環(huán)智大廈電力監(jiān)控系統(tǒng)的設計

1 項目背景
環(huán)志大廈位于上海市閘北區(qū)天目西路與恒豐路交界處，是上海的商業(yè)中心，可以方便快捷地通過上?；疖囌镜蔫F路、高鐵和三條地鐵線抵達上海各區(qū)乃至全，還有上海到北京、天津、香港等地的直通快車。集辦公、購物、時尚、餐飲為體的環(huán)智大廈，是體驗上海高品質多元都市生活的新地標。大廈擁有 5600多 平 方 米 的 購 物 中 心 及32000多平方米的辦公區(qū)域，由 29層高樓建筑和3層裙房組成。大廈樓層凈高2.7米，水平垂直線槽橋架設計方便纜線網(wǎng)絡自由鋪設，智能化采暖、通風空調系統(tǒng)，有線電視、語音及數(shù)據(jù)干線連接保證入駐企業(yè)安全、舒適地工作。在商務辦公之余更可眺望的繁華。

對于這樣個地標性的五綜合性大廈，保證配電系統(tǒng)的安全可靠運行極為重要，為了對大廈內的中低壓配電系統(tǒng)實現(xiàn)自動監(jiān)控與管理，提高物業(yè)管理的水平，使用電力監(jiān)控系統(tǒng)對配電網(wǎng)絡中的智能設備進行集中監(jiān)控就成了種必然選擇。

2 用戶需求

環(huán)智大廈配電系統(tǒng)主要包括：個10KV高壓配電室、2個0.4KV低壓配電室和132個樓層配電箱。

電力監(jiān)控系統(tǒng)需要通過T1-T4變壓器溫度控制箱的RS485接口采集變壓器繞組超溫報警信號、鐵芯超溫報警信號以及傳感器故障信號，并要具有聲音報警功能。需要采集直流柜的電池充放電狀態(tài)、電池組電壓、電池組電流、電池房溫度等信號，并通過直流屏信息表在界面上顯示出來。

能夠與10KV M5-F微機保護裝置進行通信，主要采集微機保護裝置傳來的電壓、電流、功率、頻率、功率因數(shù)、斷路器狀態(tài)、手車位置等電力參數(shù)。對于低壓開關柜和樓層配電柜內安裝的電力測量儀表，主要采集電壓、電流、功率、電能等電力參數(shù)。對本工程中所有電力系統(tǒng)的運行參數(shù)進行自動采集與分析，并能夠定時保存到數(shù)據(jù)庫中，保存時間間隔要求電壓、電流、功率為1分鐘次電能值為5分鐘次。

需要采用簡體中文Windows NT4.0/Window2000或者WindowsXP 操作系統(tǒng)軟件，并應提供配套的圖形化操作軟件、報警管理軟件、參數(shù)設置軟件、歷史數(shù)據(jù)記錄與管理及報表生成軟件、通訊服務軟件和繪圖軟件以及數(shù)據(jù)庫編程軟件等。管理人員能夠通過大廈地下層監(jiān)控值班室內的PC機對系統(tǒng)進行監(jiān)控管理。

對電力監(jiān)控軟件的要求如下：能在個畫面上進行所有的操作設定作業(yè)及對系統(tǒng)進行監(jiān)控；可由鼠標的拖拽方式，簡便的設定時間，也可在控制板上進行簡便的設置；采用易操作的拖放方式，易于編輯各控制點的平面圖；鼠標所指區(qū)域即顯示相關斷路器和群組的編號，以及顯示該區(qū)的工作狀態(tài)（開關）；提供方便的動態(tài)畫面功能，使控制區(qū)域更加生動直觀；可監(jiān)測所有有關控制區(qū)的各項工作狀態(tài)信息；可發(fā)出工作異常報警，并顯示異常區(qū)域、異常工作點的具體地址；提供運行時間分析及歷史記錄分析功能；可收集定的日志數(shù)據(jù)顯示于畫面或打??；提供對于各進線及饋線回路的電能量的查詢和導出功能；可按照標準協(xié)議轉發(fā)主要回路的電力參數(shù)給樓宇設備自控（BA）系統(tǒng)。

對于環(huán)智大廈電力監(jiān)控系統(tǒng)的硬件配置要求主要如下：主機處理器In Core2 Quad Qx6850，內存4096 DDR2，硬盤250GB；19" TFT LCD顯示屏；配備A3激光打印機。

3 設計方案

3.1 主要設計參考標準

根據(jù)環(huán)智大廈高低壓配電系統(tǒng)次圖確定需要進行監(jiān)控的回路，并根據(jù)現(xiàn)場配電柜安裝的實際位置合理確定通訊線纜的走向及通訊端口的分配，如下表所示（部分）：

DL/T 814-2002 《配電自動化系統(tǒng)功能規(guī)范》
ISO/IEC11801 《綜合布線標準》
GBJ232-2005 《電測量儀表裝置設計技術規(guī)程》
DL5002-2003 地區(qū)電網(wǎng)電力調度自動化設計技術規(guī)范
IEC60870-5-101 　　 遠動設備及系統(tǒng)傳輸規(guī)約
IEC60870-5-104 　　 遠動網(wǎng)絡傳輸規(guī)約
IEC60870-6-TASE2 　 遠動設備及系統(tǒng)計算機數(shù)據(jù)通信規(guī)約
GB50171-2004 《電氣裝置安裝工程盤、柜及二次回路結線施工及驗收規(guī)范》
DL/T721-2006 《配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)遠方終端》
GB/50198-2003 《監(jiān)控系統(tǒng)工程技術規(guī)范》
GB50254～59-2002 《電氣裝置安裝工程施工及驗收規(guī)范》
GB/J63-2007 《電力裝置的電測量儀表裝置設計規(guī)范》
ISARP55.1 《數(shù)字處理計算機硬件測試》
DL/T630 《交流采樣遠動終端通用技術條件》

各回路通訊端口分配與監(jiān)控回路確定

3.3 通訊線纜綜合布線過程

環(huán)智大廈布線平面圖

施工的檢查：

1．在工程開始之，必須對設備間的建筑和環(huán)境條件進行檢查，具備下列條件方可開工：
（1）設備間的土建工程已全部竣工，室內墻壁已充分干燥。設備間門的高度和寬度應不妨礙設備的搬運，房門鎖和鑰匙齊全；

（2）設備間地面應平整光潔，預留暗管、地槽和孔洞的數(shù)量、位置、尺寸均應符合工藝設計要求；

（3）電源已經(jīng)接入設備間，應滿足施工需要；

（4）設備間的通風管道應清掃干凈，空氣調節(jié)設備應安裝完畢，性能良好；

（5）在鋪設活動地板的設備間內，應對活動地板進行專門檢查，地板板塊鋪設嚴密堅固，符合安裝要求，每平米水平誤差應不大于2mm，地板應接地良好，接地電阻和防靜電措施應符合要求。

屏蔽雙絞線傳輸通道施工：
1. 金屬管的敷設

（1）金屬管的要求

金屬管應符合設計文件的規(guī)定，表面不應有穿孔、裂縫和明顯的凹凸不平，內壁應光滑，不允許有銹蝕。在易受機械損傷的地方和在受力較大處直埋時，應采用足夠強度的管材。
（2）金屬管的切割套絲

在配管時，根據(jù)實際需要長度，對管子進行切割。管子的切割可使用鋼鋸、管子切割刀或電動切管機，嚴禁用氣割。管子和管子連接，管子和接線盒、配線箱的連接，都需要在管子端部進行套絲。套絲時，先將管子在管鉗上固定壓緊，然后在套絲，套完后應立即清掃管口，將管口端面和內壁的毛刺銼光，使管口保持光滑。

（3）金屬管的敷設

金屬管的暗設應符合下列要求：預埋在墻體中間的金屬管內徑不宜超過50mm，樓板中的管徑宜為15-25mm，直線布管30mm處設置暗線盒。金屬管連接時，管孔應對準，接縫應嚴密，不得有水泥、沙漿滲入。管孔對準、無錯位，以免影響管、線、槽的有效管理，保證敷設線纜時穿設順利。

雙絞線線纜布線：

1. 線纜布放的般要求
（1）線纜布放應核對規(guī)格及位置是否與設計規(guī)定相符合；
（2）布放的線纜應平直，不得產(chǎn)生扭絞、打圈等現(xiàn)象，不應受到外力擠壓和損傷；
（3）在布放，線纜兩端應貼有標簽，標明起始和終端位置以及信息點的標號，標簽書寫應清晰、端正和正確；
（4）信號電纜、電源線、雙絞線纜、光纜及建筑物內其它弱電線纜應分離布放。
（5）布放線纜應有冗余。在二級交接間、設備間雙絞電纜預留長度般為3-6m，工作區(qū)為0.3-0.6m。特殊要求的應按設計要求預留。
2. 線纜牽引
用條拉線將線纜牽引穿入墻壁管道、吊頂和地板管道稱為線纜牽引。在施工中，應使拉線和線纜的連接點盡量平滑，所以要采用電工膠帶在連接點外面緊緊的纏繞，以保證平滑和牢靠。

3. 雙絞線連接和通訊服務器的端接

雙絞線端接的般要求：線纜在端接，必需檢察標簽顏色和數(shù)字的含義，并按順序端接；線纜中間不得產(chǎn)生接頭現(xiàn)象；線纜端接處必需卡接牢靠，接觸良好；線纜端接處應符合設計和廠家安裝手冊要求；雙絞電纜與儀表和通訊服務器連接時，應按照紅色線接485+黑色線接485-的原則，不得顛倒和錯接。

3.4 高壓10KV配電部分設計

10KV配電次圖

10KV配電間主要包括2路10KV進線柜、2個量電柜、2個避雷器柜、4個10/0.4KV變壓器饋線柜。10KV配電間總共使用了8臺M5-F微機保護裝置。

M5為通用型保護測控裝置，采用大容量、資源冗余設計，適用于110KV及以下電壓等級電網(wǎng)的保護、控制、測量和監(jiān)視，可配置為線路、電容器組、電動機保護，變壓器保護，備用電源自投等功能的數(shù)字微機繼電保護控制裝置。它們可用于不同的主接線方式，如單母線、雙母線及多母線接線。保護功能也支持不同類型的電網(wǎng)，如中性點不接地系統(tǒng)、經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)和小電阻接地系統(tǒng)。M5還能應用于中型的三相異步電動機保護，以及用于無功補償?shù)牟⒙?lián)電容器組的保護和控制。

除了具有保護，測量，控制和狀態(tài)監(jiān)視功能之外，M5還提供支持IEC-61131-3圖形可編程標準的PLC邏輯可編程功能。另外，M5可存儲4組保護定值，組別切換功能使其快速方便地適應多種運行方式。M5支持RS485總線、PROFIBUS總線、光纖、以太網(wǎng)通信網(wǎng)絡形態(tài)，以滿足不同用戶、不同工業(yè)現(xiàn)場、不同網(wǎng)絡環(huán)境、不同規(guī)模的系統(tǒng)對通信和網(wǎng)絡結構的要求。支持雙網(wǎng)模式，并行或以熱備用方式工作。從而進步提高了通信的可靠性。可以使用IEC60870-5-103規(guī)約和Modbus RTU規(guī)約實現(xiàn)與上層設備的通信。

3.5 0.4KV低壓配電部分設計（部分）

0.4KV總進線部分選用ACR330ELH網(wǎng)絡電力儀表。該儀表主要能夠完成如下電參量的采集：三相電流、三相電壓、有功功率、無功功率、視在功率、功率因數(shù)、頻率；四象限電能、復費率電能；THDu，THDi、2-31次各次諧波分量；電壓波峰系數(shù)、波形因子、電流K系數(shù)、電壓與電流不平衡度；電網(wǎng)電壓電流正、負、零序分量（含負序電流）。該儀表還具有4DI+3DO，可以接入斷路器分合閘信號；儀表的通訊接口為RS485，支持Modbus協(xié)議或DL/T645規(guī)約。

對于0.4KV的饋線回路選用了ACR220ELF網(wǎng)絡電力儀表。該儀表主要具備如下功能：LCD顯示、全電參量測量（U、I、P、Q、PF、F）；四象限電能計量、復費率電能統(tǒng)計、zui大需量統(tǒng)計；4DI+2DO；RS485通訊接口、支持Modbus通訊協(xié)議。

對于環(huán)智大廈電力監(jiān)控系統(tǒng)由于樓層配電箱中電力儀表安裝比較分散，表與表之間的

距離通常在幾十米到百米之間。因此該項目設計在現(xiàn)場設備層，各柜體及樓層配電箱中安裝的電力儀表之間的通訊連線采用485總線結構。

RS-485采用平衡發(fā)送和差分接收，因此具有抑制共模干擾的能力。加上總線收發(fā)器具有高靈敏度，能檢測低至200mV的電壓，故傳輸信號能在千米以外得到恢復。 RS-485采用半雙工工作方式，任何時候只能有點處于發(fā)送狀態(tài)，因此，發(fā)送電路須由使能信號加以控制。RS-485用于多點互連時非常方便，可以省掉許多信號線。應用RS-485 可以聯(lián)網(wǎng)構成分布式系統(tǒng)，其允許并聯(lián)32臺驅動器和32臺接收器。

系統(tǒng)結構設計

配電間485總線結構網(wǎng)絡拓撲圖

BA系統(tǒng)和本電力監(jiān)控系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)交互協(xié)議采用Modbus TCP協(xié)議，該協(xié)議的數(shù)據(jù)傳輸

是通過以太網(wǎng)，因此BA系統(tǒng)和電力監(jiān)控系統(tǒng)之間只需要通過根網(wǎng)線連接即可。

環(huán)智大廈電力監(jiān)控系統(tǒng)基于Acrel-2000電力監(jiān)控組態(tài)軟件平臺進行開發(fā)設計。Acrel-2000電力監(jiān)控組態(tài)軟件具有數(shù)據(jù)轉發(fā)組件，可以方便的將電力監(jiān)控系統(tǒng)中實時數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)以Modbus TCP協(xié)議進行發(fā)送，樓宇設備自控系統(tǒng)可以通過該數(shù)據(jù)接口接收電力監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)送來的數(shù)據(jù)。在電力監(jiān)控系統(tǒng)的轉發(fā)設備配置界面，通訊方式要選擇TCP/IP網(wǎng)絡服務器模式，設置好本地IP地址和發(fā)送數(shù)據(jù)使用的端口號。

與樓宇設備自控系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)交互設計

數(shù)據(jù)交換通訊協(xié)議格式

數(shù)據(jù)交互點表，數(shù)據(jù)類型和通道編號如下表所示：

作者簡介：

繆建梅，女，本科，安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向為智能電網(wǎng)供配電。:   :