基于组态软件的电力监控及电能管理系统在PCCP生产企业中的应用

根 涛 高春花

（山东电力管道工程公司，山东 泰安271222）

0 引言

预应力钢筒混凝土管（Prestressed Concrete Cylinder Pipe，简称PCCP）是目前国际上广泛使用的大口径、耐高压管材。1989年，笔者所在的山东电力管道工程公司从美国Ameron（阿麦隆）公司引进关键设备和生产工艺，在国内建立了第一条正式的PCCP大管生产线。长期以来，由于PCCP 体积及运距的原因，在项目中标所在地建厂成为各PCCP 生产企业的首选，而生产又离不开电，因此变配电的设计、安装和使用是一个企业开展生产的首要环节，变配电设备的自动化水平也是衡量该企业设备自动化程度的重要因素。本文以2011年我公司与国内一知名企业在公司总部建设并成功运行的一套变配电管理系统为例，详细介绍该系统在PCCP生产企业中的应用。

公司总部变电所建于1989 年并在当年投产，改造时已安全运行22年，上级单位检查时发现高、低压开关柜已不满足当前安全生产的要求，于是公司在2011年投资新上了高、低压开关柜和直流屏，并在此基础上设计、安装了一套电力监控及电能管理系统，该系统基于组态软件，为国内某企业的Acrel－2000电力监控系统，后经笔者在该系统的基础上做了小幅度的改动，不仅实现了高低压设备的遥信、遥控、遥测即“三遥”功能，也实现了电能管理的自动化。

1 系统的构成

系统由站控管理层、网络通讯层（中间层）和现场设备层（间隔层）三部分组成。

1.1 站控管理层

由工控机、显示器、打印机、UPS不间断电源、逆变电源和声光报警等设备组成，主要作用是把采集到的数据通过显示器或人机界面显示给操作人员，同时与间隔层设备通讯，作为系统与外界对话的接口。

1.2 网络通讯层

以以太网关及交换机为基础，处在站控管理层与间隔层中间位置，其主要作用是将各种现场总线转换成系统能接受的协议，以实现系统内数据交换，实现“上传下达”。它被要求具有强大的通信能力和较高的可靠性。

1.3 现场设备层

由ACR320ELH/K 多功能电力仪表、RCS9621保护装置、AB6600开关柜智能操控装置、HJ01 直流屏中央监控仪和ACR－10/JK 功率因数自动补偿控制器等仪表组成，采用RS485接口连接网络通讯层设备，通讯协议除HJ01 直流屏中央监控仪采用CDT 协议外，其余仪表采用标准Modbus协议。现场设备层中的各种仪表是整个系统最底层、最基础的部分，它承担着数据就地显示的任务，也是保证站控管理层得到正确数据的关键所在。

2 系统的主要功能

2.1 友好的人机交互界面（HMI）

系统有良好并且简单易用的用户界面，其中一次系统图显示高、低压配电网络的接线情况及运行情况，通信网络结构图反映通信网络的运行状态。该界面可直观显示各回路的实时运行状态、主要实时电参量，并具有回路带电、非带电及故障着色功能。

2.2 数据采集

数据采集是该系统运行的基础，它是由现场设备层的各种仪表将采集到的数据实时存入数据库，可实时采集高、低柜开关柜及直流屏的各电参量及开关量状态，采集的信号包括三相电压、电流、功率、功率因数、分时电能、最大需量、高次谐波、开关位置、设备运行状态等监测信息，并将采集到的数据直接显示或通过系统计算统计生成新的直观的数据信息再显示。同时系统还将采集到的数据按需进行数据库存储，并生成实时数据库和历史数据库。

2.3 用户权限管理

可对不同级别的用户赋予不同权限，且高权限管理低权限，如本系统中分为操作人员、工程师和管理员三种级别的用户，这样可以保证系统在运行过程中的安全性和可靠性。如对某重要回路的合/分闸操作，除需操作人员级别用户输入密码外，还需工程师级别用户输入确认密码后方可完成该操作。

2.4 趋势分析

系统设计了实时曲线和历史曲线，通过这两种曲线，操作人员可以分析该回路当前负荷运行和历史负荷状况。另外，根据某回路的实时曲线，操作人员可分析出该回路的电气设备所引起的信号波动情况，历史曲线方便了操作人员对监测的配电网络进行质量分析。

2.5 事件记录、故障报警和事故追忆

对配电系统中所有动作事件均有详细的记录功能，事件包括所有报警信号、开关的操作、系统通讯状况、设备运行状况、断路器动作和状态等，还包括事件发生的时间、位置，当前值班人员是否确认事件等信息。对开关变位、参量越限等报警信息采用声音、自动弹出报警画面或触发必要的操作等方式，自动对运行设备发送控制指令或提示操作人员迅速排除故障，还可将报警信息通过E－mail、手机短信等方式通知相关人员。所有动作事件均可追忆及被操作人员查询，作为处理事故的依据。

2.6 电能管理

全面细分电能计量，按需即可完成对各回路的电能集抄功能，并可自动生成符合管理需求的用电报表，所有报表均支持查询或打印。通过报表或图表的分析，可以防止用电异常。系统提供的需量值可以测算企业的用电年均最大需量，据此可以测算企业未来用电量。

2.7 控制操作

通过工控机或网络上其他计算机均可对控制对象进行合/分闸操作。控制对象主要为高低压断路器。为保证受控设备的安全，所以有可靠的闭锁和防范措施，控制操作时需要根据用户级别，用户的权限是操作人员唯一通过网络来合/分断路器的一道锁。

2.8 监测电能质量

变配电系统会受到外来干扰或本企业用电设备干扰，如PCCP企业大量使用变频器、直流调速器都可产生高次谐波，如果不监测和消除这些干扰，会大大缩短各用电设备的使用寿命。该系统可以监测各回路的电能质量，包括高次谐波分量和畸变率，从而为改善电能质量提供数据支撑。

2.9 报表管理

系统自带标准的电能报表格式，可根据需求设计符合需要的报表格式，可按时、日、月、年度查询生成所需的电能报表；也可根据政府公布的复费率的时段及费率，在多功能网络仪表上设定时段，系统即可按设定值生成电能的峰谷分时电能报表。系统可在组态软件中做出各种类型的实时运行报表、历史报表、告警记录报表、事件故障及操作记录报表等，且报表可以另存为Excel文件，方便存储。使用系统查询报表时，打印的起点和间隔等参数可按需设置。

2.10 WEB发布

公司局域网或广域网内的多用户能够同时通过WEB方式进行监控，并可根据权限进行相关操作。

2.11 打印

系统中的各种报表或图表均可在网络内登陆系统的计算机打印。

3 结语

目前该系统已成功投用五年，运行安全、稳定，对公司的电能管理有着突出贡献。五年的时间内，因系统的运用，公司总部的变电所不仅实现了无人值守，而且仅有的几次故障均发出了实时报警。对建材企业来说，尤其是PCCP生产企业这种高能耗单位，为最大限度降低生产成本，均会合理执行峰谷分时电价，而该系统提供的功能较好地解决了分时电价统计及用电分析问题，为企业节约了资金。该系统的成功运用，为PCCP企业在电力监控及电能管理方面提供了一个良好的范例。

［1］胡慈，吴孔松，罗炳华.Acrel－3000型10kV 及以下变配电监控系统［J］.建筑电气，2007（11）：14－17.

［2］蒋伟，刘爱兰，柳迎春.胜利油田物探院低压配电系统改造［J］.智能建筑电气技术，2008（2）：55－58.