摘要：本文介绍利用先进的智能电力仪表技术，完成对配电系统电能的智能管理。它的使用不但可以24小时在线检测供电运行状况，而且还可以自动发出控制指令和告警信息，自动记录配电系统运行参数、统计有关信息。为广播电视安全播出提供了供电保障，还大大减轻了值班人员的工作强度，提高了工作效率。
关键词：低压配电电能管理；智能监测
1 供配电系统基本情况
单位目前用电负荷在60~85kWh,主供电有:10kV供电线路一回没有备用回路;160kV10kV/0.38kV三相主变压器1台;125kV柴油发电机一组。配电设备共计有:市电输入柜1个,配电柜5个,机/市电切换入柜1个,100kV三相稳压器2台。其中发电机房配电系统距离机房控制室近60m,有市电输入柜1个,切换柜1个,配电柜1个(3个回路):发射机房在三楼,有配电柜3个;二楼有配电室配电柜1个(4个输出回路),稳压器两台。保护装置:具有过压、过流、缺相保护等功能智能能断路器2个,分别装配两个配电柜中。
2 设计目的与原理
2.1设计目的
（1）实现对系统内低压配电系统的监测、控制和管理。
（2）实现对整个配电系统的相线电压、电流,系统有功、无功、视在功率,功率因数、系统频率的监测
（3）具有越限报警功能
（4）应急控制功能
2.2设计原理
现代自动化监控系统是在现代计算机技术和网络通信技术的基础上发展起来的,自动监控系统也是一种信息管理系统,系统信息包括:采集和变换信息;通信设备传送信息;调度中心使用信息。
微机监控系统原理框图如图2所示。
机房低压配电监控管理系统就是基于上述原理和结合单位实际情况建立起来的。电能管理系统多采用分层分布式计算机网络结构,即站控管理层、网络通讯层和现场设备层组成。站控管理层是针对配电监控系统的管理人员,是人机交互的直接窗口,也是系统的顶层部分。主要由系统软件和必要的硬件设备,如工业级计算机、打印机、UPS电源等组成。监控系统软件具有良好的人机交互界面,对采集的现场各类数据信息计算、分析与处理,并以图形、数显、声音等方式反映现场的运行状况。
网络通讯层主要是由通讯管理机、以太网设备及总线网络组成。该层是数据信息交换的桥梁,负责对现场设备回送的数据信息进行采集、分类和传送等工作的同时,转达上位机对现场设备的各种控制命令。现场设备层是数据采集终端(RTU),主要由智能仪表组成,采用具有高可靠性、带有现场总线连接的分布式I/O控制器构成数据采集终端,向数据中心上传存储的监测数据。测量仪表担负着基层的数据采集任务,其监测的数据必完整、准确并实时传送至数据中心。
3 设计内容
经过分析只要在配电室1配出柜输入端、配电室2的输入柜输入端、发射机房(稳压器1、稳压器2、非稳压3回路)输入端安装采集装置就可以全面了解和控制整个配电系统的供电情况。总体结构设计图如图3所示。
采集终端位置见图中的智能电表设备机房3块、配电室一配出柜1块、配电室二低压配电柜1块,计5块。
4 安科瑞Acrel-3000WEB电能管理解决方案
4.1概述
用户端消耗着整个电网80%的电能，用户端智能化用电管理对用户可靠、安全、节约用电有十分重要的意义。构建智能用电服务体系，全面推广用户端智能仪表、智能用电管理终端等设备用电管理解决方案，实现电网与用户的双向良性互动。用户端急需解决的研究内容主要包括：先进的表计，智能楼宇、智能电器、增值服务、客户用电管理系统、需求侧管理等课题。
安科瑞Acrel-3000WEB电能管理解决方案通过对用户端用电情况进行细分和统计，以直观的数据和图表向管理人员或决策层展示各分项用电的使用消耗情况，便于找出高耗能点或不合理的耗能习惯，有效节约电能，为用户进一步节能改造或设备升级提供准确的数据支撑。
4.2应用场所
（1）办公建筑（商务办公、大型公共建筑等）；
（2）商业建筑（商场、金融机构建筑等）；
（3）旅游建筑（宾馆饭店、娱乐场所等）；
（4）科教文卫建筑（文化、教育、科研、医疗卫生、体育建筑等）；
（5）通信建筑（邮电、通信、广播、电视、数据中心等）；
（6）交通运输建筑（机场、车站、码头建筑等）。
4.3系统结构
4.4系统功能
4.4.1实时监测
系统人机界面友好，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。
4.4.2电能统计报表
系统以丰富的报表支撑计量体系的完整性。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。
4.4.3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24小时电压趋势曲线。
4.4.4运行报表
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、时间或选择查询更新的记录数据等，并通过报表方式显示出来。用户可以根据需要定制运行日报、月报，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。
4.4.5变压器运行监视
系统对配电系统总进线、主变压器、重要负荷出线的运行状态进行在线实时监视，用曲线显示电流、变压器运行温度、有功需量、有功功率、视在功率、变压器负荷率等运行趋势，分析变压器负荷率及损耗，方便运行维护人员及时掌握运行水平和用电需求，确保供电安全可靠。
4.4.6实时报警
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。
4.4.7历史事件查询
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。
4.4.8电能质量监测
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、电压不平衡度等，及时采取相应的措施，降低谐波损耗，减少因谐波造成的异常和事故(该功能需要选配带谐波监测功能的电力仪表，不需要可删除。
4.4.9遥控操作
系统支持对断路器、隔离开关、接地刀等进行分、合遥控操作。系统具有严格的密码保护和操作权限管理功能，对于每次遥控操作，系统自动生成操作记录，记录内容包含操作人、操作时间、操作类型等。实现该功能需要断路器本身具有电操机构及保护保测控装置具备遥控功能等硬件设备的支持。
4.4.10用户权限管理
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。
4.4.11通讯状态图
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。
4.4.12视频监控
视频监控展示了当前实时画面（视频直播），选中某一个变配电站，即可查看该变配电站内视频信息。
4.4.13用户报告
用户报告页面主要用于对选定的变配电站自动汇总一个月的运行数据，对变压器负荷、配电回路用电量、功率因数、报警事件等进行统计分析。
4.4.14 APP支持
电力运维手机支持“监控系统”、“设备档案”、“待办事项”、“巡检记录”和“缺陷记录”五大模块，支持一次图、需量、用电量、视频、曲线、温湿度、同比、环比、电能质量、各种事件报警查询，设备档案查询、待办事件处理、巡检记录查询等。
4.5系统硬件配置清单
应用场合 | 型号 | 图 片 | 功能 |
电能管理软件 | Acrel-3000WEB | | Acrel-3000WEB电能管理软件全方监视用户配电系统的运行状态和电量数据，为用户提供更好的运维服务。平台提供用户概况、电力数据监测、电能质量分析、用电分析、日/月/年用能数据报表、异常事件报警和记录、运行环境监测等功能，并支持多平台、多终端数据访问。 |
智能网关 | Anet-2E8S1 |
| 8路RS485串口，光耦隔离，2路以太网接口，支持ModbusRtu、ModbusTCP.DL/T645-1997、DL/1645-2007、CJT188-2004、OPC UA等协议的数据接入，ModbusT-c(主、从）、104（主、从）、建筑能耗、SNMP、MQTT等协议上传，支持不同协议向多平台转发数据;输入电源:AC/DC 22ov，导轨式安装。 |
ANet-2E4SM |
| 4路RS485串口，光耦隔离，2路以太网接口，支持ModbusRtu、ModbusTCP、DL/T645-1997、DL/T645-2007、CJT188-2004、OPC UA、ModbusTCP（主、从）、104(主、从）、建筑能耗、SNMP、MOTT;（主模块）输入电源:DC 12 V ~36 V .支持4G扩展模块，485扩展模块。 | |
ANet-485 | M485模块:4路光耦隔离RS485 | ||
ANet-M4G | M4G模块:支持4G全网通 | ||
35kV/10kV/6kV微机保护装置 | AM6系列 |
| 35kV及以下配电系统线路、主变、配电变压器、电动机、电容器、PT监测/PT并列、母联/备自投等保护。 |
35kV/10kV/6kV弧光保护 | ARB5-M |
| 主控单元，可接20路弧光信号或4个扩展单元，弧光保护〈8组）、失灵保护(4组）、TA断线监测（4组）、非电量保护、装置故障告警 |
ARB5-E | 扩展单元，可以插接6块扩展插件，每个扩展插件可以采集5路弧光信号 | ||
ARB5-S |
| 弧光探头，建议安装地点包括（但不限于）断路器室、电缆室、母线室，可面板开孔安装，亦可支架式安装。弧光探头的检测范围是一个角度为180°，半径0.5m的扇形区域。 | |
35kV/10kV/6kV进线柜电能质量在线监测 | APView500 |
| 装置1024点波形采样，集谐波分析、波形采样、电压暂降/暂升/中断、闪变监测、电压不平衡度监测、事件记录、测量控制等功能为一体，能够满足110kV及以下供电系统电能质量监测的要求。 |
35kV/10kV/6kV间隔智能操控、节点测温 | ASD500 |
| 液晶屏显示一次回路动态模拟图、弹簧储能指示、高压带电显示及闭锁、验电、核相、3路温湿度控制及显示、远方/就地、分合闸、储能旋钮、预分预合闪光指示、分合闸完好指示、分合闸回路电压测量、人体感应、柜内照明控制、1路以太网、2路RS485、1路USB接口、GPS对时、高压内电气接点无线测温、全电参量测温、脉冲输出、4~20mA输出 |
35kV/10kV/6kV传感器 | ATE400 |
| 合金片固定，CT感应取电，启动电流大于5A，测温范围-50-125℃，测量精度±1℃;传输距离空旷150米 |
35kV/10kV/6kV间隔电参量测量 | APM830 |
| 三相(I、u、kW、kvar、kWh、kvarh、Hz、cos） ，零序电流In，四象限电能，实时及需量，电流、电压不平衡度，66种报警类型及外部事件（SOE）各16条事件记录，支持SD卡扩展记录，2-63次谐波，2DI+2DO,RS485/Modbus，LCD显示 |
高压重要回路 或低压进线柜 | APM810 |
| 三相(I、U、kW、kvar、kWh、kvarh、Hz、coso)，零序电流In，四象限电能，实时及需量，电流、电压不平衡度，负载电流柱状图显示，66种报警类型及外部事件（SOE)各16条事件记录，支持SD卡扩展记录，2-63次谐波，2DI+2DO,RS485/Modbus，LCD显示 |
AEM96 |
| 三相电参量U、I、P、Q、S、PF、F测量，总正反向有功电能统计，正反向无功电能统计;2-31次分次谐波及总谐波含量分析、分相谐波及基波电参量（电压、电流、功率)﹔电流规格3×1.5(6)A，有功电能精度0.5S级,无功电能精度2级 | |
ADW300/4G |
| 三相电压、电流、功率、功率因数、频率测量;电压电流相角、电压电流不平衡度测量;电压电流2-31次分次谐波及总畸变测量当月及上三月的电压、电流、功率;需量及上十二月历史需量记录;事件记录、复费率、四象限电能及历史电能记录;支持4路开关量输入、2路开关量输出;支持4路测温;支持1路剩余电流测量;支持本地显示及按键设置;有功电能精度1级。通讯方式:支持RS485通讯、Lora无线通讯、4G通讯;WIFI通讯 | |
0.4kV出线 | AEM72 |
| 三相电参量U、I、P、0、s、PF、F测量，总正反向有功电能统计，正反向无功电能统计;2-31次分次谐波及总谐波含量分析、分相谐波及基波电参量（电压、电流、功率）﹔电流规格3×1.5(6)A，有功电能精度0.5S级.无功电能精度2级 |
DTSD1352 |
| 三相电参量u、I、P、Q、s、PF、F测量，分相正向有功电能统计，总正反向有功电能统计，总正反向无功电能统计﹔红外通讯;电流规格:经互感器接入3×1(6)A.直接接入3×10(8o)A，有功电能精度0.5S级，无功电能精度2级。 | |
ACR120EL |
| LCD显示、全电参量测量(U、1、P、Q、PF、F);四象限电能计量;RS485/Modbus;可选复费率电能统计、需量统计;4DI+2DO;RS485通讯接口、Modbus 协议 | |
照明箱 | DDSD1352 |
| 单相电参量U、I、P、Q、S、PF、F测量，正反向电能计量;红外及RS485通讯;电流规格:10(60）A，有功电能精度1级，无功精度2级;可选配复费率 |
DDS1352 |
| 单相电参量U、I、P、Q、S、PF、F测量，正反向电能计量;RS485通讯;电流规格:10(60)A，有功电能精度1级，无功精度2级;尺寸:1P | |
电流互感器 | AKH-0.66/K型 |
| 开口式电流互感器 |
5 小结
低压电能监控管理系统经过实际的运行,基本能够满足日常电能管理监测要求,解决了不少用电中存在(三相不平衡、中性线电流过大等)的问题。它能够清楚记录配电系统日常运行参数,特别对三相不平衡、过电压电流等非正常情况能清楚记录每个报警的数据、时间,为提高配电维护管理水平,保证广播电视安全播出提供十分有价值的资料。不间断地实时监测系统,克服以往过分依赖值班员的作法,实现管理由“人工”到“智能”的根本性转变,大大减轻值班人员的工作量,提高工作效率,增加设用电的可靠性,为安全用电打下良好基础。
参考文献
[1]刘家晓.广播电视发射台低压配电系统电能管理技术的应用
[2]安科瑞企业微电网设计与应用手册 2022.05版
