電力監控：安科瑞電力監控組態軟件在配電系統中的應用

分類：解決方案日期：2010-07-16 11:46:29

周中1 （1上海安科瑞電氣股份有限公司，上海嘉定，201801）

摘要：介紹了ACR330ELH電力質量分析儀表在智能配電監控系統中的實際應用，詳述了該系列儀表的功能及技術指標，并給出了系統結構、軟件實現及系統功能。

　　關鍵詞：ACREL-2000，導軌式安裝，ADL電能表，RS485通訊，電能管理, 電力監控

　　0 前言

　　目前，供配電產業的發展及可靠性對國民經濟的發展起著舉足輕重的作用,全國各地重點工程項目、標志性建筑/大型公共設施等大面積多變電所用戶的急劇增加，對供配電系統的可靠性、安全性、實時性、易用性、兼容性及縮小故障影響范圍提出了更高的要求。

　　安科瑞的Acrel-2000型電力監控系統軟件借助了計算機、通訊設備、計量保護裝置等，為系統的實時數據采集、開關狀態檢測及遠程控制提供了基礎平臺。該電力監控系統可以為企業提供“監控一體化”的整體解決方案，主要包括實時歷史數據庫AcrSpace、工業自動化組態軟件AcrControl、電力自動化軟件AcrNetPower、“軟”控制策略軟件AcrStrategy、通信網關服務器AcrFieldComm、OPC產品、Web門戶工具等，可以廣泛的應用于企業信息化、DCS系統、PLC系統、SCADA系統。

　　1. 系統結構

　　Acrel-2000系列電力監控系統是基于10kV及以下變配電系統的監測與管理，該系統（簡稱Acrel-2000型系統）由管理層（站控層）、通訊層（中間層）、間隔層（現場監控層）三部分組成，見下圖。

管理層

　　由高性能的工業控制計算機、顯示器、打印機、UPS不間斷電源、GPS時間對時器、聲光報警設備等組成，主要作用是把通訊層采集到現場設備的數據通過ACRHMI人機對話界面的方式顯示給用戶，同時發送命令給間隔層設備。它也是系統與運行管理人之間的對話接口。

通信層

　　位于管理層與間隔層中間，采用現場管理機（前置處理機或光纖環網交換機或通信服務器或以太網關）等作為通信層。主要作用將多種裝置和設備通過現場總線技術，有機地結合起來，并且在測控網上實現信息交換和資源共享，它具有強大的通信和數據處理能力。實現“上傳下達”的作用。

　　間隔層

　　安裝微機保護測控裝置、綜合電力監控儀表、開關量采集模塊、模擬量采集模塊、繼電器輸出模塊、脈沖采集模塊等。采用最先進地高精度交流采樣技術通過RS485通信接口上傳到通信層。實現對現場數據采集和就地顯示功能及通信命令地實施。

　　間隔層是整個Acrel-2000型系統的最關鍵部分，它既是分散控制的核心，也是保證管理層得到正確數據的源頭。本系統對于高低壓二次設備的配置都高于或符合國家的標準。

　　2. 功能介紹

　　Acrel2000電力監控系統軟件在電力行業已得到了廣泛的應用，功能強大，主要包括有：

　　2.1 友好的人機交互界面（HMI）

　　標準的變配電系統具有CAD一次單線圖顯示中、低壓配電網絡的接線情況；龐大的系統具有多畫面切換及畫面導航的功能；分散的配電系統具有空間地理平面的系統主畫面。主畫面可直觀顯示各回路的運行狀態，并具有回路帶電、非帶電及故障著色的功能。主要電參量直接顯示于人機交互界面并實時刷新。

　　2.2 用戶管理

　　本軟件可對不同級別的用戶賦以不同權限，從而保證系統在運行過程中的安全性和可靠性。如對某重要回路的合/分閘操作，需操作員級用戶輸入操作口令外，還需工程師級用戶輸入確認口令后方可完成該操作。

　　2.3 數據采集處理

　　Acrel-2000型電力監控系統可實時和定時采集現場設備的各電參量及開關量狀態(包括三相電壓、電流、功率、功率因數、頻率、電能、溫度、開關位置、設備運行狀態等)，將采集到的數據或直接顯示、或通過統計計算生成新的直觀的數據信息再顯示（總系統功率、負荷最大值、功率因數上下限等），并對重要的信息量進行數據庫存儲。

　　2.4 趨勢曲線分析

　　系統提供了實時曲線和歷史趨勢兩種曲線分析界面，通過調用相關回路實時曲線界面分析該回路當前的運行負荷狀況。如通過調用某配出回路的實時曲線可分析該回路的電氣設備所引起的信號波動情況。系統的歷史趨勢即系統對所有已存儲數據均可查看其歷史趨勢，方便工程人員對監測的配電網絡進行質量分析。

　　2.5 報表管理

　　系統具有標準的電能報表格式并可根據用戶需求設計符合其需要的報表格式，系統可自動統計?？勺詣由筛鞣N類型的實時運行報表、歷史報表、事件故障及告警記錄報表、操作記錄報表等，可以查詢和打印系統記錄的所有數據值，自動生成電能的日、月、季、年度報表，根據復費率的時段及費率的設定值生成電能的費率報表，查詢打印的起點、間隔等參數可自行設置；系統設計還可根據用戶需求量身定制滿足不同要求的報表輸出功能。

　　2.6 事件記錄和故障報警

　　系統對所有用戶操作、開關變位、參量越限及其它用戶實際需求的事件均具有詳細的記錄功能，包括事件發生的時間位置，當前值班人員事件是否確認等信息，對開關變位、參量越限等信息還具有聲音報警功能，同時自動對運動設備發送控制指令或提示值班人員迅速排除故障。

　　2.7 五遙功能

　　Acrel-2000型系統不僅能實現常規的“遙信”、“遙控”、“遙測”、“遙調”功能外，還可以實現“遙設”功能。

　　遙信：實時對開關地運行狀態，保護工作等開關量進行監視。計算機實時顯示和自動報警。

　　遙控：通過計算機屏幕選擇相應的站號，開關號，合/分閘等信息，并在屏幕上將選擇的開關狀態反饋出來，確認后執行，實時記錄操作時間、類型合開關號等。

　　遙測：通過計算機實時對系統電壓、電流、有功功率、無功功率、功率因數、超限報警、頻率進行不斷地采集、分析、處理、記錄、顯示曲線，棒圖，自動生成報表。

　　遙調：用于有載變壓器的調壓升/降。

　　遙設：用于遠方修改分散繼電保護裝置的定值、控制字；以及調整各種儀表的工作狀態。

　　3. 系統性能指標

　　Acrel-2000型系統性能指標見下表

序號	內容	指標	序號	內容	指標
1	事件記錄正確率	≥99.9％	8	事故時遙信變位傳送時間	≤1S
2	遙信正確率	100％	9	事故推畫面時間	<2S
3	遙控正確率	100％	10	遙信變位	<1S
4	遙調正確率	100％	11	遙控過程完成	<3S
5	遙測正確率	≥99.9％	12	模擬量測量綜合誤差	<0.5%
6	重要遙測更新周期	<2S	13	電網頻率測量誤差	<0.01Hz
7	一般遙測更新周期	<3S

4. 軟件界面

　　4.1 35kv變電站的主接線圖畫面。

　　4.2 電壓、電流波形計數值顯示界面，以及棒圖、餅圖的顯示。

　　4.3對某個用電單位的不同用電設備進行實時的報表查詢和顯示，并可以打印輸出。

4.4可實現定值管理功能，斷路器分合閘顯示，電參數顯示，以及保護功能。

　　4.5 遙信遙控功能

　　4.6 遙控界面：符合電力系統規范，要求輸入密碼，且有監護人在才能完成！

　　4.7 報警/遙控自動彈出報警工具條！

　　5．中壓保護裝置

　　安科瑞公司的M系列可編程型微機保護測控裝置，采用大容量、資源冗余設計，適用于35kv及以下的電壓等級電網的保護、控制、測量和監視，可配置為線路、電容器、電動機、進線互投（貫通線備投）等不同回路提供保護功能的數字微機繼電保護控制裝置。它可用于不同的主接線方式，如單母線、雙母線及多母線接線等方式，也支持不同類型的電網，如中性點不接地系統、經消弧線圈接地系統和小電阻接地系統。

　　應用行業：廣泛應用于電力、化工、國防、建材、市政、學校、醫院、建筑、交通、冶金等行業。

　　5.1 M系列中壓保護裝置特點

高可靠性設計

本產品全部采用工業級元器件，所有與外界的連接都做了充分的電氣隔離，內置抗雷擊保護電路和電源濾波器。專業的EMC設計，對裝置輸入電源、模擬和數字電源進行實時的監測，保證了其運行的可靠性。

　　強大的邏輯可編程

　　通過邏輯元件的組合，同一臺裝置可設計成為實現不同保護功能的綜合保護裝置。

　　靈活方便的接線方式

　　其輸入的交流電壓可接相電壓、線電壓、零序電壓或是不平衡電壓，適應各種PT接線方式。

　　高精度的測量和計量

　　保護CT和測量CT分開輸入，保證了測量精度和高可靠性要求。采用頻率跟蹤技術，實時的檢測系統的頻率變化，實時的調整數據的采樣時間間隔，能保證在基頻偏離工頻50Hz很大的情況下準確計算出當時系統的基頻分量，諧波分量和零序分量。

　　故障錄波

　　在每個采樣點對所有交流輸入量、狀態量、開出量和保護模塊進行實時的采集并記錄。

　保護定值切換

　　可通過面板和通訊方式進行切換，組別切換功能使其快速的方便的適應多種運行方式。

　　通訊功能

　　以太網通訊規約：Modbus；TCP/IP。不同的通訊口可設不同的通訊規約，可以同時運行。

　　斷電保持功能

　　間隙中斷條件下，100ms內電源失電，裝置不失電。電源失電50ms后，裝置產生失電SOE，并保存重要數據。

　　5.2 M系列中壓繼電保護裝置保護功能

　　相瞬時速斷電流保護；相限時速斷電流保護；相過電流保護；相反時限過流保護；零序定時限一段、二段保護；過電壓告警；過電壓跳閘；三相一次重合閘；合閘后加速；控制回路斷線告警；非電量保護；PT斷線告警；負序定時限過流一段；負序定時限過流二段；堵轉保護；啟動時間過長保護；過熱告警保護；過熱跳閘保護；零序過壓保護；不平衡電壓、電流保護；低電壓保護；失壓重啟動保護。

　　5.3 M系列中壓繼電保護裝置型號及保護功能一覽表

　　 M5系列中壓繼電保護裝置型號及功能表：

	型號	主要功能
	M5-F	相定時限過流保護一段(可選復合電壓閉鎖、方向閉鎖)、相定時限過流保護二段(可選復合電壓閉鎖、方向閉鎖)、相定時限過流保護三段、相定時限過流保護四段、相反時限過流保護、IO1過流保護(兩段、反時限)、IO2過流保護(兩段、反時限)、控制回路異常告警、PT斷線、斷路器失靈告警、低電壓保護(失壓保護)、CT斷線、斷路器遙控分合、三相多次重合閘、重合閘后加速、頻率保護、低周減載〔無壓、無流、滑差閉鎖)
	M5-M	相定時限過流保護一段(可選復合電壓閉鎖、方向閉鎖)、相定時限過流保護四段、相反時限過流保護、IO1過流保護(兩段、反時限)、IO2過流保護(兩段、反時限)、控制回路異常告警、PT斷線、斷路器失靈告警、堵轉保護、負序過流保護(兩段、反時限)、電機啟動時間過長保護、電機過熱保護、電機低電流保護、低電壓保護(失壓保護)、過電壓保護、CT斷線、斷路器遙控分合
	M5-B	相定時限過流保護二段(可選復合電壓閉鎖、方向閉鎖)、相定時限過流保護三段、控制回路異常告警、PT斷線、斷路器失靈告警、CT斷線、斷路器遙控分合、重合閘后加速、進線、母聯備自投
	M5-C	相定時限過流保護二段(可選復合電壓閉鎖、方向閉鎖)、相定時限過流保護三段、不平衡電壓、控制回路異常告警、PT斷線、斷路器失靈告警、零序過壓保護、IO1過流保護(兩段、反時限)、IO2過流保護(兩段、反時限)、低電壓保護(失壓保護)、過電壓保護、CT斷線、斷路器遙控分合
	M5-T	相定時限過流保護二段(可選復合電壓閉鎖、方向閉鎖)、相定時限過流保護三段、相定時限過流保護四段、相反時限過流保護、IO1過流保護(兩段、反時限)、IO2過流保護(兩段、反時限)、控制回路異常告警、 PT斷線、斷路器失靈告警、零序過壓保護、過負荷啟動冷風、閉鎖有載調壓、輕瓦斯告警、重瓦斯跳閘、壓力釋放、溫度保護、低電壓保護(失壓保護)、過電壓保護、CT斷線、斷路器遙控分合

　　M4系列中壓繼電保護裝置功能表：
　

	型號	主要功能
	M4-F	相瞬時速斷電流保護、相限時速斷電流保護、相過電流保護、相反時限過流保護、零序定時限一段保護、零序定時限二段保護、三相一次重合閘、合閘后加速、控制回路斷線告警、非電量保護、PT斷線告警、零序過壓保護
	M4-M	相瞬時速斷電流保護、相限時速斷電流保護、、相反時限過流保護、零序定時限一段保護、零序定時限二段保護、過電壓告警、過電壓跳閘、控制回路斷線告警、非電量保護、PT斷線告警、負序定時限過流一段、負序定時限過流二段、堵轉保護、啟動時間過長保護、過熱告警保護、過熱跳閘保護、不平衡電流保護、低電壓保護、失壓重啟動
	M4-C	相限時速斷電流保護、、相反時限過流保護、零序定時限一段保護、過電壓告警、過電壓跳閘、控制回路斷線告警、PT斷線告警、不平衡電壓保護、不平衡電流保護、低電壓保護
	M4-I	相瞬時速斷電流保護、相限時速斷電流保護、相過電流保護、相反時限過流保護、零序定時限一段保護、零序定時限二段保護、控制回路斷線告警、PT斷線告警、過電壓告警、進線互投/貫通線備投
	M4-U	過電壓告警、PT斷線告警、低電壓保護

M3系列中壓繼電保護裝置功能表：
　

	型號	主要功能
	M3-F	相瞬時速斷電流保護、相限時速斷電流保護、相過電流保護、相反時限過流保護、零序定時限一段保護、零序定時限二段保護、三相一次重合閘、合閘后加速、控制回路斷線告警、非電量保護、PT斷線告警、零序過壓保護
	M3-C	相限時速斷電流保護、相過電流保護、相反時限過流保護、過電壓告警、過電壓跳閘、控制回路斷線告警、PT斷線告警、不平衡電壓保護、不平衡電流保護、低電壓保護
	M3-M	相瞬時速斷電流保護、相限時速斷電流保護、相反時限過流保護、過電壓告警、過電壓跳閘、控制回路斷線告警、非電量保護、PT斷線告警、負序定時限過流一段、負序定時限過流二段、堵轉保護、啟動時間過長保護、過熱告警保護、過熱跳閘保護
	M3-I	相瞬時速斷電流保護、相限時速斷電流保護、相過電流保護、相反時限過流保護、零序定時限一段保護、零序定時限二段保護、控制回路斷線告警、PT斷線告警
	M3-U	PT斷線告警、過電壓告警、低電壓保護

　　6. 低壓部分常用裝置

　　對于0.4KV的低壓系統常選用ACR系列網絡電力儀表、ARD3電動機保護器，ARC系列電容器補償裝置等。

　　6.1 0.4kv低壓進線端常裝設ACR330ELH網絡電力儀表。

　　該裝置具有功能：三相I、U、kW、kVar、kVA、kWh、kVarh、cosφ，Hz測量；四象限電能計量、復費率電能累計、THDu、THDi、CF(電壓波峰系數)、THFF(電話波形因子)、電流K系數、電壓電流正/負零序分量、2-21次各次諧波含量；2DI/2DO、RS485/Modbus、LCD顯示。

　　6.2 低壓功率因數補償回路選用ARC-12/J-C型功率因數自動補償控制儀。