電能管理系統(tǒng)在1788國(guó)際中心的應(yīng)用

一、項(xiàng)目概述

1788國(guó)際中心由安世7802和安世7829兩路35kV市電供電，進(jìn)戶后主樓地下一層的兩臺(tái)35kV/10kV變壓器降壓。安世7802號(hào)線通過35kV/10kV/0.4kV變壓后，供給大樓T1、T3、T5、T7、T9變壓器下的配電回路，安世7829號(hào)進(jìn)線則供給T2、T4、T6、T8、T10變壓器下的配電回路，地下一層安置2臺(tái)應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)。

二、系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

1788國(guó)際中心設(shè)計(jì)有1個(gè)35kV配電室，1個(gè)10kV配電室，4個(gè)0.4kV配電室和1個(gè)應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)房，均位于地下一層，共計(jì)配電回路約360個(gè)，每個(gè)回路安裝有智能電力儀表，對(duì)配電室部分所有配電回路的工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，每臺(tái)變壓器均配有溫度控制儀采集其溫度。此外，在各樓層的強(qiáng)電間、空調(diào)機(jī)房、排風(fēng)機(jī)房、潛水泵房、電梯機(jī)房及熱交換機(jī)房等處配電箱上安置電力儀表，對(duì)大樓的照明、空調(diào)、風(fēng)機(jī)、電梯等設(shè)備和辦公室租戶用電，共計(jì)約700個(gè)回路進(jìn)行監(jiān)控。根據(jù)設(shè)計(jì)院的設(shè)計(jì)方案，樓層配電箱部分，除租戶、空調(diào)和風(fēng)機(jī)使用電度表進(jìn)行本地分項(xiàng)計(jì)量外，照明、動(dòng)力、電梯等用電設(shè)備的用電量均在低壓配電室中進(jìn)行集中計(jì)量，其配電箱配電回路僅使用電流表進(jìn)行運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)[1]。

設(shè)計(jì)要求配電自動(dòng)化電能管理系統(tǒng)將配電室和樓層指定回路的運(yùn)行狀態(tài)集中顯示在值班人員面前，要求完成對(duì)配電室35kV、10kV回路和0.4kV回路進(jìn)線全常規(guī)電參量和溫度的遙測(cè);對(duì)配電室0.4kV饋線回路三相電流、有功電度和分合閘狀態(tài)的遠(yuǎn)程檢測(cè);對(duì)樓層租戶配電箱、空調(diào)配電箱和風(fēng)機(jī)配電箱回路三相電流和有功電度的遙測(cè)，以及對(duì)樓層照明、動(dòng)力、電梯等配電箱回路三相電流的遙測(cè)。配電室部分遙測(cè)實(shí)時(shí)性要求高，樓層部分實(shí)時(shí)性要求相對(duì)較低。此外，所有用電量數(shù)據(jù)需與IBMS系統(tǒng)共享。

本項(xiàng)目中，考慮現(xiàn)場(chǎng)儀表數(shù)量較多，在35kV值班室內(nèi)安放兩臺(tái)系統(tǒng)主機(jī)，分別對(duì)配電室配電系統(tǒng)和樓層配電系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為3層，即現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層、通訊管理層和站控管理層[2]，借鑒ISO-OSI網(wǎng)絡(luò)模型中物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、運(yùn)輸層和應(yīng)用層的定義。

現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層設(shè)備包括阿海法綜保、丹東華通的多功能儀表和江西華達(dá)電子的干式變壓器溫控儀等。這些設(shè)備分別根據(jù)設(shè)計(jì)院要求安裝在相應(yīng)的配電回路上。

參考OSI網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模型，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層所有設(shè)備在物理層約定為RS-485接口。

因所有配電室和發(fā)電機(jī)房均在主樓B1F，距離35kV值班室距離不超過100米，故配電室部分所有儀表采用RS-485總線與35kV值班室內(nèi)的一臺(tái)通訊管理機(jī)連接，總線長(zhǎng)度均在200米以內(nèi)，掛接儀表不超過25臺(tái)，保障了通訊的實(shí)時(shí)性和可靠性。

因樓層部分儀表數(shù)量多而且配電箱分布松散，考慮項(xiàng)目成本，采用4臺(tái)RS485集線器，分別安裝在主樓16F、4F、B1F的強(qiáng)電間和裙房B1F的強(qiáng)電間內(nèi)，將一定范圍內(nèi)的儀表通訊總線集中后，再各自以一根RS-485總線連接到35kV值班室內(nèi)的通訊管理機(jī)串口上。此方案通過犧牲部分通訊的實(shí)時(shí)性(RS-485集線器的驅(qū)動(dòng)能力有限，導(dǎo)致通訊延遲變大)，使得項(xiàng)目施工中所需要的線纜數(shù)量大幅度減少(實(shí)際施工使用的線纜數(shù)量約為不使用RS-485集線器的1/5)。

通訊管理層的主要設(shè)備是兩臺(tái)通訊管理機(jī)、32臺(tái)協(xié)議轉(zhuǎn)換隔離器和1臺(tái)工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)。兩臺(tái)通訊管理機(jī)下端串口通過RS-485-232協(xié)議轉(zhuǎn)換隔離器與各條儀表通訊RS-485總線相連，上端通過交換機(jī)，以太網(wǎng)TCP/IP協(xié)議與兩臺(tái)監(jiān)控主機(jī)相連。

站控管理層由兩臺(tái)DELL主機(jī)、顯示器、打印機(jī)、UPS電源等設(shè)備組成，通過Acrel-3000電能管理系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)采集、處理和交互的控制，完成網(wǎng)絡(luò)模型中應(yīng)用層的功能。

監(jiān)控主機(jī)與現(xiàn)場(chǎng)儀表之間的數(shù)據(jù)交互以報(bào)文形式實(shí)現(xiàn)，數(shù)據(jù)鏈路層主要協(xié)議為Modbus-RTU。因本系統(tǒng)需要向IBMS系統(tǒng)同步所有回路的有功電度值，約定以Modbus-TCP協(xié)議向智能樓宇管理系統(tǒng)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)。

三、系統(tǒng)功能

(1)35kV、10kV變壓器參數(shù)顯示：如圖2所示，電能管理系統(tǒng)采集1788中心配電系統(tǒng)35kV側(cè)和10kV側(cè)的三相相電壓、三相線電壓、三相電流、總有功功率、總無功功率、總功率因數(shù)和有功電度累積值，將其35kV側(cè)和10kV側(cè)的數(shù)據(jù)列在一起，方便值班人員進(jìn)行比對(duì)和檢查。通過干式變壓器溫度控制采集的變壓器三相溫度也同時(shí)以數(shù)值和曲線的形式反映在本界面上。

(2)35kV/10kV配電系統(tǒng)一次示意圖：除了顯示配電系統(tǒng)的常規(guī)參數(shù)外，配電室主機(jī)的電能管理系統(tǒng)還以配電系統(tǒng)一次圖的形式繪制了軟件界面，通過標(biāo)注回路用途，使配電系統(tǒng)的走向更為清晰化，35KV配電系統(tǒng)一次示意圖如圖3所示。此外，電壓、電流等常規(guī)電參量也可以在一次示意圖界面上查看。

(3)0.4kV配電系統(tǒng)一次示意圖(如圖4所示)：0.4kV配電室配電回路運(yùn)行狀態(tài)使用一次圖形式顯示，將采集的電參量、變壓器溫度和斷路器分、合閘狀態(tài)等參數(shù)顯示在界面上，根據(jù)配電室和變壓器劃分整個(gè)0.4kV配電系統(tǒng)并分別進(jìn)行界面顯示，為每一個(gè)回路標(biāo)注其柜體號(hào)、回路編號(hào)、回路用途和低壓系統(tǒng)總編號(hào)，進(jìn)一步明確配電系統(tǒng)的走向。

(4)樓層配電箱數(shù)據(jù)采集及顯示(如圖5所示)：樓層電能管理主機(jī)采集1788中心B3F~30F各處配電箱上儀表的數(shù)據(jù)，以樓層劃分，按照配電箱所處位置和編號(hào)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行排序，分類顯示租戶、空調(diào)和風(fēng)機(jī)回路的三相電流和有功電度，顯示照明、應(yīng)急照明、動(dòng)力、電梯、水泵和一些其他回路的三相電流。

(5)報(bào)表功能：配電室電能管理系統(tǒng)為用戶定制了兩種功能的報(bào)表，一種如圖6所示，針對(duì)某一個(gè)主要回路，可以由用戶自行選擇時(shí)間生成該回路在該時(shí)刻常規(guī)電參量的歷史值。另一種報(bào)表由用戶經(jīng)過簡(jiǎn)單的操作后，系統(tǒng)便會(huì)自動(dòng)生成配電室所有回路以及樓層部分空調(diào)回路、租戶電表用電量的日?qǐng)?bào)、月報(bào)及年報(bào)。

(6)事故報(bào)警和追憶：對(duì)于電氣值班人員來說，跳閘報(bào)警的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性是非常重要的指標(biāo)，電能管理系統(tǒng)為用戶定制的報(bào)警功能主要針對(duì)配電室低壓回路斷路器的分合閘變位，通過圖7所示的報(bào)警窗口和外置音箱發(fā)出報(bào)警音提示值班人員低壓饋出回路斷路器發(fā)生了變位，根據(jù)報(bào)警窗口顯示的內(nèi)容，可以立即定位報(bào)警回路并進(jìn)行響應(yīng)，保障大樓配電系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。

(7)通訊狀態(tài)顯示(如圖8所示)：顯示所有儀表的通信狀態(tài)，根據(jù)儀表所處總線、配電室或樓層位置劃分，標(biāo)注其通信地址和通信狀態(tài)。

(8)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)：本系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的前端采集處理，并向更上一級(jí)的樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，其他樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)不再采集計(jì)量?jī)x表數(shù)據(jù)。轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)主要包括35kV/10kV/0.4kV配電室所有回路電能數(shù)據(jù);樓層租戶、空調(diào)和風(fēng)機(jī)回路的電能數(shù)據(jù)。

四、問題及解決措施

1、本工程總承包方發(fā)包資料中提到電能管理系統(tǒng)采集點(diǎn)位約900點(diǎn)，而實(shí)際采集點(diǎn)位逾1000點(diǎn)，數(shù)量多且分布廣。強(qiáng)電施工單位施工時(shí)使用的臨時(shí)配電箱和錯(cuò)誤的配電箱編號(hào)，對(duì)本系統(tǒng)的通訊施工造成了不小麻煩。項(xiàng)目施工時(shí)核對(duì)配電箱資料的完整性和準(zhǔn)確性，并及時(shí)指出強(qiáng)電施工單位工作中的錯(cuò)誤要求其整改。

2、4臺(tái)RS485集線器安裝在樓層強(qiáng)電間內(nèi)，其220VAC電源取自就近的配電箱中，初步方案并未對(duì)220VAC電源做規(guī)范，即直接從最近的配電箱中取。項(xiàng)目后期調(diào)試時(shí)發(fā)現(xiàn)因1788中心尚未完工，樓層部分經(jīng)常因?yàn)槭┕ざ鴶嚯?，有時(shí)會(huì)斷開集線器的電源，導(dǎo)致系統(tǒng)數(shù)據(jù)鏈路斷開，故對(duì)現(xiàn)場(chǎng)通訊設(shè)備輔助電源進(jìn)行整改，從現(xiàn)場(chǎng)擁有EPS電源供電的應(yīng)急照明箱中備用的空開下端取220VAC電源，并貼上標(biāo)簽告知維護(hù)人員不可隨意關(guān)斷，保障數(shù)據(jù)鏈路穩(wěn)定。

3、系統(tǒng)向IBMS系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)所用的以太網(wǎng)線先后因35kV值班室鬧鼠患而被損壞3次，后聯(lián)絡(luò)1788中心的業(yè)主，由滅鼠公司出面解決此問題。

4、1788國(guó)際中心配電室、配電箱上的儀表多由丹東華通提供，在本系統(tǒng)投入運(yùn)行后，發(fā)現(xiàn)了不少儀表配置的問題，如主樓9樓應(yīng)急照明箱9PME1、2樓應(yīng)急照明箱2PME1等處，儀表電流互感器變比為100/5和300/5，而電能管理后臺(tái)顯示其三相電流約為0.006A、0.016A、0.008A。與業(yè)主管理人員到現(xiàn)場(chǎng)查看后發(fā)現(xiàn)其小數(shù)點(diǎn)位設(shè)置為3位，即最高顯示值僅為9.999A，設(shè)置明顯有誤。項(xiàng)目進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)收時(shí)也發(fā)現(xiàn)多處儀表具有類似問題。由甲方通知丹東華通進(jìn)行整改。

五、結(jié)束語(yǔ)

1788國(guó)際中心電能管理系統(tǒng)于2012年4月正式投入運(yùn)行，通過配電室主機(jī)與樓層主機(jī)的協(xié)同工作，使值班人員在一般情況下不用再前往配電現(xiàn)場(chǎng)查看，實(shí)現(xiàn)了配電室無人值守、配電系統(tǒng)自動(dòng)化。

參考文獻(xiàn)

[1].任致程周中. 電力電測(cè)數(shù)字儀表原理與應(yīng)用指南[M]. 北京. 中國(guó)電力出版社. 2007. 4

[2].周中等編著. 智能電網(wǎng)用戶端電力監(jiān)控與電能管理系統(tǒng)產(chǎn)品選型及解決方案[M]. 北京. 機(jī)械工業(yè)出版社. 2011.10

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