任华

安科瑞电气股份有限公司，上海 嘉定  201801

 

摘要：本文主要介绍了吴淞中心医院采用安科瑞智能电力仪表对配电现场的各种电参量的采集，通过总线型组网方式，把数据上传至后台，进行智能化组网。系统实现了分散式采集和集中控制管理的智能化、数字化、网络化电能管理。 

关键词：高效率；网络电力仪表；电能管理

 

1.项目简介

吴淞中心医院创建于1934年，医院占地面积42亩，建筑面积21500平方米，绿化面积6623平方米。医院现有核定床位402张，实际开放床位524张，有正式在编职工804人，卫技人员668人，其中高级职称47人，中级职称132人。有临床医技一级科室25个（其中中医为上海市示范性中医科），二级科室36个。

为了加强医院用电的科学管理和用电设备的技术改造及提高电能的利用率，吴淞中心医院需设计一套电能管理系统，此项目的监控范围为：吴淞中心医院变电所内智能仪表的运行参数，吴淞中心医院共一个变电所，变电所内有2路变压器（1#变压器、2#变压器）出线及93路普通馈线。

上海安科瑞电气股份有限公司于2012年10月承接了吴淞医院系统集成工作，并根据吴淞医院现场实际情况，为其选用了我司ACREL-3000电能管理系统。

进线回路采用ACR220ELH多功能谐波仪表，其是针对电力系统、工矿企业、公共设施、智能大厦的电力监控需求而设计的网络电力仪表，它能测量所有常规电力参数，如：三相电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数、频率、有功电度、无功电度、并可监测电压、电流的2-31次谐波分量等多种电参量。并且本仪表带有4路光电隔离开关量输入接点和2路继电器控制输出接点，这些接点可以配合智能断路器实现断路器的遥信、遥控操作。该系列网络电力仪表主要应用于变电站自动化、配电网自动化、小区电能管理、工业自动化、能源管理系统及智能建筑等领域。[1] ，普通馈线回路采用PZ96L-E4/C智能可编程电力仪表，该仪表主要测量所有常规电力参数，如：三相电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数、频率、有功电度、无功电度。

2.系统设计方案

2.1设计标准

GB2887-2000              《计算站场地技术要求》

GB/T13729-2002            《远动终端通用技术条件》

DL478-2001               《静态继电保护及安全自动装置通用技术条件》

DL/T400-2010             《继电器和安全自动装置技术规程》

DL/T 814-2002             《配电自动化系统功能规范》

DL/T634-2002                 《远动设备和系统传输规约基本远动任务配套标准》

DL/T721-2000                  《配电网自动化系统远方终端》

DL/T770-2001                  《微机变压器保护装置通用技术条件》

GB/T50063-2008          《电力装置的电测量仪表装置设计规范》

GB-14285-2006             《继电保护和安全自动装置技术规程》

GBJ232-2002                   《建筑电气工程施工质量验收规范》

GB/T15145-2001           《微机线路保护装置通用技术条件》

GB50171-2006            《电气装置安装工作盘、柜及二次回路结线施工及验收规范》

GB/50198-2011             《监控系统工程技术规范》

GB/T17626.5                                《浪涌（冲击）抗扰度试验》

DL/T5003-2005            《电力系统调度自动化设计技术规程》

2.2系统目标设计

企业电能管理系统是应用物联网技术和智能电网理念结合现代电力需求侧电能管理思想为企业构建的电能管理ERP系统。其目标是让企业通过电能管理系统科学管理电能，实现“安全、可靠、经济、高效、洁净”的用的目标和电能管理“四化”。

1、实现电能管理可视化。将电、电能这一无形、无色、无味的成本通过传感技术实现可视化管理，就是让我们：

n 看到电能的运动，从电网公司买得电去了哪里：

n 看到电能的质量，使用的电能质量如何，哪些设备在排放电力污染；

n 看到电能的浪费，每条的待机用电、辅助用电、变压器损耗、线路损耗；

n 看到电能的危险，哪些设备发热、哪些设备有安全隐患、哪些设备用电指标异常；

n 看到电费的增加，每个楼层的当日电费与累计电费，动态看到企业的成本随时间的流失而流失；

2、实现电能管理数字化。电难管是人们对它陌生，电好电坏、管好管不好、节约与浪费、要用不要用没有具体标准和尺度，必须将用电、管电、节电用数字进行量化，电能数字化的目标是：

n 用多用少拿电量说话；

n 电能质量好坏拿国家标准说话；

n 节约浪费拿电能运行指标说话；

n 节约浪费拿产品单耗说话；

n 安全可靠拿用电异常和故障发生的百分数说话；

3、实现电能管理专业化。电难管的另一个原因有时专业性强，人们对它一知半解，长期垄断。企业人才没有、技术没有、资金优势瓶颈，况且又不是自己的主业。电能专业化的目标是：

n 像电网公司一样有自己管电的团队；

n 像电网公司一样有自己管电的技术；

n 像电网公司一样有自己管电的现代装备；

n 像电网公司一样运行、维护自己的配电系统和用电设备；

n 比电网公司更专业管理自己的用电设备；

4、实现电能管理网络化。电难管的原因还有就是它实时性强、分布广、危险性大，且枯燥乏味，我们需要做到的是只要有互联网的地方我们都可以管理电能。

2.3系统结构

Acrel-3000电能管理系统采用分层分布式结构，即现场设备层、网络通讯层、站控管理层，系统拓扑图如下图（1）所示：

                                    图（1）

整套电能管理系统站控管理部分包括监控管理主机、打印机、UPS电源等；网络通讯层部分包括一个16口的串口服务器；现场智能仪表监控设备层由ACR220ELH和PZ96L-E4组成。该配电系统分布在一个变电所内，2台变压器的所有电力仪表通过RS485总线连接至串口服务器，并经过超五类网线上传至监控后台。

配电系统采集的数据主要是ACR网络多功能仪表和PZ可编程智能电测仪表的现场各回路电力系统运行参数，包括电流、电压、功率等遥测信息以及断路器分合闸状态、保护信息以及故障等；现场设备将所采集和处理过的信号经屏蔽双绞线上传至通讯管理机，经超五类线上传至站控管理层。ACR220ELH、PZ96L-E4网络多功能仪表采用RS485接口和MODBUS-RTU通讯协议，RS485采用屏蔽线双绞线传输，接线简单方便；通讯接口是半双工通信，数据最高传输速率为10Mbps。RS-485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。

整个配电系统以计算机站控管理系统为核心，采用现代通讯技术，对整个配电系统的用电状况进行统一管理，实时监测每个环节、每种设备的用电量；实时监测、监督电能质量，及时发现用电故障，避免用电的浪费。

2.4系统主要实现功能

2.4.1用户权限管理

针对不同级别的用户，设置不同的权限，方便不同权限的管理人员对系统的不同操作，实现配电系统的安全，可靠运行。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。

2.4.2系统主界面

              

                 图（2）                                         

          

                                         图（3）

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，通过画面颜色的变化（红色表示合闸状态、绿色表示分闸状态）可以看到各回路的分合闸状态。

登录普通权限用户，通过主界面的操作，可以查看各回路运行的电参量（电流、电压、有功、无功、功率因数、电度）；登录最高权限用户，可以实现系统内部电度报表、电流曲线、报警信息的打印及导出功能。

2.4.3 趋势曲线分析

                             图（4）

Acrel-3000电能管理系统提供了实时曲线和历史趋势两种曲线的分析界面，通过调用相关回路实时曲线界面分析该回路当前的负荷运行状况。如通过调用某配出回路的实时曲线可分析该回路的电气设备所引起的信号波动情况。系统的历史趋势即系统对所有已存储数据均可查看其历史趋势，方便工程人员对监测的配电网络进行质量分析。

2.4.4 报表统计

           

                                                                               图（5）

                    

图（6）

吴淞中心医院系统中分电能报表为1#变压器及其回路报表和2#变压器及其回路报表，方便管理员查看分析，同时系统将采集的有功电度数据，按照回路名称的不同，自动生成报表并有报表打印功能，可对任意回路的某一时间段内的用电量进行查询与打印，这些报表均支持Excel导出功能。

2.4.5 报警功能

遥信和遥测报警功能，主要完成对低压各出线回路的开关运行状态和负载进线监控，对开关变位和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。遥测报警值设置界面可以看到每个监控点的实时值和报警设置值，方便值班人员比对进线设置，负载越限值在相应权限下可自由设置。具备历史查询功能。

3.运行效果

3.1效益分析

电能管理给客户带来的效益主要体现在三个方面：

1、直接效益

指降低用电成本带来的效益，也就是我们通常讲的省钱。这部分的效益一般在年电报费的1-30%不等，主要根据企业规模、性质、现行管理水平确定。

2、间接效益

指通过电能管理服务提高客户电能管理、设备管理、生产管理带来的效益。这部分的效益是实在的，但难以用价值衡量。如：

n 科学实施了有序用电，降低了最大负荷需求，用电高峰不受拉闸限电影响；

n 发现电力污染源及污染性质，为科学治理电力污染提供依据；

n 使配电管理人员管电变得方便、快捷、准确；

n 建立健全了配电设备、用电设备档案管理体系和设备运行管理体系，使企业不因人员更新导致配电系统资料、图纸缺失带来的损失；

n 培养了客户电力总监和管电的职业化团队；

n 通过电能消耗和电力指标变化管理生产运行等等；

n 上述这些间接效益，对客户来说有的可能比直接效益更有价值。

3、社会效益

指通过电能管理服务实现企业节能减排带来的效益。主要体现在以下方面：

n 降低企业最大负荷10%，使得电厂少发电；

n 实现了设备层面的有序用电，科学应对用电高峰；

n 在用户层面建能效电厂等等；

4.结束语

随着社会的发展及电力的广泛应用，智能电能管理系统已成为大型公共建造的必然选择，本文介绍的电力仪表及Acrel-3000电能管理系统在吴淞中心医院项目的应用，可以实现远程遥测、遥信功能，实时显示了现场电参量，方便值班人员查看；给高级用户设置定值修改功能同样人性化地提高了值班人员操作的安全系数；同时系统实现对采集数据的分析、处理，并生成各种电能报表、分析曲线、棒图等，便于电能的远程抄表以及分析、研究；报警窗口的弹出有助于提醒值班人员及时检查现场设备的运行状况。

该项目所采用的Acrel-3000电能管理系统已经于2013年1月底正式投入运行整个系统运行稳定、安全，极大的方便了用户的使用，提供了大量实时、准确的电能数据，为管理者进行内部计量考核提供了依据，为进一步节能管理及节能措施的实施打下了基础。

参考文献

[1]《电力电测数字仪表原理与应用指南》， 任致程、周中，中国电力出版社

 

 

作者简介：

任华，男，本科，安科瑞电气股份有限公司，工程师， 

技术交流： 021-59104851 传真：021-69155331  邮箱：acrelrh@163.com