安科瑞 陳聰 周潔 陳正 于洋

摘要：介紹安科瑞電能管理系統(tǒng)，采用智能電力儀表采集10個地點樓層配電箱的各種電參量。系統(tǒng)采用現(xiàn)場就地組網(wǎng)的方式，組網(wǎng)后通過現(xiàn)場總線通訊遠傳至監(jiān)控后臺，通過電能管理系統(tǒng)實現(xiàn)對變電所配電回路用電的實時監(jiān)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(tǒng);

0 概述

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

    寧夏醫(yī)科大學附屬醫(yī)院有10座樓270個回路配電回路。

1 客戶需求

    寧夏醫(yī)科大學附屬醫(yī)院現(xiàn)場270個回路配電回路分布在10座樓內(nèi)，對用電管理人員很大的不便，根據(jù)其實際情況提出以下需求：

    (1)、與現(xiàn)有能源管理系統(tǒng)友好兼容；

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

    (3)、樓層配電箱中，雙電源線路只監(jiān)測主電源電量；

    (4)、系統(tǒng)總軟件未來能夠繼續(xù)擴充其他能源系統(tǒng)，如暖通空調(diào)等；

    (5)、與科研樓、外科樓目前動力能源監(jiān)控系統(tǒng)友好兼容；

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

    (7)、實時監(jiān)測各配電室低壓線路運行狀況及參數(shù)?？s短故障響應時間，提高供電可靠性；

    (8)、提供整體通訊解決方案，系統(tǒng)地解決各層次設(shè)備可靠、高速通訊的問題。為實現(xiàn)數(shù)字化供配電系統(tǒng)奠定基礎(chǔ)；

    (9)、實現(xiàn)醫(yī)院各樓層或各科室電量自動計量。

    (10)、系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)故障和異常的預警報警，并能夠?qū)v史數(shù)據(jù)進行存儲分析；。

    根據(jù)用戶需求，需要對第十寧夏醫(yī)科大學附屬醫(yī)院10座樓進行組網(wǎng)并建立電能管理系統(tǒng)（主要是數(shù)據(jù)的實時監(jiān)控），在控制中心值班室內(nèi)設(shè)置監(jiān)控平臺，對270個回路實時監(jiān)測、統(tǒng)計、分析，以保證用電的安全、可靠。

    安科瑞電能管理系統(tǒng)，充分利用了現(xiàn)代電子技術(shù)、計算機技術(shù)、網(wǎng)絡技術(shù)和現(xiàn)場總線技術(shù)的新發(fā)展，對變配電系統(tǒng)進行分散數(shù)據(jù)采集和集中監(jiān)控管理。對配電系統(tǒng)的二次設(shè)備進行組網(wǎng)，通過計算機和通訊網(wǎng)絡，將分散的配電所的現(xiàn)場設(shè)備連接為一個有機的整體，實現(xiàn)電網(wǎng)運行的遠程監(jiān)控、集中管理。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)描述

    本系統(tǒng)采用分層分布式結(jié)構(gòu)進行設(shè)計，即站控管理層、網(wǎng)絡通訊層和現(xiàn)場設(shè)備層，項目組網(wǎng)圖如下，現(xiàn)場10個網(wǎng)絡地點的PZ80L-E4/KC、DTSF1352、ARTM-1儀表經(jīng)RS485現(xiàn)場總線連接至串口服務器，然后通過以太網(wǎng)經(jīng)光纖傳輸至現(xiàn)場監(jiān)控主機，實現(xiàn)數(shù)據(jù)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(tǒng)網(wǎng)絡拓撲圖

    間隔設(shè)備層主要為：PZ80L-E4/KC、DTSF1352、ARTM-1儀表，分別對應相應的一次設(shè)備分散安裝在10座樓配電室的電氣柜內(nèi)，這些裝置均采用RS485通訊接口，通過現(xiàn)場MODBUS總線組網(wǎng)通訊，實現(xiàn)數(shù)據(jù)現(xiàn)場采集。

    網(wǎng)絡通訊層主要為：通訊服務器，其主要功能為把分散在現(xiàn)場采集裝置集中采集，同時遠傳至站控層，完成現(xiàn)場層和站控層之間的數(shù)據(jù)交互。

    站控管理層：設(shè)有高性能工業(yè)計算機、顯示器、UPS電源、打印機等設(shè)備。監(jiān)控系統(tǒng)安裝在計算機上，集中采集顯示現(xiàn)場設(shè)備運行狀況，以人機交互的形式顯示給用戶。

    建設(shè)完成后的多功能網(wǎng)絡電力儀表均采用RS485接口和MODBUS-RTU通訊協(xié)議，RS485采用屏蔽線傳輸，一般都采用二根連線，接線簡單方便；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(shù)據(jù)但是在同一時刻只能發(fā)送或接收數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)傳輸速率為10Mbps。

    RS485接口是采用平衡驅(qū)動器和差分接收器的組合，抗噪聲干擾的能力增強，總線上允許連接多達32個設(shè)備，傳輸距離為1.2km。

3 電能管理系統(tǒng)主要功能

3.1  數(shù)據(jù)采集與處理

    數(shù)據(jù)采集是電能管理的基礎(chǔ)，數(shù)據(jù)采集主要由底層多功能網(wǎng)絡儀表采集完成，實現(xiàn)遠程數(shù)據(jù)的本地實時顯示。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(shù)COSφ、電度Epi、遠程設(shè)備運行狀態(tài)等數(shù)據(jù)。

    數(shù)據(jù)處理主要是把按要求采集到的電參量實時準確的顯示給用戶，達到電能管理的自動化化和智能化要求，同時把采集到的數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫供用戶查詢。

3.2  歷史事件

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

3.3  數(shù)據(jù)庫建立與查詢

    主要完成遙測量和遙信量定時采集，并且建立數(shù)據(jù)庫，定期生成報表，以供用戶查詢打印。

3.4  用戶權(quán)限管理

    針對不同級別的用戶，設(shè)置不同的權(quán)限組，防止因人為誤操作給生產(chǎn)，生活帶來的損失，實現(xiàn)配電系統(tǒng)的安全，可靠運行?？梢酝ㄟ^用戶管理進行用戶登錄、用戶注銷、修改密碼、添加刪除等操作，方便用戶對賬號和權(quán)限的修改。

3.5  運行負荷曲線

    負荷趨勢曲線功能主要負責定時重要回路電流和功率負荷參量，自動生成運行負荷趨勢曲線的，方便用戶及時了解設(shè)備的運行負荷狀況。點擊畫面相應按鈕或菜單項可以完成相應功能的切換；可以查看實時趨勢曲線或歷史趨勢線；對所選曲線可以進行平移、縮放、量程變換等操作，幫助用戶進線趨勢分析和故障追憶，為分析整個系統(tǒng)的運行狀況提供了直觀而方便的軟件支持。

3.6  遠程報表查詢

    報表管理程序的主要功能是根據(jù)用戶的需要設(shè)計報表樣式，把系統(tǒng)中處理的數(shù)據(jù)經(jīng)過篩選、組合和統(tǒng)計生成用戶需要的報表數(shù)據(jù)。本程序還可以根據(jù)用戶的需要對報表文件采用定時保存、打印或者召喚保存、打印模式。同時本程序還向用戶提供了對生成的報表文件管理功能。

    報表具有自由設(shè)置查詢時間實現(xiàn)日、月、年的電能統(tǒng)計，數(shù)據(jù)導出和報表打印等功能。

3.7 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)功能

    電能管理系統(tǒng)通過廠內(nèi)局域網(wǎng)將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)至控制中心的SQL Server數(shù)據(jù)庫中，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享，避免數(shù)據(jù)的重復采集。

4 案例分析

    本監(jiān)控系統(tǒng)主要實現(xiàn)云南省昆明市第十寧夏醫(yī)科大學附屬醫(yī)院10座樓270個回路配電回路實時監(jiān)測、分析及管理，監(jiān)控范圍如下表1所示：

表（1） 監(jiān)測點位分布表

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

    PZ80L-E4/KC尺寸及詳細參數(shù)如下圖2所示：

圖（2）  PZ80L-E4/KC尺寸

    能源平臺主界面，系統(tǒng)監(jiān)控現(xiàn)場所有地點在能源平臺主界面上以平面全景圖的方式直觀展示，用戶點擊相應全景圖上相應的的地點即可進入對應地點的監(jiān)控畫面。

    系統(tǒng)監(jiān)控現(xiàn)場所有點的通訊狀態(tài)，紅色綠色分別代表儀表通訊異常和正常，便于用戶查看各監(jiān)測點通訊狀態(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，提醒值班人員及時處理。負載越限值在相應權(quán)限下可自由設(shè)置。具備歷史查詢功能，見圖。

越限報警信息

    用電量報表功能，可選擇時間段進行查詢，支持任意時間段電度累計查詢，具備數(shù)據(jù)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。該報表各回路名稱和數(shù)據(jù)庫關(guān)聯(lián)，方便用戶修改回路名稱，用戶可以直接打印報表，并導出為EXCEL格式如圖所示：

電能報表

    參數(shù)抄表功能，主要所有回路的電參數(shù)進線查詢。支持任意時刻電參數(shù)查詢，具備數(shù)據(jù)導出和報表打印等功能。電參數(shù)主要包括：三相電壓、三相電流、有功功率、無功功率、頻率和有功電度。如圖所示。

參數(shù)抄表

    負荷趨勢曲線界面中可直觀的查看回路的負荷運行情況。查看實時和歷史趨勢曲線，點擊畫面相應按鈕或菜單項可以完成相應功能的切換；幫助用戶進線趨勢分析和故障追憶，具備曲線打印功能。為分析整個系統(tǒng)的運行狀況提供了直觀而方便的軟件支持，見圖。

電流趨勢曲線圖

    系統(tǒng)可針對不同級別的用戶，設(shè)置不同的權(quán)限組，防止因人為誤操作給生產(chǎn)，生活帶來的損失，實現(xiàn)配電系統(tǒng)的安全，可靠運行?？梢酝ㄟ^用戶管理進行用戶登錄、用戶注銷、修改密碼、添加刪除等操作，方便用戶對賬號和權(quán)限的修改，如圖所示。

用戶權(quán)限操作示意圖

4 結(jié)束語

    1）本系統(tǒng)于2014年9月完成現(xiàn)場調(diào)試，順利通過用戶驗收并投入運行，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，至今未出現(xiàn)任何故障，得到用戶好評。

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

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