电能质量监测系统

电力监控软件在石油钻具有限公司的应用 安科瑞鲍静君

摘要：本文介绍基于人机界面和三相电子式多功能电能仪表而设计实现的一套分散式采集和集中控制管理的配电自动化监控系统，系统实现了人机界面在配电室中无人管理的功能，省去了值班人员现场操作的繁复性，减少人工操作的误差性，提高了供电质量和管理水平，具有简明实用、投资少等优点。

关键词：人机界面；三相电子式多功能电能仪表；自动化系统；监控

0引言

    随着社会的发展及电力的广泛应用，智能电能管理已成为多数用电量高的企业必然选择，节能、减少人工现场电能统计误差是当前用电迫在眉睫的问题，积极采用的技术和管理手段实现配电自动化系统更是节能行之有效的途径。

    配电自动化系统包括很多部分，其中配电监测是配电自动化系统的一个非常重要的组成部分，主要功能包括：数据采集和监控（SCADA）、导出，配电网运行管理，用户管理，地理信息系统（GIS）等。随着计算机技术，网络技术和通信技术的飞速发展，我国电力行业正朝着信息化程度更高的方向发展，各种的信息技术正逐步应用于配电自动化监测系统当中。

    本文以石油钻具有限公司电能监控系统为例子，提出了利用触摸屏和安科瑞公司三相电子式多功能电能仪表研制了一套适用于高、低压配电的集中监控系统。

    1、项目介绍

    石油钻具有限公司主要生产钻杆接头、加重钻杆接头、特殊钻杆接头等产品，公司拥有中型配电室一个，该项目采用昆仑通态触摸屏MCGS TPC7062KX与安科瑞DTSD1352三相电子式多功能电能表，实现实时数据的监测、控制，主要对整个配电系统可靠性进行全程的智能化监控，数据分析，以及对各回路所用电能进行统计[1]。

    2、用户需求

    石油钻具有限公司为实现配电系统的现代化、统一化、智能化以及规范化的管理，经过前期详细的市场调研和对不同电力系统公司的考察后，较终提出以下需求：

    实时显示:各配电柜回路电压、电流及电能监测信息实时刷新，并在触摸屏实时显示；

    电能管理:完成对各电能仪表的电能集抄功能，并自动生成符合客户管理需求的用电报表，报表能够在触摸屏上实现电能实时查询；

    数据导出:实现各电能仪表电能按照客户要求的时间进行自动、手动导出，导成Excel形式到U盘，供客户对电能统计、打印。

    3、设计方案

    根据可靠性和率配电管理的要求，以及实用性，安全性，实时性，稳定性，可扩展性和易维护性的原则，对石油钻具有限公司的智能配电系统的改造提供如下设计方案。

    3.1参考标准

    DL/T 814-2002       《配电自动化系统功能规范》

    DL/T645-1997        《多功能电能表通信规约》

    GB/50198-2011       《监控系统工程技术规范》

    DL/T721-2000        《配电网自动化系统远方终端》

    GB/T50063-2008      《电力装置的电测量仪表装置设计规范》

    DL/T634-2002        《远动设备和系统传输规约基本远动任务配套标准》

    DL/T645-2007        《规约数据标识》

    GB/T13729-2002      《远程终端通用技术条件》

    3.2网络结构拓扑图

    为满足配电室统一监控的要求，现场所有仪表通过屏蔽双绞线连接至触摸屏，进而实现对现场数据的采集、存储、处理，实时显示以及历史查询，拓扑结构如图1所示。

图1 电力监控系统拓扑结构图

    4、系统功能

    上位机采用触摸屏MCGS TPC7062KX，通过触摸屏进行现场仪表连接、数据库变量配置、界面设计等，完成了在上位机中监控现场电能表用电量的功能[2]。

    4.1 实时显示

    触摸屏采集现场各个电能表A相、B相、C相电流、电压及当前总有功电能数据，并在人机界面实时刷新显示，具体数据如下图2所示。

图2 电能表数据显示界面

    4.2 电能管理

    各个配电柜的电能表可以按照时间段进行历史数据查询，选择时间间隔对系统采集的电能表历史电能数据精确查询，根据客户要求，本系统实现每隔1小时自动存储电能，查询结果在触摸屏存盘数据浏览构建中显示，电能存盘数据如下图3所示。

图3 电能表数据存盘界面

    4.3 数据导出

    本系统能够实现电能表数据自动/手动导出，手动导出数据界面如下图4所示，用户根据需要选定导出数据的时间段（开始时间、结束时间），即可导出电能数据，以Excel形式导出到U盘，同时系统根据触摸屏对电能表数据存盘，自动导出所存盘的数据，导出数据如下图5所示。

图4 电能表数据导出界面

图5 导出数据界面

   5、运行效果

    数据的实时性：项目实施前现场数据主要靠人工抄录，各回路时间不统一，可对性差；项目实施后后台实时采集，可比性强。

    存储管理：项目实施前纸质记录，查询时翻箱倒柜，年久易失，数据日期管理复杂；项目实施后计算机存储，数据可存储几年以上，查询速度快，只需鼠标一点，*准确。

整体分析：项目实施前各个时段用电量以及各个回路用电横向和竖向无法对比；项目实施后通过电能存盘数据分析，可了解各个时段的用电情况。

    数据安全：项目实施前分散管理，手工定时备份，对连续数据备份不准确；项目实施后同步集中管理，系统自动即时备份。

    设备管理：项目实施前各个配电柜回路通断电要现场去查看，断电时无报警；项目实施后通过触摸屏清晰展示，回路是否正常产生数据，后台自动记录数据。

    6、结束语

    在电力监控系统中配置网络电力仪表，具有实施简明，投资少等显着优点，可以方便和实时地监控配电系统的运行状态，对现场的用电设备进行统一管理，免去工作人员到现场记录的繁琐工作，减少人员工作量，同时，系统对各种用电设备的历史运行数据进行管理分析，工作人员根据建立的电能计量体系，可以了解、分析配电系统总体能耗，提出降耗计划，采取节能降耗措施，逐步提高用电效率。

参考文献：

[1].周中等编着. 智能电网用户端电力监控与电能管理系统产品选型及解决方案[M]. 北京. 机械工业出版社. 2011.10

[2].昆仑通态触摸屏MCGS初级、中级教程. 2013.4

能耗在线监测系统在江阴港口集团办公楼中的应用  安科瑞 鲍静君

摘要：介绍了江阴港港口集团有限公司新建办公楼能耗在线监测系统的系统结构、数据采集及系统软件的功能实现。通过对各办公室空调、照明与插座用电进行分析处理，把分析处理结果通过表格、图片等方式进行公布。企业管理人员可通过该系统平台，建立健全企业节能管理制度，约束各用能单位的能源消耗，提高企业办公的运行能效。

关键字：办公节能；用能管理；能耗监测；港口； 数据采集

0 引言

    能源消耗是企业生产成本中重要的可控部分，降低能源消耗是企业降低生产成本的重要途径。随着社会的不断进步和科学技术的不断发展，节能技术和装备如锅炉窑炉、电机及拖动设备、余热余压利用装备、节能仪器设备等已广泛应用于企业生产工序的各个环节。生产型企业的办公管理能源消耗量（主要为耗电量）也是其能源消耗的重要组成部分，但因其占能源消耗总量的比重不大，在企业节能改造实施过程中往往被忽略。如果在企业办公建筑中建立能源监管体系，通过计算机等辅助手段将能耗分类计量，就可发现高能耗点和不必要的能耗消耗量，在此基础上加强用能考核管理，往往可以起到事半功倍的效果。

    本文结合江阴港港口集团股份有限公司5号码头新建办公楼能耗（电能）在线监测系统，对生产型企业如何建立有效的办公管理用能监测进行了详细介绍。

1 配电情况及建设目标

    江阴港港口集团股份有限公司5号码头新建办公楼为三层办公楼，该楼电源总进线由码头5#变电所0.4kV配出回路引入至总配电箱。总配电箱位于一楼网络机房外间，设总开关、各楼层总开关，再采用放射式与干状式混合的配电模式将电源引至各办公室。各办公室均设单独的PZ30配电箱，为便于电能的消耗分类，电源引入各办公室后分配为空调用电和照明插座用电。如下图所示为该办公楼三楼各办公室的分布示意：

图1 办公楼三楼各办公室分布示意

    系统建设方和承建方经充分讨论，认为该能耗在线监测系统应实现如下目标：

    1.各办公室的用电按空调用电、照明插座用电分别计量，实现能耗波动幅度跟踪，实现能耗的准确预测；

    2.将各办公室用电按部门进行汇*计，并以帮图、曲线等多种形式展示，实现能耗监测，避免不合理能耗；

    3.可建立用电成员值，对**额用电或非正常用电等起到提示作用，实现能耗标准化管理，形成具有推广性的标准规范；

    4.系统建成后能于局域网内电脑查看该系统的展示数据；实现能耗量化分析、能耗管理流程化和精细化管理，节能效果评估，实现对节能改造措施的管理；

2 系统组网结构设计实现

    依据新建办公楼的配电情况和办公室分布情况，能耗在线监测系统建设采用分层分布式结构，系统包括：站控管理层、网络通讯层、现场设备层。系统网络结构如图2所示：

图2 系统网络结构图

    管理测控层是针对系统的使用和维护人员的人机交互窗口，也是系统的较上层部分。在该能耗在线监测系统的建设中，配置了数据服务器用以采集、存储与处理各回路耗电信息、Web服务器将友好的人机界面通过互联网展示给使用者，并设置了用于系统日常维护的工程师工作站；

    通讯控制层主要是由通讯服务器、接口转换器件及总线网络等组成，是数据信息交换的桥梁。在该项目方案中通讯控制层配置1台8端口数据采集器，考虑到通讯可靠性及防雷等因素，配置串口隔离设备。1～3楼层按东西侧分别引一根RS485总线，连接位于各办公室的单相计量表计至串口服务器，通讯总线采用屏蔽双绞线（RVSP2×0.75），穿Φ25管沿墙壁铺设至各房间；

    现场设备层主要是连接于网络中用于电参量采集测量的各类型的仪表等，也是构建该配电系统必要的基本组成元素。为建立用电分项计量体系，在本项目方案设计时即为每个办公室的PZ30箱内安装两只单相一次接入导轨式电能计量表，分别计量该办公室的空调用电和照明插座用电。基于该设计方案，办公楼1楼层16个办公室配置32只单相计量表计、2楼层17个办公室（含会议室）配置34只单相计量表计、3楼层17个办公室（含会议室）配置34只单相计量表计、总配电箱配置4只三箱计量表计。

3系统功能设计实现

    能耗在线监测系统围绕系统建设目标，设计了以下软件功能：

    1.用电回路清晰的计量体系结构

    江阴港港口集团办公楼共有三层，能耗系统在办公楼总进线、各楼层、各办公室分别安装了两个电能表，分别用来计量空调用电和照明插座用电，结合 4只用电总表，整个系统共设置了104个计量点，建立了覆盖整个办公楼的用电计量体系。系统软件中建立了计量体系展示功能，如图3所示，系统使用人员通过该功能界面可一目了然的了解该办公楼的配电层次分级情况；

图3 计量体系展示

    2.电能管理ERP

    系统管理或维护人员还可以通过用电回路信息维护功能配置用电支路的名称、用电类型（空调用电、照明插座用电）、所属部门、电能表类型等信息，该功能使得系统可以对各用电回路的用电量自动按部门进行统计，可对管理用电按部门划分，建立类似于财务ERP的电能管理ERP分配功能。该功能便于办公室所属部门的变更等信息变化时系统的维护工作。配置界面如图4所示；

图4用电回路信息维护

    3.用电展示与能耗排序

    系统主界面可直观的以数据和棒图形式显示该办公楼当月用电、上月用电、当年用电、上年同期用电电能消耗总量、当月每日空调耗电量结合气温变化的趋势、当月照明插座耗电量的平均值与变化对比趋势、各部门当月耗电量的排名情况，企业节能办或企业管理人员通过该界面可直观了解企业用电消耗概况。如图5所示；

图5 系统展示画面

    4.节能潜力挖掘——非工作时段用电分析

    该电能管理系统软件具备逐日显示各回路的用电情况的功能，并且将非工作日用电以蓝色柱体区别显示，并标定日耗电平均值线，如某日用电明显**平时正常用电，则可通过系统的用电回路逐时分析查找耗电点，进行必要整改，防止非正常耗电情况的发生。如图6回路逐日用电棒图趋势和图7某回路逐时用电分析趋势；

图6回路逐日用电棒图趋势

图7 某回路逐时用电分析趋势

    5.分时段电能管理

    电能管理系统可根据供电局电费标准于软件中设置峰、平、谷的时段和费率，也可根据客户的实际情况设置工作和非工作时间段，通过能耗系统可以找到各回路非工作时间的不合理用电，通过奖惩措施使员工养成下班后及时关闭用电设备的习惯，如图8 峰、平、谷时段耗电展示；

图8峰、平、谷时段耗电展示

    6.建立绩效考核措施

    办公楼主要用于行政办公，系统根据客户要求将各个办公室划分到每个部门，系统自动完成部门用能的统计与分析，并可于系统信息维护中录入部门人员数量、各部门建筑面积等信息，并按综合耗电量、人均耗电量、单位面积耗电量进行综合排名分析，并可对各部门、办公室进行耗电**信息录入，当耗电量接近或**限值时，自动弹出提示信息，如图9为部门综合耗电量排行；

图9 部门综合耗电量排行

    7.用电量统计报表

    系统软件自动采集并按部门生成用电量月报表，该报表可提交财务或自动转入财务ERP系统，便于各部门的独立核算，如图10用电量月报表；

图10 用电量月报表

    用能管理考核单位通过以上软件功能的实现，合理的制定了各部门的用电成员值，并将用电量以财务数据反馈至各部门，建立了有效的用能管理考核制度。通过系统的建设和制度的建立，使企业管理办公人员节能意识大大提高，有效的节约了企业管理办公能源消耗。

4结束语

    企业管理办公能耗在线监测系统的设计主要是结合信息技术建立一套符合用户实际需求的计算机辅助管理软件，系统软件通过数据实时采集与自动存储，得到用电过程的原始数据；通过功能设计与实现，对数据的优化与整合，并以友好直观的人机界面展示给企业管理人员，对其用电管理模式的改进提供数据支撑，建立用电考核机制，从而实现办公用电的科学化管理。

 参考文献：

[ 1 ]任致程 周中. 电力电测数字仪表原理与应用指南[M]. 北京. 中国电力出版社. 2007. 4

[ 2 ]姜海涛，赵月.需求侧负荷管理系统建设分析[J].华北电力技术():-

[ 3 ]岳明.用户侧电能管理系统及其应用[E].电力需求侧管理 15卷 5期 2013.9

文章来源：《自动化博览》 2014年1月 期