安科瑞 陳聰 周潔 陳正 于洋

摘要：介紹安科瑞電能管理系統，采用智能電力儀表采集10個(gè)地點(diǎn)樓層配電箱的各種電參量。系統采用現場(chǎng)就地組網(wǎng)的方式，組網(wǎng)后通過(guò)現場(chǎng)總線(xiàn)通訊遠傳至監控后臺，通過(guò)電能管理系統實(shí)現對變電所配電回路用電的實(shí)時(shí)監控和管理。 

關(guān)鍵詞：樓層配電箱;智能電力儀表;電能管理系統;

0 概述

    寧夏醫科大學(xué)附屬醫院的前身是解放前的寧夏省立醫院。1949年新中國成立后，由人民政府接管，該稱(chēng)寧夏省人民醫院。1954年寧夏省撤消后，改稱(chēng)甘肅省第二人民醫院。1958年寧夏回族自治區成立后，改為自治區人民醫院，1973年改為寧夏醫科大學(xué)附屬醫院。

    寧夏醫科大學(xué)附屬醫院有10座樓270個(gè)回路配電回路。

1 客戶(hù)需求

    寧夏醫科大學(xué)附屬醫院現場(chǎng)270個(gè)回路配電回路分布在10座樓內，對用電管理人員很大的不便，根據其實(shí)際情況提出以下需求：

    (1)、與現有能源管理系統友好兼容；

    (2)、配電室低壓抽屜柜中，只監測常用線(xiàn)路，對于備用的線(xiàn)路暫不作處理；

    (3)、樓層配電箱中，雙電源線(xiàn)路只監測主電源電量；

    (4)、系統總軟件未來(lái)能夠繼續擴充其他能源系統，如暖通空調等；

    (5)、與科研樓、外科樓目前動(dòng)力能源監控系統友好兼容；

    (6)、設立集中監控中心?？焖夙憫娋W(wǎng)故障、快速判斷故障原因和故障地點(diǎn)、快速恢復供電。

    (7)、實(shí)時(shí)監測各配電室低壓線(xiàn)路運行狀況及參數?？s短故障響應時(shí)間，提高供電可靠性；

    (8)、提供整體通訊解決方案，系統地解決各層次設備可靠、高速通訊的問(wèn)題。為實(shí)現數字化供配電系統奠定基礎；

    (9)、實(shí)現醫院各樓層或各科室電量自動(dòng)計量。

    (10)、系統能夠實(shí)現故障和異常的預警報警，并能夠對歷史數據進(jìn)行存儲分析；。

    根據用戶(hù)需求，需要對第十寧夏醫科大學(xué)附屬醫院10座樓進(jìn)行組網(wǎng)并建立電能管理系統（主要是數據的實(shí)時(shí)監控），在控制中心值班室內設置監控平臺，對270個(gè)回路實(shí)時(shí)監測、統計、分析，以保證用電的安全、可靠。

    安科瑞電能管理系統，充分利用了現代電子技術(shù)、計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò )技術(shù)和現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)的新發(fā)展，對變配電系統進(jìn)行分散數據采集和集中監控管理。對配電系統的二次設備進(jìn)行組網(wǎng)，通過(guò)計算機和通訊網(wǎng)絡(luò )，將分散的配電所的現場(chǎng)設備連接為一個(gè)有機的整體，實(shí)現電網(wǎng)運行的遠程監控、集中管理。

2 系統結構描述

    本系統采用分層分布式結構進(jìn)行設計，即站控管理層、網(wǎng)絡(luò )通訊層和現場(chǎng)設備層，項目組網(wǎng)圖如下，現場(chǎng)10個(gè)網(wǎng)絡(luò )地點(diǎn)的PZ80L-E4/KC、DTSF1352、ARTM-1儀表經(jīng)RS485現場(chǎng)總線(xiàn)連接至串口服務(wù)器，然后通過(guò)以太網(wǎng)經(jīng)光纖傳輸至現場(chǎng)監控主機，實(shí)現數據的采集，存儲，處理，顯示和上傳如圖（1）所示：

圖（1）電能管理系統網(wǎng)絡(luò )拓撲圖

    間隔設備層主要為：PZ80L-E4/KC、DTSF1352、ARTM-1儀表，分別對應相應的一次設備分散安裝在10座樓配電室的電氣柜內，這些裝置均采用RS485通訊接口，通過(guò)現場(chǎng)MODBUS總線(xiàn)組網(wǎng)通訊，實(shí)現數據現場(chǎng)采集。

    網(wǎng)絡(luò )通訊層主要為：通訊服務(wù)器，其主要功能為把分散在現場(chǎng)采集裝置集中采集，同時(shí)遠傳至站控層，完成現場(chǎng)層和站控層之間的數據交互。

    站控管理層：設有高性能工業(yè)計算機、顯示器、UPS電源、打印機等設備。監控系統安裝在計算機上，集中采集顯示現場(chǎng)設備運行狀況，以人機交互的形式顯示給用戶(hù)。

    建設完成后的多功能網(wǎng)絡(luò )電力儀表均采用RS485接口和MODBUS-RTU通訊協(xié)議，RS485采用屏蔽線(xiàn)傳輸，一般都采用二根連線(xiàn)，接線(xiàn)簡(jiǎn)單方便；通訊接口是半雙工通信即通信的雙方都可以接收、發(fā)送數據但是在同一時(shí)刻只能發(fā)送或接收數據，數據傳輸速率為10Mbps。

    RS485接口是采用平衡驅動(dòng)器和差分接收器的組合，抗噪聲干擾的能力增強，總線(xiàn)上允許連接多達32個(gè)設備，傳輸距離為1.2km。

3 電能管理系統主要功能

3.1  數據采集與處理

    數據采集是電能管理的基礎，數據采集主要由底層多功能網(wǎng)絡(luò )儀表采集完成，實(shí)現遠程數據的本地實(shí)時(shí)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Epi、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(shí)時(shí)準確的顯示給用戶(hù)，達到電能管理的自動(dòng)化化和智能化要求，同時(shí)把采集到的數據存入數據庫供用戶(hù)查詢(xún)。

3.2  歷史事件

    歷史事件查看界面主要為用戶(hù)查看曾經(jīng)發(fā)生過(guò)的故障記錄、信號記錄、操作記錄、越限記錄提供方便友好的人機交互，通過(guò)歷史事件查看平臺，您可以根據自己的要求和查詢(xún)條件方便定位您所要查看的歷史事件，為您把握整個(gè)系統的運行情況提供了良好的軟件支持。

3.3  數據庫建立與查詢(xún)

    主要完成遙測量和遙信量定時(shí)采集，并且建立數據庫，定期生成報表，以供用戶(hù)查詢(xún)打印。

3.4  用戶(hù)權限管理

    針對不同級別的用戶(hù)，設置不同的權限組，防止因人為誤操作給生產(chǎn)，生活帶來(lái)的損失，實(shí)現配電系統的安全，可靠運行?？梢酝ㄟ^(guò)用戶(hù)管理進(jìn)行用戶(hù)登錄、用戶(hù)注銷(xiāo)、修改密碼、添加刪除等操作，方便用戶(hù)對賬號和權限的修改。

3.5  運行負荷曲線(xiàn)

    負荷趨勢曲線(xiàn)功能主要負責定時(shí)重要回路電流和功率負荷參量，自動(dòng)生成運行負荷趨勢曲線(xiàn)的，方便用戶(hù)及時(shí)了解設備的運行負荷狀況。點(diǎn)擊畫(huà)面相應按鈕或菜單項可以完成相應功能的切換；可以查看實(shí)時(shí)趨勢曲線(xiàn)或歷史趨勢線(xiàn)；對所選曲線(xiàn)可以進(jìn)行平移、縮放、量程變換等操作，幫助用戶(hù)進(jìn)線(xiàn)趨勢分析和故障追憶，為分析整個(gè)系統的運行狀況提供了直觀(guān)而方便的軟件支持。

3.6  遠程報表查詢(xún)

    報表管理程序的主要功能是根據用戶(hù)的需要設計報表樣式，把系統中處理的數據經(jīng)過(guò)篩選、組合和統計生成用戶(hù)需要的報表數據。本程序還可以根據用戶(hù)的需要對報表文件采用定時(shí)保存、打印或者召喚保存、打印模式。同時(shí)本程序還向用戶(hù)提供了對生成的報表文件管理功能。

    報表具有自由設置查詢(xún)時(shí)間實(shí)現日、月、年的電能統計，數據導出和報表打印等功能。

3.7 數據轉發(fā)功能

    電能管理系統通過(guò)廠(chǎng)內局域網(wǎng)將數據轉發(fā)至控制中心的SQL Server數據庫中，實(shí)現數據的共享，避免數據的重復采集。

4 案例分析

    本監控系統主要實(shí)現云南省昆明市第十寧夏醫科大學(xué)附屬醫院10座樓270個(gè)回路配電回路實(shí)時(shí)監測、分析及管理，監控范圍如下表1所示：

表（1） 監測點(diǎn)位分布表

    安科瑞電氣股份有限公司為其選用PZ80L-E4/KC的多功能網(wǎng)絡(luò )電力儀表。

    PZ80L-E4/KC尺寸及詳細參數如下圖2所示：

圖（2）  PZ80L-E4/KC尺寸

    能源平臺主界面，系統監控現場(chǎng)所有地點(diǎn)在能源平臺主界面上以平面全景圖的方式直觀(guān)展示，用戶(hù)點(diǎn)擊相應全景圖上相應的的地點(diǎn)即可進(jìn)入對應地點(diǎn)的監控畫(huà)面。

    系統監控現場(chǎng)所有點(diǎn)的通訊狀態(tài)，紅色綠色分別代表儀表通訊異常和正常，便于用戶(hù)查看各監測點(diǎn)通訊狀態(tài)，如圖：

 通訊狀態(tài)圖1

 通訊狀態(tài)圖2

通訊狀態(tài)圖3

    遙測報警功能，主要完成對直變和主變負載越限彈出報警界面指示具體的報警位置并聲音報警，提醒值班人員及時(shí)處理。負載越限值在相應權限下可自由設置。具備歷史查詢(xún)功能，見(jiàn)圖。

越限報警信息

    用電量報表功能，可選擇時(shí)間段進(jìn)行查詢(xún)，支持任意時(shí)間段電度累計查詢(xún)，具備數據導出和報表打印等功能。為值班人員提供了可靠的電能報表。該報表各回路名稱(chēng)和數據庫關(guān)聯(lián)，方便用戶(hù)修改回路名稱(chēng)，用戶(hù)可以直接打印報表，并導出為EXCEL格式如圖所示：

電能報表

    參數抄表功能，主要所有回路的電參數進(jìn)線(xiàn)查詢(xún)。支持任意時(shí)刻電參數查詢(xún)，具備數據導出和報表打印等功能。電參數主要包括：三相電壓、三相電流、有功功率、無(wú)功功率、頻率和有功電度。如圖所示。

參數抄表

    負荷趨勢曲線(xiàn)界面中可直觀(guān)的查看回路的負荷運行情況。查看實(shí)時(shí)和歷史趨勢曲線(xiàn)，點(diǎn)擊畫(huà)面相應按鈕或菜單項可以完成相應功能的切換；幫助用戶(hù)進(jìn)線(xiàn)趨勢分析和故障追憶，具備曲線(xiàn)打印功能。為分析整個(gè)系統的運行狀況提供了直觀(guān)而方便的軟件支持，見(jiàn)圖。

電流趨勢曲線(xiàn)圖

    系統可針對不同級別的用戶(hù)，設置不同的權限組，防止因人為誤操作給生產(chǎn)，生活帶來(lái)的損失，實(shí)現配電系統的安全，可靠運行?？梢酝ㄟ^(guò)用戶(hù)管理進(jìn)行用戶(hù)登錄、用戶(hù)注銷(xiāo)、修改密碼、添加刪除等操作，方便用戶(hù)對賬號和權限的修改，如圖所示。

用戶(hù)權限操作示意圖

4 結束語(yǔ)

    1）本系統于2014年9月完成現場(chǎng)調試，順利通過(guò)用戶(hù)驗收并投入運行，系統穩定可靠，至今未出現任何故障，得到用戶(hù)好評。

    2）本項目的成功實(shí)施表明：本項目的技術(shù)方案是科學(xué)的、合理的、可行的。

    3）本系統采用對分布式配電的集中監控，達到了預期的效果，電能管理軟件運行界面滿(mǎn)足了用戶(hù)需求，并有效降低了設計和施工成本。