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能效管理系统在扬州协鑫光伏改造项目的应用

更新时间: 2023-12-18   点击次数: 400次

1项目概述

扬州协鑫光伏位于扬州市金山路129号,该项目共计两个0.4KV变电所,一个主变电所10台变压器,一个废水处理变电所一台变压器,以及车间二层夹层部分进行配电及接头处温度监测从而实现变电所及车间的配电运行状态的监测和报警管理。

2用户需求

2.1 总体要求

1、配电实时监测,含全电参量

2、温度远程监测

3、电能量远程集抄

4、实时报警及报警查询

5、配电系统一次界面

2.3 软件技术要求

a. 提供强大的图形界面功能,采用树形结构。 

b. 管理系统软件必须提供详细的在线帮助。 

c. 管理系统软件应提供简体中文界面。 

d. 管理系统软件操作应简单、方便,尽可能适应windows操作系统用户的使用习惯。 

e. 管理系统软件所有窗口都可以进行设置。 

f. 系统应具有界面组态功能,能够根据实际状况与维护管理架构,分层、分级、分类呈现监控信息;系统应提供必要的组态元件库,包括通用元件、各类设备信号样板、通用的界面模板和常用词汇等,并可灵活编辑各种库的内容;提供全屏幕编辑功能,能以所提供的各种库为基础,组合、编辑和配置用户界面;系统应具备批量配置功能,具备配置信息的批量倒入/导出功能;系统组态应能在线完成,所配置的内容能方便地存储和调用。

3方案设计原则

本方案综合考虑用户需求,集成Acrel-3000电能管理系统。

系统分位层结构:电能管理系统、通讯网络层、现场设备层。

本次工程的方案设计过程中,我们遵循的基本原则:本次工程的方案设计过程中,我们遵循的基本原则:先进、可靠、实用、安全。

3.1先进性

方案针对用户需求,采用计算机监控自动化系统。监控计算机实时不间断的采集多功能电力仪表、气表、水表和能量表等智能设备的数据,并对数据进行分析,以各种图形界面显示在人机界面。当系统检测到有事故发生或者采集到的数据超出设定的范围,系统会按照设定的方式作出告警,并把对事件的分析结果告知值班人员,减少工程巡视,实现整个系统高度的自动化功能和无人值班模式。

能耗管理系统通过采集电能、水、气等能耗,并进行分析比较,提供报表,为节能降耗提供数据支撑。

3.2可靠性

可靠性包括3个方面,即现场设备层设备的可靠性、通讯网络的可靠性以及监控系统的可靠性。

1、设备的可靠性:现场设备均采用工业级芯片,所有开入通过光电隔离。能适应恶劣的环境。产品电磁兼容性能测试通过国家要求最严酷等级。

2、通讯网络的可靠性:通讯网络部件都采用工业级产品,数据采集器采用嵌入式系统,实时多任务操作系统。以太网交换机等其它网络组件都能在工业级的环境下工作,抗干扰性能高,环境适应性强。

3、监控系统的可靠性。监控系统计算机采用高性能工控机,监控软件在设计上运行CPU负载率低,监控软件具备自诊断和自恢复功能。

3.3 开放性

监控系统可以作为主站,接入其它厂家不同通讯规约的智能设备,也可以满足和其它的系统互联,比如BA系统。此外,系统内置了国内外主流电力设备的通讯规约,可以方便与其它设备连接。

3.4 安全性

具有完善的用户管理功能,避免越权操作。系统的控制采用多级口令,配置不同的控制权限,只有允许的操作才能被执行,避免越权操作。

3.5 可维护性

系统的硬件、软件设备便于维护,各部件都具有自检和联机诊断校验的能力。网络通讯硬件采用市场通用的大众化产品,可替换性强,兼容性好,不需要专业的维护水平即可使用和维护。

4参照标准

本方案遵循的国家标准有:

GB50052-2009        供配电系统设计规范

GB50054-2011        低压配电设计规范

DL/T448-2000    《电能计量装置技术管理规程》

DL/T 698.1-2009   《第1部分:总则》

DL/T 698.2-2010    《第2部分:主站技术规范》

DL/T 698.31-2010   《第3.1部分:电能信息采集终端技术规范-通用要求》

DL/T 698.35-2010    《第3-5部分:电能信息采集终端技术规范-低压集中抄表终端特殊要求》

DL/T 698.41-2010    《第4-1部分:通信协议-主站与电能信息采集终端通信》

DL/T 698.42-2010     《第4-2部分:通讯协议-集中器下行通信协议》

DL/T/814-2002        《配电自动化系统功能规范》

GB/T/3047.1          《面板、架和柜的基本尺寸系列》

DL/T5137-2001        《电测量及电能计量装置设计技术规程》

GB2887               《计算站场地技术条件》

 


5方案设计

5.1 系统结构

整个系统分为级结构:

第一级:电能管理层。设置在一层的消防控制室内,按照区域划分接入各区域采集箱,通过光纤和能耗管理系统通信。

级:通讯网络层。本工程各区域电能管理系统利用光纤构建100M 光纤星型以太网实现电能管理系统通信功能,通过光纤以太网把各区域采集箱传输到监控主机。

级:现场设备层。即各区域内多功能仪表和测温装置

现场设备层装置安装在变电所进、出线开关盘面上以及二层中间层的插接箱上,主要对电力设备和温度进行数据采集。终端设备通过RS485现场总线方式接入数据采集器,仪表采用MODBUS-RTU规约。

系统使用高性能工控机及软、硬件系统,高性能的现场总线技术及网络通信技术,整个系统运行安全、稳定可靠、使用维护方便。

设置于总值班室的监控主站包含监控计算机、网络交换机、打印机、UPS、以及Acrel-3000能耗管理软件,作为运行及专业人员的人机交互窗口,以图形显示、报表打印等各种方式对建筑的耗能进行分析、对比和统计,提供节能降耗的数据支持。

如下图所示,终端设备层设备通过RS485/MODBUS-RTU总线方式,采用屏蔽双绞线接入数据采集器数据采集器把采集到的数据转换成以太网后,接入当地电能管理系统,经过光缆传送至能耗管理层网络交换机,供主站监控计算机调用。

image.png 

管理系统组网示意图

 

image.png

 

仪表通讯连接示意图

 

5.2 现场控制层设备

现场控制层设备主要是地下室变电所多功能电力仪表、无线测温装置等等。

根据用户需求,我们为本工程配置的主要终端设备层设备为安科瑞电气股份有限公司的PZ系列多功能电力仪表和无线测温装置,配置情况如下表所示:

序号

名称

型号、规格

单位

数量

备注

1

无线温度传感器

ATE100

570

安科瑞

2

无线测温收发器

ATC200

90

安科瑞

3

电源模块

ARTM-KDYA-DG30-24K

10

安科瑞

4

电能表

PZ96L-E4/KC(进线需增加谐波功能)

8

安科瑞 已有

5

电能表

PZ96L-E4/KC(进线需增加谐波功能)

80

安科瑞 主变电所无需停电更换

6

电能表

PZ96L-E4/KC(进线需增加谐波功能)

29

安科瑞 主变电所需停电更换

7

电能表

PZ80L-E4/KC(进线需增加谐波功能)

19

安科瑞 主变电所10号变

8

电能表

PZ96L-E4/KC(进线需增加谐波功能)

7

安科瑞 废水站无需停电更换

9

电能表

PZ96L-E4/KC(进线需增加谐波功能)

9

安科瑞 废水站需停电更换

合计

822


 

5.2.1多功能电力仪表PZ系列仪表

image.png

测量:三相电流、三相电压、频率、功率因数、有功/无功功率、

有功/无功电度

通讯:RS485/MODBUS-RTU

显示:液晶

技术参数如下表:

技术参数

    

输入

网络

三相三线、三相四线

电压

额定值

AC100V、400V

过负荷

1.2倍持续,瞬时2倍/1秒

功耗

0.2VA

阻抗

200kΩ

电流

额定值

AC1A、5A

过负荷

1.2倍持续,瞬时10倍/10秒

功耗

0.2VA

阻抗

0.1Ω

频率

50±5Hz,60±5Hz

输出

电能脉冲

2路脉冲输出,10000、40000、160000imp/kwh

通讯

RS485/Modbus-RTU、Profibus-DP 波特率38400、19200、9600、4800可设定

电源

范围

AC80-270V、DC90-350V

功耗

1W

工频耐压

2kV/1min交流有效值

抗干扰性能

符合GB6162

环境

温度

工作:-10~+55℃,存贮:-25~+70℃

湿度

≤95%RH,不结露,无腐蚀性气体场所

海拔

≤2000米

精度等级

电流、电压:0.5级,功率、有功电能:1.0级

5.2.2 无线测温传感器

无线测温传感器:安装于待测温接点,采集温度量并通过无线方式传输的传感器。

image.png 

传感器技术特点:

image.png 

安装方式:

image.png

                        安装图片

5.2.3无线信号接收器

配有一路485口的无线测温收发器。

DC 24V供电,需配电源转换模块

接收无线测温传感器信号

导轨式安装/螺丝安装

将温度数据通过485口接至后台系统

 image.png

5.3通讯网络层

数据采集器

image.png

配置:N2S16-485I-ETS

数据采集器根据现场设备数量,配置16口或者8口数据采集器,每个串口只能接入型号相同的设备,不同的设备占用不同的串口。

作为自动化系统的网络通信服务器不仅提供串行接口RS232/485/422与网络接口之间的相互转换。

负责把现场前置层智能保护/测控单元的数据采集,再将这些信息上传到当地监控系统和远动通讯服务器,完成遥信、遥测。

接收当地监控系统和远动通讯服务器下达的命令并转发给现场前置层智能保护/测控单元,完成对现场前置层智能保护/测控单元的遥控和遥调。

每个串口都可使用组态软件通过网络进行参数的下载和设置,实现远程维护。

5.4 电能管理层

电能管理层负责完成本区域智能设备数据的采集、处理、当地显示和监视功能,并在满足权限和逻辑时,对当地变电所的设备进行相应的控制。区域电能管理系统监控范围仅仅限于区域内设备,而不能浏览其它区域的信息。

电能管理系统的计算机采用研华工控机,同时配置大屏幕彩色液晶显示器,提供良好的人机界面。后台音响设备可提供语音报警,打印机可以记录系统信息,并可召唤或者定时打印数据报表。

管理计算机

image.png

配置:IPC-510MB/701VG( 2串口,单网口)/I5-2400/3.1GHz/8G/1TB /DVD/研华键盘+光电鼠标

计算机配置22寸液晶显示器,可以显示丰富的人机界面,便于监视和操作。

监控系统以 Windows 7为操作系统平台,提供美观、友好、安全、方便的人机界面。实时动态显示潮流数据;运用声、光、色、动画等多种手段实现告警提示;遥控、遥调和顺控等操作界面符合电厂运行规程和操作习惯。提供各种数据的录入和查询功能。在线验证操作员的操作权限及身份,并存储操作的结果。

5.5监控设备清单

本次工程中所需的设备如下表所示:

序号

名称

型号、规格

单位

数量

备注

1

监控中心值班室






工控机

IPC-510MB/701VG( 2串口,单网口)/I5-2400/3.1GHz/8G/1TB /DVD/研华键盘+光电鼠标

1

研华


显示器

SE2218HV 21.5寸液晶显示器 分辨率 1920*1080

1

DELL


UPS电源

C1K/1KVA 塔式  (SANTAK)

1

SANTAK,山特


打印机

HP 104A A4黑白激光打印机

1

HP


光纤收发器

MIE-1102S          单模SC接口×1 RJ45接口×1

1

兆越


串口服务器

N2S16-485I-ETS 双网口 16个485串口,带隔离,机架式  

1

宽域


电能管理软件

系统组态软件Acrel-3000V7.1

1

安科瑞


电能管理软件

数据存储软件Acrel-dbSQL

1

安科瑞


电能管理软件

电能管理软件Acrel-EnerSys

1

安科瑞


电能管理软件

设备驱动软件Acrel-Driver

1

安科瑞


操作系统

WINDOWS7  64位简体中文旗舰版,含光盘

1

微软 甲供


数据采集箱(空)

ACCB-T 550*600*300(AB)

1



非网管工业交换机

MIE-1408SC4   4光4电  

1

兆越


操作台

YT-341  1.2米  带搬运把手  长*宽*高 1200*1000*750mm

1

甲供

2

废水站






数据采集箱(空)

400*500*180(AA)

1

安科瑞


光纤收发器

MIE-1102S          单模SC接口×1 RJ45接口×1

1

兆越


串口服务器

N1S02W-485I-ETS 单网口,2个485串口,带隔离,端子接口方式,带拨码开关,电源均为内置交直流110/220V通用

1

宽域

3

测温






数据采集箱(空)

400*500*180(AA)

1

安科瑞


光纤收发器

MIE-1102S          单模SC接口×1 RJ45接口×1

1

兆越


串口服务器

N1S04W-485I-ETS 单网口,4个485串口,带隔离,端子接口方式,带拨码开关,电源均为内置交直流110/220V通用

1

宽域

6电能管理系统功能设计

6.1配电系统实时监测

安科瑞Acrel-3000电能管理系统人机界面友好,能够以配电一次图的形式直观显示配电线路的运行状态,实时监测各回路电压、电流、功率、功率因数、电能等电参数信息,动态监视各配电回路断路器、隔离开关、地刀等合、分状态,以及有关故障、告警等信号。

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主要功能:一次图显示各回路对应回路名称、三相电流、三相线电压、总有功功率、总无功功率、总功率因数,断路器、地刀、隔离开关等合分位状态,弹簧储能状态、手车位置状态。其中,10kV配电系统中监测的开关量主要有:断路器分、合闸信号,手车工作、试验位置信号,远方/就地切换位置信号、弹簧储能状态信号、接地刀合分信号、变压器超温跳闸信号、高温报警信号,保护跳闸信号和事故预告信号;400V低压进线回路电参量主要有:开关状态、三相电流、三相电压、总有功功率、总无功功率、总功率因数、频率和正向有功电能累计值;400V低压出线回路主要有:开关状态、三相(单相)电流、三项功率。

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6.2电能统计报表

安科瑞Acrel-3000电能管理系统以丰富的报表体支撑量体系的完整性。系统具备定时抄表汇总统计功能,用户可以自由查询自系统正常运行以来任意时间段内各配电节点的用电情况,即该节点进线用电量与各分支回路消耗电量的统计分析报表。该功能使得用电可视透明,并在用电误差偏大时可分析追溯,维护计量体系的正确性。

主要功能:具有起始时间和结束时间的时间选择框,选定想要查询的时间段后,通过点击查询按钮可查询出系统项目范围内所有配电回路的用电量。可通过导出按钮将报表以Excel形式导出保存,通过打印按钮进行报表打印。

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6.3详细电参量查询

在配电一次图中,当鼠标移动到每个回路附近时,鼠标指针变为手形,鼠标单击可查看该回路详细电参量,包括三相电流、三相电压、三相总有功功率、总无功功率、总功率因数、正向有功电能,并可以查看24小时相电流趋势曲线及7天相电流趋势曲线。

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6.4运行报表

安科瑞Acrel-3000电能管理系统具有实时电力参数和历史电力参数的存储和管理功能,所有实时采集的数据、顺序事件记录等均可保存到数据库,在查询界面中能够自定义需要查询的参数,时间或选择查询最近更新的记录数据等,并通过报表方式显示出来。

主要功能:查询各回路或者设备时间的运行参数,报表中显示电参量信息应包括:各相电流、三相电压、总功率因数、总有功功率、总无功功率、正向有功电能等;亦可以根据用户具体需要定制运行日报、月报。电参量报表也支持导出Excel格式文件,还可以根据用户要求导出PDF格式文件。

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6.5实时报警

安科瑞Acrel-3000电能管理系统具有实时报警功能,系统能够对配电回路断路器、隔离开关、接地刀分、合动作等遥信变位,保护动作、事故跳闸,以及电压、电流、功率、功率因数越限等事件进行实时监测,并根据事件等级发出告警。系统报警时自动弹出实时报警窗口,并发出声音或语音提醒。

主要功能:根据遥信、保护动作、电量越限等事件的类型和报警级别,弹出实时事件告警窗口,报警列表包含:事件动作日期、时间、事件描述、数值、级别、类型、确认状态、确认人、确认时间等。

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6.6历史事件查询

安科瑞Acrel-3000电能管理系统能够对遥信变位,保护动作、事故跳闸,以及电压、电流、功率、功率因数越限等事件记录进行存储和管理,方便用户对系统事件和报警进行历史追溯,查询统计、事故分析

主要功能:可根据用户需要设置起始时间、结束时间,选择查询时段,进行时间事件查询,历史事件查询列表中包含:事件动作日期、时间、事件描述、数值、级别、类型、确认状态、确认人、确认时间等。

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6.7电能质量监测(该功能需要选配带谐波监测功能的电力仪表)

安科瑞Acrel-3000电能管理系统可以对整个配电系统范围内的电能质量进行持续性的监测,运行维护人员可以通过谐波分析棒图、报表掌握进线、变压器、重要回路的电压、电流谐波畸变率、谐波含量、电压不平衡度、电压偏差、电压合格率等,及时采取相应的措施提高配电系统的可靠性,降低谐波损耗,减少因谐波造成的异常和事故。

主要功能:能够以统计报表和棒图等形式显示三相电压、三相电流的2-31次谐波畸变率、谐波含量。谐波棒图可以进行原始量程、10倍量程、20倍量程、50倍量程、100倍量程、最适量程的选择切换。

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6.8用户权限管理

安科瑞Acrel-3000电能管理系统为保障系统安全稳定运行,设置了用户权限管理功能。通过用户权限管理能够防止未经授权的操作(如配电回路名称修改等)。可以定义不同级别用户的登录名、密码及操作权限,为系统运行、维护、管理提供可靠的安全保障。

主要功能:将用户的级别分为操作工、班长、工程师、系统管理员四个等级,每个等级可以分别赋予不同的操作权限,包括进入运行、退出运行、遥控操作、报表管理、系统配置、用户管理等。系统管理员为最高等级用户,高一级用户可添加、删除下一级别的用户。

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6.9通讯状态图

安科瑞Acrel-3000电能管理系统支持实时监视接入系统的各设备的通讯状态,能够完整的显示整个系统网络结构;可在线诊断设备通讯状态,发生网络异常时能自动在界面上显示故障设备或元件及其故障部位。从而方便运行维护人员实时掌握现场各设备的通讯状态,及时维护出现异常的设备,保证系统的稳定运行。

主要功能:具备完整的系统通讯拓扑结构图,实时显示设备通讯状态,红色状态表示对应设备通讯正常,绿色状态表示设备通讯异常。系统主机和串口服务器/通讯管理机旁标明设备分配IP地址,各设备旁标识了设备地址和设备回路编号。

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7无线测温功能

在线测温主要是针对高低压开关柜内电缆接头、断路器触头等电气连接点的温度进行监测,防止在运行过程中因氧化、松动、灰尘等因素造成接点接触电阻过大而发热成为安全隐患,提升设备安全保障,及时、持续、准确反映设备运行状态,降低设备事故率

ARTM系列节点测温方案,由测温传感器、收发器、一体化显示终端组成,可通过无线方式实现对高、低压开关柜柜内断路器触头、母排、电缆接头、干式变压器绕组、电机绕组、刀闸开关等设备的温度测量,温度数据可集中到后台温度监控系统,实现对现场设备的实时监测与高温预报警。

软件功能界面如下:

实时显示电缆温度情况

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显示实时历史的温度曲线

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