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師晴晴

江蘇安科瑞電器制造有限公司 江蘇江陰 214405

摘要： 本文介紹了環(huán)智大廈電力監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程。通過安科瑞Acrel-2000電力監(jiān)控組態(tài)軟件、ACR220ELF網(wǎng)絡(luò)電力儀表 、M5-F微機(jī)保護(hù)裝置、GZDW直流電源柜進(jìn)行系統(tǒng)組網(wǎng)，完成了對上海天目西路147地塊環(huán)智大廈中低壓配電系統(tǒng)中安裝的電力儀表的自動(dòng)監(jiān)控，提高了大廈配電系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。

關(guān)鍵詞：Acrel-2000；電力監(jiān)控系統(tǒng)；環(huán)智大廈；智能儀表；ACR220ELH；應(yīng)用

1  項(xiàng)目背景
    環(huán)志大廈位于上海市閘北區(qū)天目西路與恒豐路交界處，是上海的不夜*商業(yè)中心，可以方便快捷地通過上海火車站的鐵路、高鐵和三條地鐵線抵達(dá)上海各區(qū)乃至全國，還有上海到北京、天津、香港等地的直通快車。集辦公、購物、時(shí)尚、餐飲為一體的環(huán)智大廈，是體驗(yàn)上海高品質(zhì)多元都市生活的新地標(biāo)。大廈擁有5600多平方米的購物中心及32000多平方米的辦公區(qū)域，由29層高樓建筑和3層裙房組成。大廈樓層凈高2.7米，水平垂直線槽橋架設(shè)計(jì)方便纜線網(wǎng)絡(luò)自由鋪設(shè)，智能化采暖、通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)，有線電視、語音及數(shù)據(jù)干線連接保證入駐企業(yè)、舒適地工作。在商務(wù)辦公之余更可眺望不夜*的繁華。

    對于這樣一個(gè)地標(biāo)性的五綜合性大廈，保證配電系統(tǒng)的可靠運(yùn)行為重要，為了對大廈內(nèi)的中低壓配電系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)監(jiān)控與管理，提高物業(yè)管理的水平，使用電力監(jiān)控系統(tǒng)對配電網(wǎng)絡(luò)中的智能設(shè)備進(jìn)行集中監(jiān)控就成了一種必然選擇。

2  用戶需求

    環(huán)智大廈配電系統(tǒng)主要包括：一個(gè)10KV高壓配電室、2個(gè)0.4KV低壓配電室和132個(gè)樓層配電箱。

    電力監(jiān)控系統(tǒng)需要通過T1-T4變壓器溫度控制箱的RS485接口采集變壓器繞組超溫報(bào)警信號、鐵芯超溫報(bào)警信號以及傳感器故障信號，并要具有聲音報(bào)警功能。需要采集直流柜的電池充放電狀態(tài)、電池組電壓、電池組電流、電池房溫度等信號，并通過直流屏信息表在界面上顯示出來。

    能夠與10KV M5-F微機(jī)保護(hù)裝置進(jìn)行通信，主要采集微機(jī)保護(hù)裝置傳來的電壓、電流、功率、頻率、功率因數(shù)、斷路器狀態(tài)、手車位置等電力參數(shù)。對于低壓開關(guān)柜和樓層配電柜內(nèi)安裝的電力測量儀表，主要采集電壓、電流、功率、電能等電力參數(shù)。對本工程中所有電力系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)采集與分析，并能夠定時(shí)保存到數(shù)據(jù)庫中，保存時(shí)間間隔要求電壓、電流、功率為1分鐘一次電能值為5分鐘一次。

    需要采用簡體中文Windows NT4.0/Window2000或者WindowsXP 操作系統(tǒng)軟件，并應(yīng)提供配套的圖形化操作軟件、報(bào)警管理軟件、參數(shù)設(shè)置軟件、歷史數(shù)據(jù)記錄與管理及報(bào)表生成軟件、通訊服務(wù)軟件和繪圖軟件以及數(shù)據(jù)庫編程軟件等。管理人員能夠通過大廈地下一層監(jiān)控值班室內(nèi)的PC機(jī)對系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控管理。

    對電力監(jiān)控軟件的要求如下：能在一個(gè)畫面上進(jìn)行所有的操作設(shè)定作業(yè)及對系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控；可由鼠標(biāo)的拖拽方式，簡便的設(shè)定時(shí)間，也可在控制板上進(jìn)行簡便的設(shè)置；采用易操作的拖放方式，易于編輯各控制點(diǎn)的平面圖；鼠標(biāo)所指區(qū)域即顯示相關(guān)斷路器和群組的編號，以及顯示該區(qū)的工作狀態(tài)（開關(guān)）；提供方便的動(dòng)態(tài)畫面功能，使控制區(qū)域更加生動(dòng)直觀；可監(jiān)測所有有關(guān)控制區(qū)的各項(xiàng)工作狀態(tài)信息；可發(fā)出工作異常報(bào)警，并顯示異常區(qū)域、異常工作點(diǎn)的具體地址；提供運(yùn)行時(shí)間分析及歷史記錄分析功能；可收集一定的日志數(shù)據(jù)顯示于畫面或打印；提供對于各進(jìn)線及饋線回路的電能量的查詢和導(dǎo)出功能；可按照標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議轉(zhuǎn)發(fā)主要回路的電力參數(shù)給樓宇設(shè)備自控（BA）系統(tǒng)。

    對于環(huán)智大廈電力監(jiān)控系統(tǒng)的硬件配置要求主要如下：主機(jī)處理器In Core2 Quad Qx6850，內(nèi)存4096 DDR2，硬盤250GB；19” TFT LCD顯示屏；A3激光打印機(jī)。

3     設(shè)計(jì)方案

3.1 主要設(shè)計(jì)參考標(biāo)準(zhǔn)

    根據(jù)環(huán)智大廈高低壓配電系統(tǒng)一次圖確定需要進(jìn)行監(jiān)控的回路，并根據(jù)現(xiàn)場配電柜安裝的實(shí)際位置合理確定通訊線纜的走向及通訊端口的分配，如下表所示（部分）：

3.3  通訊線纜綜合布線過程

環(huán)智大廈布線平面圖

施工前的檢查：

1．在工程開始之前，對設(shè)備間的建筑和環(huán)境條件進(jìn)行檢查，具備下列條件方可開工：
   （1）設(shè)備間的土建工程已全部竣工，室內(nèi)墻壁已充分干燥。設(shè)備間門的高度和寬度應(yīng)不妨礙設(shè)備的搬運(yùn)，房門鎖和鑰匙齊全；

   （2）設(shè)備間地面應(yīng)平整光潔，預(yù)留暗管、地槽和孔洞的數(shù)量、位置、尺寸均應(yīng)符合工藝設(shè)計(jì)要求；

   （3）電源已經(jīng)接入設(shè)備間，應(yīng)滿足施工需要；

   （4）設(shè)備間的通風(fēng)管道應(yīng)清掃干凈，空氣調(diào)節(jié)設(shè)備應(yīng)安裝完畢，性能良好；

   （5）在鋪設(shè)活動(dòng)地板的設(shè)備間內(nèi)，應(yīng)對活動(dòng)地板進(jìn)行專門檢查，地板板塊鋪設(shè)嚴(yán)密堅(jiān)固，符合安裝要求，每平米水平誤差應(yīng)不大于2mm，地板應(yīng)接地良好，接地電阻和防靜電措施應(yīng)符合要求。

屏蔽雙絞線傳輸通道施工：

1. 金屬管的敷設(shè)

   （1）金屬管的要求

    金屬管應(yīng)符合設(shè)計(jì)文件的規(guī)定，表面不應(yīng)有穿孔、裂縫和明顯的凹凸不平，內(nèi)壁應(yīng)光滑，不允許有銹蝕。在易受機(jī)械損傷的地方和在受力較大處直埋時(shí)，應(yīng)采用足夠強(qiáng)度的管材。

   （2）金屬管的切割套絲

    在配管時(shí)，根據(jù)實(shí)際需要長度，對管子進(jìn)行切割。管子的切割可使用鋼鋸、管子切割刀或電動(dòng)切管機(jī)，嚴(yán)禁用氣割。管子和管子連接，管子和接線盒、配線箱的連接，都需要在管子端部進(jìn)行套絲。套絲時(shí)，先將管子在管鉗上固定壓緊，然后在套絲，套完后應(yīng)立即清掃管口，將管口端面和內(nèi)壁的毛刺銼光，使管口保持光滑。

   （3）金屬管的敷設(shè)

    金屬管的暗設(shè)應(yīng)符合下列要求：預(yù)埋在墻體中間的金屬管內(nèi)徑不宜超過50mm，樓板中的管徑宜為15-25mm，直線布管30mm處設(shè)置暗線盒。金屬管連接時(shí)，管孔應(yīng)對準(zhǔn)，接縫應(yīng)嚴(yán)密，不得有水泥、沙漿滲入。管孔對準(zhǔn)、無錯(cuò)位，以免影響管、線、槽的有效管理，保證敷設(shè)線纜時(shí)穿設(shè)順利。

雙絞線線纜布線：

1. 線纜布放的一般要求

   （1）線纜布放前應(yīng)核對規(guī)格及位置是否與設(shè)計(jì)規(guī)定相符合；
   （2）布放的線纜應(yīng)平直，不得產(chǎn)生扭絞、打圈等現(xiàn)象，不應(yīng)受到外力擠壓和損傷；
   （3）在布放前，線纜兩端應(yīng)貼有標(biāo)簽，標(biāo)明起始和終端位置以及信息點(diǎn)的標(biāo)號，標(biāo)簽書寫應(yīng)清晰、端正和正確；
   （4）信號電纜、電源線、雙絞線纜、光纜及建筑物內(nèi)其它弱電線纜應(yīng)分離布放。
   （5）布放線纜應(yīng)有冗余。在二級交接間、設(shè)備間雙絞電纜預(yù)留長度一般為3-6m，工作區(qū)為0.3-0.6m。特殊要求的應(yīng)按設(shè)計(jì)要求預(yù)留。

2. 線纜牽引

    用一條拉線將線纜牽引穿入墻壁管道、吊頂和地板管道稱為線纜牽引。在施工中，應(yīng)使拉線和線纜的連接點(diǎn)盡量平滑，所以要采用電工膠帶在連接點(diǎn)外面緊緊的纏繞，以保證平滑和牢靠。

3. 雙絞線連接和通訊服務(wù)器的端接

    雙絞線端接的一般要求：線纜在端接前，必需檢察標(biāo)簽顏色和數(shù)字的含義，并按順序端接；線纜中間不得產(chǎn)生接頭現(xiàn)象；線纜端接處必需卡接牢靠，接觸良好；線纜端接處應(yīng)符合設(shè)計(jì)和廠家安裝手冊要求；雙絞電纜與儀表和通訊服務(wù)器連接時(shí)，應(yīng)按照紅色線接485+黑色線接485-的原則，不得顛倒和錯(cuò)接。

3.4  高壓10KV配電部分設(shè)計(jì)

10KV配電一次圖

    10KV配電間主要包括2路10KV進(jìn)線柜、2個(gè)量電柜、2個(gè)避雷器柜、4個(gè)10/0.4KV變壓器饋線柜。10KV配電間總共使用了8臺(tái)M5-F微機(jī)保護(hù)裝置。

    M5為通用型保護(hù)測控裝置，采用大容量、資源冗余設(shè)計(jì)，適用于110KV及以下電壓等級電網(wǎng)的保護(hù)、控制、測量和監(jiān)視，可配置為線路、電容器組、電動(dòng)機(jī)保護(hù)，變壓器保護(hù)，備用電源自投等功能的數(shù)字微機(jī)繼電保護(hù)控制裝置。它們可用于不同的主接線方式，如單母線、雙母線及多母線接線。保護(hù)功能也支持不同類型的電網(wǎng)，如中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)、經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)和小電阻接地系統(tǒng)。M5還能應(yīng)用于中型的三相異步電動(dòng)機(jī)保護(hù)，以及用于無功補(bǔ)償?shù)牟⒙?lián)電容器組的保護(hù)和控制。

    除了具有保護(hù)，測量，控制和狀態(tài)監(jiān)視功能之外，M5還提供支持IEC-61131-3圖形可編程標(biāo)準(zhǔn)的PLC邏輯可編程功能。另外，M5可存儲(chǔ)4組保護(hù)定值，組別切換功能使其快速方便地適應(yīng)多種運(yùn)行方式。M5支持RS485總線、PROFIBUS總線、光纖、以太網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò)形態(tài)，以滿足不同用戶、不同工業(yè)現(xiàn)場、不同網(wǎng)絡(luò)環(huán)境、不同規(guī)模的系統(tǒng)對通信和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的要求。支持雙網(wǎng)模式，并行或以熱備用方式工作。從而進(jìn)一步提高了通信的可靠性。可以使用IEC60870-5-103規(guī)約和Modbus RTU規(guī)約實(shí)現(xiàn)與上層設(shè)備的通信。

3.5  0.4KV低壓配電部分設(shè)計(jì)（部分）

0.4KV T1變壓器配電間一次圖

    0.4KV總進(jìn)線部分選用ACR330ELH網(wǎng)絡(luò)電力儀表。該儀表主要能夠完成如下電參量的采集：三相電流、三相電壓、有功功率、無功功率、視在功率、功率因數(shù)、頻率；四象限電能、復(fù)費(fèi)率電能；THDu，THDi、2-31次各次諧波分量；電壓波峰系數(shù)、波形因子、電流K系數(shù)、電壓與電流不平衡度；電網(wǎng)電壓電流正、負(fù)、零序分量（含負(fù)序電流）。該儀表還具有4DI+3DO，可以接入斷路器分合閘信號；儀表的通訊接口為RS485，支持Modbus協(xié)議或DL/T645規(guī)約。

    對于0.4KV的饋線回路選用了ACR220ELF網(wǎng)絡(luò)電力儀表。該儀表主要具備如下功能：LCD顯示、全電參量測量（U、I、P、Q、PF、F）；四象限電能計(jì)量、復(fù)費(fèi)率電能統(tǒng)計(jì)、大需量統(tǒng)計(jì)；4DI+2DO；RS485通訊接口、支持Modbus通訊協(xié)議。

    對于環(huán)智大廈電力監(jiān)控系統(tǒng)由于樓層配電箱中電力儀表安裝比較分散，表與表之間的

    距離通常在幾十米到一百米之間。因此該項(xiàng)目設(shè)計(jì)在現(xiàn)場設(shè)備層，各柜體及樓層配電箱中安裝的電力儀表之間的通訊連線采用485總線結(jié)構(gòu)。

    RS-485采用平衡發(fā)送和差分接收，因此具有抑制共模干擾的能力。加上總線收發(fā)器具有高靈敏度，能檢測低至200mV的電壓，故傳輸信號能在千米以外得到恢復(fù)。 RS-485采用半雙工工作方式，任何時(shí)候只能有一點(diǎn)處于發(fā)送狀態(tài)，因此，發(fā)送電路須由使能信號加以控制。RS-485用于多點(diǎn)互連時(shí)非常方便，可以省掉許多信號線。應(yīng)用RS-485 可以聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成分布式系統(tǒng)，其允許多并聯(lián)32臺(tái)驅(qū)動(dòng)器和32臺(tái)接收器。

配電間485總線結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

    BA系統(tǒng)和本電力監(jiān)控系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)交互協(xié)議采用Modbus TCP協(xié)議，該協(xié)議的數(shù)據(jù)傳輸

    是通過以太網(wǎng)，因此BA系統(tǒng)和電力監(jiān)控系統(tǒng)之間只需要通過一根網(wǎng)線連接即可。

    環(huán)智大廈電力監(jiān)控系統(tǒng)基于Acrel-2000電力監(jiān)控組態(tài)軟件平臺(tái)進(jìn)行開發(fā)設(shè)計(jì)。Acrel-2000電力監(jiān)控組態(tài)軟件具有數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)組件，可以方便的將電力監(jiān)控系統(tǒng)中實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)以Modbus TCP協(xié)議進(jìn)行發(fā)送，樓宇設(shè)備自控系統(tǒng)可以通過該數(shù)據(jù)接口接收電力監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)送來的數(shù)據(jù)。在電力監(jiān)控系統(tǒng)的轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備配置界面，通訊方式要選擇TCP/IP網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器模式，設(shè)置好本地IP地址和發(fā)送數(shù)據(jù)使用的端口號。

數(shù)據(jù)交換通訊協(xié)議格式

    數(shù)據(jù)交互點(diǎn)表，數(shù)據(jù)類型和通道編號如下表所示：

參考文獻(xiàn)

任致程、周中編著  電力電測數(shù)字儀表原理與應(yīng)用指南 中國電力出版社 2007.