單易用的用戶界面，其中一次系統(tǒng)圖顯示高、低壓配電網(wǎng)絡的接線情況及運行情況，通信網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)圖反映通信網(wǎng)絡的運行狀態(tài)。該界面可直觀顯示各回路的實時運行狀態(tài)、主要實時電參量，并具有回路帶電、非帶電及故障著色功能。

2.2 數(shù)據(jù)采集

數(shù)據(jù)采集是該系統(tǒng)運行的基礎(chǔ)，它是由現(xiàn)場設(shè)備層的各種儀表將采集到的數(shù)據(jù)實時存入數(shù)據(jù)庫，可實時采集高、低柜開關(guān)柜及直流屏的各電參量及開關(guān)量狀態(tài)，采集的信號包括三相電壓、電流、功率、功率因數(shù)、分時電能、最大需量、高次諧波、開關(guān)位置、設(shè)備運行狀態(tài)等監(jiān)測信息，并將采集到的數(shù)據(jù)直接顯示或通過系統(tǒng)計算統(tǒng)計生成新的直觀的數(shù)據(jù)信息再顯示。同時系統(tǒng)還將采集到的數(shù)據(jù)按需進行數(shù)據(jù)庫存儲，并生成實時數(shù)據(jù)庫和歷史數(shù)據(jù)庫。

2.3 用戶權(quán)限管理

可對不同級別的用戶賦予不同權(quán)限，且高權(quán)限管理低權(quán)限，如本系統(tǒng)中分為操作人員、工程師和管理員三種級別的用戶，這樣可以保證系統(tǒng)在運行過程中的安全性和可靠性。如對某重要回路的合/分閘操作，除需操作人員級別用戶輸入密碼外，還需工程師級別用戶輸入確認密碼后方可完成該操作。

2.4 趨勢分析

系統(tǒng)設(shè)計了實時曲線和歷史曲線，通過這兩種曲線，操作人員可以分析該回路當前負荷運行和歷史負荷狀況。另外，根據(jù)某回路的實時曲線，操作人員可分析出該回路的電氣設(shè)備所引起的信號波動情況，歷史曲線方便了操作人員對監(jiān)測的配電網(wǎng)絡進行質(zhì)量分析。

2.5 事件記錄、故障報警和事故追憶

對配電系統(tǒng)中所有動作事件均有詳細的記錄功能，事件包括所有報警信號、開關(guān)的操作、系統(tǒng)通訊狀況、設(shè)備運行狀況、斷路器動作和狀態(tài)等，還包括事件發(fā)生的時間、位置，當前值班人員是否確認事件等信息。對開關(guān)變位、參量越限等報警信息采用聲音、自動彈出報警畫面或觸發(fā)必要的操作等方式，自動對運行設(shè)備發(fā)送控制指令或提示操作人員迅速排除故障，還可將報警信息通過E－mail、手機短信等方式通知相關(guān)人員。所有動作事件均可追憶及被操作人員查詢，作為處理事故的依據(jù)。

2.6 電能管理

全面細分電能計量，按需即可完成對各回路的電能集抄功能，并可自動生成符合管理需求的用電報表，所有報表均支持查詢或打印。通過報表或圖表的分析，可以防止用電異常。系統(tǒng)提供的需量值可以測算企業(yè)的用電年均最大需量，據(jù)此可以測算企業(yè)未來用電量。

2.7 控制操作

通過工控機或網(wǎng)絡上其他計算機均可對控制對象進行合/分閘操作?？刂茖ο笾饕獮楦叩蛪簲嗦菲鳌楸ＷC受控設(shè)備的安全，所以有可靠的閉鎖和防范措施，控制操作時需要根據(jù)用戶級別，用戶的權(quán)限是操作人員唯一通過網(wǎng)絡來合/分斷路器的一道鎖。

2.8 監(jiān)測電能質(zhì)量

變配電系統(tǒng)會受到外來干擾或本企業(yè)用電設(shè)備干擾，如PCCP企業(yè)大量使用變頻器、直流調(diào)速器都可產(chǎn)生高次諧波，如果不監(jiān)測和消除這些干擾，會大大縮短各用電設(shè)備的使用壽命。該系統(tǒng)可以監(jiān)測各回路的電能質(zhì)量，包括高次諧波分量和畸變率，從而為改善電能質(zhì)量提供數(shù)據(jù)支撐。

2.9 報表管理

系統(tǒng)自帶標準的電能報表格式，可根據(jù)需求設(shè)計符合需要的報表格式，可按時、日、月、年度查詢生成所需的電能報表；也可根據(jù)政府公布的復費率的時段及費率，在多功能網(wǎng)絡儀表上設(shè)定時段，系統(tǒng)即可按設(shè)定值生成電能的峰谷分時電能報表。系統(tǒng)可在組態(tài)軟件中做出各種類型的實時運行報表、歷史報表、告警記錄報表、事件故障及操作記錄報表等，且報表可以另存為Excel文件，方便存儲。使用系統(tǒng)查詢報表時，打印的起點和間隔等參數(shù)可按需設(shè)置。

2.10 WEB發(fā)布

公司局域網(wǎng)或廣域網(wǎng)內(nèi)的多用戶能夠同時通過WEB方式進行監(jiān)控，并可根據(jù)權(quán)限進行相關(guān)操作。

2.11 打印

系統(tǒng)中的各種報表或圖表均可在網(wǎng)絡內(nèi)登陸系統(tǒng)的計算機打印。

3 結(jié)語

目前該系統(tǒng)已成功投用五年，運行安全、穩(wěn)定，對公司的電能管理有著突出貢獻。五年的時間內(nèi)，因系統(tǒng)的運用，公司總部的變電所不僅實現(xiàn)了無人值守，而且僅有的幾次故障均發(fā)出了實時報警。對建材企業(yè)來說，尤其是PCCP生產(chǎn)企業(yè)這種高能耗單位，為最大限度降低生產(chǎn)成本，均會合理執(zhí)行峰谷分時電價，而該系統(tǒng)提供的功能較好地解決了分時電價統(tǒng)計及用電分析問題，為企業(yè)節(jié)約了資金。該系統(tǒng)的成功運用，為PCCP企業(yè)在電力監(jiān)控及電能管理方面提供了一個良好的范例。

［1］胡慈，吳孔松，羅炳華.Acrel－3000型10kV 及以下變配電監(jiān)控系統(tǒng)［J］.建筑電氣，2007（11）：14－17.

［2］蔣偉，劉愛蘭，柳迎春.勝利油田物探院低壓配電系統(tǒng)改造［J］.智能建筑電氣技術(shù)，2008（2）：55－58.