吳海英 

安科瑞電氣股份有限公司  上海嘉定

摘要：基于目前科學技術飛速發展，人們對電力資源的依賴越來越廣泛，而現階段國內電力系統的運營成本還相對較高，因此完善電力系統各方面的工作已經勢在必行。電能管理系統在整個電力系統中具有重要的作用，它能夠有力的促進電網管理工作效率，降低電力系統的運營成本，本文通過昆明第九污水處理廠電能管理系統的應用介紹電能管理系統在工廠中的應用。

關鍵字：電力系統；數據采集；污水處理廠；監控系統

0  引言

    配電自動化，是一項集計算機技術、數據傳輸技術、控制技術、現代化設備及管理于一體的綜合信息管理系統。其目的是提高供電可靠性，改善電能質量，向用戶提供優質服務，降低運行費用，減輕運行人員的勞動強度。

    隨著電力網絡的不斷發展，用電負荷的持續增長，各種新型負載不斷涌現，用戶更加關注電能質量問題，同時也對電能質量提出了更加嚴格的要求。用戶需要更加有效的電能管理管理解決方案來應對上述變化帶來的挑戰，以實現配電系統持續可靠、高效低耗的運行。本文通過對昆明第九污水處理廠電能管理的建設，介紹電能管理系統在工廠中的應用。

1、項目概述及建設目標

    九污廠90%的工程全部埋在地下，也叫“地埋式污水處理廠”，地上僅建一座綜合辦公樓。發達國家的污水處理廠一般都建在地下，地下式污水處理廠適合于在土地資源高度緊張、環境要求高的地區建設。在國外，地下式污水處理廠在技術上已經相當成熟，而且應用相當廣泛。現代化、全封閉、緊湊型、零公害、與周邊環境協調的污水處理廠，能夠防止周邊土地貶值。污廠的處理工藝，采用的是目前世界上先進的膜生物反應器（MBR）污水處理工藝，采用全地埋式布置，以節約用地、最大程度減小對周邊環境影響。本項目中有12臺ACR220ELH智能電表、61臺ACR220EL電能表接入后臺監控系統。

    本電能管理系統中，監控要求主要有以下幾個方面：

    1.遠程觀測。要求系統能夠準確的對電流、電壓、有功功率、無功功率、有功電能、無功電能、視在功率、功率因數、頻率、開關狀態、剩余電流等信息進行檢測。

    2.遠程通信。要求系統能夠及時的傳遞設備運作狀態以及故障信息。

    3.報警。要求系統能夠通過設定，對各種信息進行報警。

    4.顯示。要求系統能夠就地顯示出各部分運作信息。

2、電能管理系統的設計

    在監控系統的設計中，要充分考慮客戶的實際需求，以及電力系統的實際結構、電力系統的實際載荷能力等因素，進而合理的選擇監控設備，這既有利于減少系統運作的成本，同時也有利于系統功能的實現。

    本項目的電能管理系統，可以實現對廠內低壓配電回路的實時監控，有利于電能管理。另一方面，電能管理系統不僅能夠準確的表示出回路的用電狀況，它還具備網絡通訊等功能，能夠與計算機、串口服務器等設備進行組合，及時的顯示廠內各個配電回路的運作狀態，當廠內電力系統的負載越標時，電能管理系統能夠迅速報警，發出語音提示。另外，電能管理系統還能夠生成報表、曲線圖等統計信息，便于有關人員分析廠內各部分的用電狀況，使廠內的用電活動更加安全，從而保證廠內人員的生命安全，提高企業人員的工作效率。 

2.1 系統結構

    依據新建工廠的配電情況分布情況，在線監測系統建設采用分層分布式結構，系統包括：站控管理層、網絡通訊層、現場設備層。

    系統網絡結構如圖所示：

    站控管理層管理人員與計算機進行人機交互的直接窗口，對采集的現場各類數據信息計算、分析與處理，并以圖形、數顯、聲音等方式反映現場的運行狀況，是系統的最上層部分。主要由系統軟件和必要的硬件設備，如工業級計算機、打印機、UPS電源等組成。

    通訊層使用的設備為NPORT5610-16串口服務器。該層是數據信息交換的橋梁，負責對現場設備回送的數據信息進行采集、分類和傳送等工作的同時，轉達上位機對現場設備的各種控制命令。

    現場設備層主要是連接于網絡中用于電參量采集測量的各類型的儀表等，也是構建該配電系統必要的基本組成元素。現場配置ACR220ELH、ACR220EL電能表，實現每個高壓回路的保護報警動作信息、三相電流、三相電壓、頻率、功率、四象限電能等電參量監測，低壓回路三相電流、三相電壓、頻率、功率、四象限電能等電參量監測；并對每個回路斷路器分合閘狀態進行監測。

2.2 網絡設計 

    電能管理系統中的網絡系統能夠及時的對數據進行傳輸，并迅速傳遞操作指令，是實現電能管理系統各項功能的基礎。把現場每個設備就地與總線連接，之后在把各條總線全部接入通訊網關，來實現與主機的傳遞。   

2.3監控系統軟件功能設計

    系統依據客戶實際需求進行設計，并實現了一次主接線圖界面顯示；電參量遙測及電參量越限報警；事件記錄；系統運行異常監測；故障報警及操作記錄；報表查詢與打印；系統負荷實時、歷史曲線，用戶權限管理等主要功能。

2.3.1數據的采集與處理

    數據采集主要包括模擬量以及開關量的采集。模擬量的采集主要是對線路電壓、電流、功率、功率因數、頻率等信息進行采集，實現遠程數據的本地實時顯示。數據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，達到配電監控的自動化化和智能化要求，同時把采集到的數據存入數據庫供用戶查詢。

2.3.2數據記錄

    電能管理系統的數據記錄功能主要就是對斷路器分合狀態以及保護動作的前后順序進行記錄，它要求系統中必須有足夠的內存空間，進而長時間的、大量的對數據信息進行記錄和存儲。其次，電能管理系統的數據記錄功能也包括對故障信息的記錄，即對故障發生時的實時電流、實時電壓等數據進行記錄存儲。由此可見，數據記錄功能可以通過對保護裝置工作狀態的記錄，以及對故障信息的記錄，準確的反映出系統中存在的問題，從而便于工作人員解決。

2.3.3電能管理

    為了實現對本工廠內各回路用電量的監管，系統設計了電能管理報表，系統通過對有功電度的采集，按照回路名稱的不同，自動生成日報表、月報表和年報表并有報表打印功能，并可對某一回路的某一時間段內的用電量進行查詢，可以幫助物業建立有效的用能管理考核制度。通過系統的建設和制度的建立，使各入駐管理人員節能意識大大提高，有效的節約了能源消耗。

3、供配電設計中應用電能管理系統的意義

    綜上所述，電能管理系統幫助用電單位提高效率、減少損失、降低運營成本，電能管理系統能夠有效確保電網管理效率、縮小電力運營成本，也成為現代供配電設計中不可或缺的重要組成部分。系統通過安裝在企業電網中主要受電點和樞紐配電柜中的電能監測儀采集的配網的電力、電量、電能質量信號，再將信號轉換為數據傳輸到計算機中，計算機對數據進行存儲、計算和分類存儲到數據庫中，然后通過計算軟件將電能以圖表的形式進行展示。電能管理人員可通過計算機看到電能的輸入、傳輸、消耗的全過程。由于監控設備對數據的傳遞都是通過網絡傳輸來實現，因此，不同的電能管理系統可以設計不同的組網方式,確保數據信息能夠迅速、精準的進行傳輸。另一方面，在供配電設計中運用電能管理系統，應該根據實際情況選擇監控設備。一般的電能管理系統通常都采用具有遠程通信、遠程觀測等功能的設備，而一些高端電能管理系統則需要選擇功能更加齊全的智能設備。可以通過識別其他影響因素（如高次諧波、三相不對稱，瞬態，短時中斷，過電流，過電壓等）以延長設備使用壽命。   在工廠建筑等場所設置電能管理系統，可以實現對廠內低壓配電回路的實時監控，有利于電能管理。系統可以根據用戶需要按班次、人員、時間、設備進行電能審計和考核。系統實時、準確、靈活計算各車間、班次、人員、設備用電量，并與公司的考核機制進行結合，自動計算考核成績。另一方面，電能管理系統不僅能夠準確的表示出回路的用電狀況，它還具備網絡通訊等功能，能夠與計算機、串口服務器等設備進行組合，及時的顯示廠內各個配電回路的運作狀態，當廠內電力系統的負載越標時，電能管理系統能夠迅速報警，發出語音提示。另外，電能管理系統還能夠生成報表、曲線圖等統計信息，便于有關人員分析廠內各部分的用電狀況，使廠內的用電活動更加安全、合理，從而保證廠內人員的生命安全，提高工作人員的工作效率。

參考文獻

[1]《電力電測數字儀表原理與應用指南》， 任致程、周中，中國電力出版社

[2]《電能管理系統在供配電設計中的應用》，高士宏，科技風作者簡介：

吳海英 主要研究方向為電氣火災安全