发布日期：2023/6/8

赵斌1

安科瑞电气股份有限公司，上海 嘉定 201801；

摘要：介绍Acrel-3000电能管理系统，采用智能电力仪表采集配电现场的各种电参量。系统采用现场就地组网的方式，组网后通过现场总线通讯远传至监控后台，通过Acrel-3000电能管理系统实现对配电回路用电的实时监控、分析及管理。

关键词：变电所;智能电力仪表;电能管理系统;

0 概述

    淄博市职业病防治院始建于1970年，承担着全市企事业单位接触有害作业人员的健康监护、职业病诊断治疗以及工伤（职业病）病人康复的重要职能，现位于淄博新区南京路与中润大道路口西南，是目前国内地市级最大的职业病防治专业机构。医院于2015年5月9日加挂“淄博市第六人民医院”牌子，正式成为一所市级综合医院。

    该医院主要有3组变压器（10KV/0.4KV）及若干0.4KV馈线回路。

1 客户需求

    医院每年在用电方面的投入成本比较大，主要对用电质量和用电明细均不明确，对用电管理人员造成了很多困惑，根据其实际情况提出以下需求：

    ●变压器的电流越限时无法实时被管理人员得知，安全用电存在隐患，系统需能实现短信告警功能。

    ●人工抄表无法精确到具体科室的用电量，无法真正实现内部绩效考核。

    ●需能实时监测变压器的实时电流、电压、功率及能耗波动情况。

    ●需能够查看具体某个回路或几个回路每天的用电量，并可进行对比，形成饼图、棒图的形式。

    ●每个变压器均可查看当日能耗、昨日能耗及同期能耗值。

    ●系统可实现同比、环比分析功能。

    ●系统可远程访问，使管理人员随时可查看工程系统用电回路工作状态。

    根据用户需求，需要对淄博市职业病防治院建立Acrel-3000电能管理系统（主要是数据的实时监控及能耗数据处理分析），在值班室内设置监控平台，对回路实时监测、统计、分析，以保证用电的安全、可靠和高效。

    安科瑞Acrel-3000电能管理系统，充分利用了现代电子技术、计算机技术、网络技术和现场总线技术的最新发展，对变配电系统进行分散数据采集和集中监控管理。对配电系统的二次设备进行组网，通过计算机和通讯网络，将分散的配电所的现场设备连接为一个有机的整体，实现电网运行的远程监控、集中管理及能效分析。

2 系统结构描述

本监控系统采用分层分布式结构，即站控层，通讯层与间隔层；如图（1）所示：

 

图（1）Acrel-3000电能管理系统网络拓扑图

    间隔设备层主要为：智能电度表、开关量、模拟量采集模块和框架断路器等。这些装置分别对应相应的一次设备安装在电气柜内，这些装置均采用RS485通讯接口，通过现场MODBUS总线组网通讯，实现数据现场采集。

    网络通讯层主要为：通讯服务器，其主要功能为把分散在现场采集装置集中采集，同时远传至站控层，完成现场层和站控层之间的数据交互。

    站控管理层：设有高性能工业计算机、显示器、UPS电源、打印机、短信报警模块、报警蜂鸣器等设备。监控系统安装在计算机上，集中采集显示现场设备运行状况，以人机交互的形式显示给用户。

    改造后增设的智能电度表均采用RS485接口和MODBUS-RTU通讯协议，RS485采用屏蔽线传输，一般都采用二根连线，接线简单方便；通讯接口是半双工通信即通信的双方都可以接收、发送数据但是在同一时刻只能发送或接收数据，数据最高传输速率为10Mbps。

    RS485接口是采用平衡驱动器和差分接收器的组合，抗噪声干扰能力增强，总线上允许连接多达32个设备，最大传输距离为1.2km。

3 Acrel-3000电能管理系统主要功能

3.1  数据采集与处理

    数据采集是配电监控的基础，数据采集主要由底层多功能网络仪表采集完成，实现远程数据的本地实时显示。需要完成采集的信号包括：三相电压U、三相电流I、频率Hz、功率P、功率因数COSφ、电度Epi、远程设备运行状态等数据。

    数据处理主要是把按要求采集到的电参量实时准确的显示给用户，达到配电监控的自动化化和智能化要求，同时把采集到的数据存入数据库供用户查询。

3.2  人机交互

    系统提供简单、易用、良好的用户使用界面。采用全中文界面，CAD图形显示低压配电系统电气一次主接线图，显示配电系统设备状态及相应实时运行参数，画面定时轮巡切换；画面实时动态刷新；模拟量显示；开关量显示；连续记录显示等。

3.3  历时事件

    历时事件查看界面主要为用户查看曾经发生过的故障记录、信号记录、操作记录、越限记录提供方便友好的人机交互，通过历史事件查看平台，您可以根据自己的要求和查询条件方便定位您所要查看的历史事件，为您把握整个系统的运行情况提供了良好的软件支持。

3.4  数据库建立与查询

    主要完成遥测量和遥信量定时采集，并且建立数据库，定期生成报表，以供用户查询打印。

3.5  用户权限管理

    针对不同级别的用户，设置不同的权限组，防止因人为误操作给生产，生活带来的损失，实现配电系统的安全，可靠运行。可以通过用户管理进行用户登录、用户注销、修改密码、添加删除等操作，方便用户对账号和权限的修改。

3.6  运行负荷曲线

    负荷趋势曲线功能主要负责定时重要回路电流和功率负荷参量，自动生成运行负荷趋势曲线的，方便用户及时了解设备的运行负荷状况。点击画面相应按钮或菜单项可以完成相应功能的切换；可以查看实时趋势曲线或历史趋势线；对所选曲线可以进行平移、缩放、量程变换等操作，帮助用户进线趋势分析和故障追忆，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。

3.7  远程报表查询

    报表管理程序的主要功能是根据用户的需要设计报表样式，把系统中处理的数据经过筛选、组合和统计生成用户需要的报表数据。本程序还可以根据用户的需要对报表文件采用定时保存、打印或者召唤保存、打印模式。同时本程序还向用户提供了对生成的报表文件管理功能。

    报表具有自由设置查询时间实现日、月、年的电能统计，数据导出和报表打印等功能。

3.8  系统能耗分析功能

    可实现对能耗系统同比、环比分析；根据自定义时间段查询峰、平、谷电度值；根据班组能耗可核算某个班组的能效比。

4 案例分析

    根据本项目现场的回路，系统可实时显示一次回路运行状况，功能有电量遥测主要监测运行设备的电参量，其中包括：线三相电压、电流、功率、功率因数、电能，频率等电参量。见图（2）

 

图（2）系统配电二次图

    遥测报警功能，主要完成对变压器和主变负载越限弹出报警界面指示具体的报警位置并声音报警，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，见图（3）。

 

图（3） 越限报警信息

    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，用户可以直接打印报表，可以以EXCEL格式另存到其他位置，图（4）变压器电能统计报表。

 

图（4） 电能报表

    参数抄表功能，主要所有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。该报表查询个配电回路的电参数，主要包括：三相电压、三相电流、有功功率、无功功率、频率和有功电度。该报表各回路名称和数据库关联，方便用户修改回路名称，如图（5）所示。

 
图（5） 参数抄表

    实时功率因数监测功能，功率因数过低系统实时告警，用户根据功率因数状况对该回路的设备进行维修或更换。功率因数报表如图（6）所示。

 

图（6）功率因数趋势图

    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，见图（7）。

 

图（7）电流趋势曲线图

    系统可针对不同级别的用户，设置不同的权限组，防止因人为误操作给生产，生活带来的损失，实现配电系统的安全，可靠运行。可以通过用户管理进行用户登录、用户注销、修改密码、添加删除等操作，方便用户对账号和权限的修改。

    整个系统的投入后，根据后续管理节能和设备改造节能，其公司每年可节省大量成本。

4 结束语

    该Acrel-3000电能管理系统可以实时采集整个企业在生产过程中主变和变压器能耗数据，并对所有数据在线实施监测，并对过程中出现能耗异常的数据进行报警提示。还可以对过程中的能耗信息以图表或者数据表格方式提供数据分析和比较功能，通过设备与设备之间、科室与科室之间的横向对比，或者周与周、月与月之间的纵向比较，找出能源消耗过程中存在的浪费和隐患。通过向用户设计各种统计报表建立医院能耗设备评估系统和科室能耗考核管理体系，来优化医院的能源消耗，让员工从由过去被动节能向主动节能的思想意识转变，来提高医院能耗使用效率。

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：
赵斌，男，本科，安科瑞电气股份有限公司工程师，主要研究方向为智能电力监控与电能管理系统.

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