基于組態軟件的電力監控及電能管理系統在PCCP生產企業中的應用

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）公司引進關鍵設備和生產工藝，在國內建立了第一條正式的PCCP大管生產線。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 生產企業的首選，而生產又離不開電，因此變配電的設計、安裝和使用是一個企業開展生產的首要環節，變配電設備的自動化水平也是衡量該企業設備自動化程度的重要因素。本文以2011年我公司與國內一知名企業在公司總部建設并成功運行的一套變配電管理系統為例，詳細介紹該系統在PCCP生產企業中的應用。

公司總部變電所建于1989 年并在當年投產，改造時已安全運行22年，上級單位檢查時發現高、低壓開關柜已不滿足當前安全生產的要求，于是公司在2011年投資新上了高、低壓開關柜和直流屏，并在此基礎上設計、安裝了一套電力監控及電能管理系統，該系統基于組態軟件，為國內某企業的Acrel－2000電力監控系統，后經筆者在該系統的基礎上做了小幅度的改動，不僅實現了高低壓設備的遙信、遙控、遙測即“三遙”功能，也實現了電能管理的自動化。

1 系統的構成

系統由站控管理層、網絡通訊層（中間層）和現場設備層（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備組成，主要作用是把采集到的數據通過顯示器或人機界面顯示給操作人員，同時與間隔層設備通訊，作為系統與外界對話的接口。

1.2 網絡通訊層

以以太網關及交換機為基礎，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場總線轉換成系統能接受的協議，以實現系統內數據交換，實現“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 現場設備層

由ACR320ELH/K 多功能電力儀表、RCS9621保護裝置、AB6600開關柜智能操控裝置、HJ01 直流屏中央監控儀和ACR－10/JK 功率因數自動補償控制器等儀表組成，采用RS485接口連接網絡通訊層設備，通訊協議除HJ01 直流屏中央監控儀采用CDT 協議外，其余儀表采用標準Modbus協議。現場設備層中的各種儀表是整個系統最底層、最基礎的部分，它承擔著數據就地顯示的任務，也是保證站控管理層得到正確數據的關鍵所在。

2 系統的主要功能

2.1 友好的人機交互界面（HMI）

系統有良好并且簡單易用的用戶界面，其中一次系統圖顯示高、低壓配電網絡的接線情況及運行情況，通信網絡結構圖反映通信網絡的運行狀態。該界面可直觀顯示各回路的實時運行狀態、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 數據采集

數據采集是該系統運行的基礎，它是由現場設備層的各種儀表將采集到的數據實時存入數據庫，可實時采集高、低柜開關柜及直流屏的各電參量及開關量狀態，采集的信號包括三相電壓、電流、功率、功率因數、分時電能、最大需量、高次諧波、開關位置、設備運行狀態等監測信息，并將采集到的數據直接顯示或通過系統計算統計生成新的直觀的數據信息再顯示。同時系統還將采集到的數據按需進行數據庫存儲，并生成實時數據庫和歷史數據庫。

2.3 用戶權限管理

可對不同級別的用戶賦予不同權限，且高權限管理低權限，如本系統中分為操作人員、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

系統設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，根據某回路的實時曲線，操作人員可分析出該回路的電氣設備所引起的信號波動情況，歷史曲線方便了操作人員對監測的配電網絡進行質量分析。

2.5 事件記錄、故障報警和事故追憶

對配電系統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、開關的操作、系統通訊狀況、設備運行狀況、斷路器動作和狀態等，還包括事件發生的時間、位置，當前值班人員是否確認事件等信息。對開關變位、參量越限等報警信息采用聲音、自動彈出報警畫面或觸發必要的操作等方式，自動對運行設備發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。

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。系統提供的需量值可以測算企業的用電年均最大需量，據此可以測算企業未來用電量。

2.7 控制操作

通過工控機或網絡上其他計算機均可對控制對象進行合/分閘操作。控制對象主要為高低壓斷路器。為保證受控設備的安全，所以有可靠的閉鎖和防范措施，控制操作時需要根據用戶級別，用戶的權限是操作人員唯一通過網絡來合/分斷路器的一道鎖。

2.8 監測電能質量

變配電系統會受到外來干擾或本企業用電設備干擾，如PCCP企業大量使用變頻器、直流調速器都可產生高次諧波，如果不監測和消除這些干擾，會大大縮短各用電設備的使用壽命。該系統可以監測各回路的電能質量，包括高次諧波分量和畸變率，從而為改善電能質量提供數據支撐。

2.9 報表管理

系統自帶標準的電能報表格式，可根據需求設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；也可根據政府公布的復費率的時段及費率，在多功能網絡儀表上設定時段，系統即可按設定值生成電能的峰谷分時電能報表。系統可在組態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。使用系統查詢報表時，打印的起點和間隔等參數可按需設置。

2.10 WEB發布

公司局域網或廣域網內的多用戶能夠同時通過WEB方式進行監控，并可根據權限進行相關操作。

2.11 打印

系統中的各種報表或圖表均可在網絡內登陸系統的計算機打印。

3 結語

目前該系統已成功投用五年，運行安全、穩定，對公司的電能管理有著突出貢獻。五年的時間內，因系統的運用，公司總部的變電所不僅實現了無人值守，而且僅有的幾次故障均發出了實時報警。對建材企業來說，尤其是PCCP生產企業這種高能耗單位，為最大限度降低生產成本，均會合理執行峰谷分時電價，而該系統提供的功能較好地解決了分時電價統計及用電分析問題，為企業節約了資金。該系統的成功運用，為PCCP企業在電力監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 及以下變配電監控系統［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改造［J］.智能建筑電氣技術，2008（2）：55－58.