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摘要

    本文介紹了環(huán)智大廈電力監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計過程。通過安科瑞Acrel-2000電力監(jiān)控組態(tài)軟件、ACR220ELF網(wǎng)絡(luò)電力儀表 、M5-F微機(jī)保護(hù)裝置、GZDW直流電源柜進(jìn)行系統(tǒng)組網(wǎng)，完成了對上海天目西路147地塊環(huán)智大廈中低壓配電系統(tǒng)中安裝的電力儀表的自動監(jiān)控，提高了大廈配電系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。

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(dá)上海各區(qū)乃至全國，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、餐飲為一體的環(huán)智大廈，是體驗上海高品質(zhì)多元都市生活的新地標(biāo)。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(shè)計方便纜線網(wǎng)絡(luò)自由鋪設(shè)，智能化采暖、通風(fēng)空調(diào)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(wù)辦公之余更可眺望城市的繁華。

    對于這樣一個地標(biāo)性的五綜合性大廈，保證配電系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行極為重要，為了對大廈內(nèi)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(luò)中的智能設(shè)備進(jìn)行集中監(jiān)控就成了一種必然選擇。

2  用戶需求

    環(huán)智大廈配電系統(tǒng)主要包括：一個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(jī)保護(hù)裝置進(jìn)行通信，主要采集微機(jī)保護(hù)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(guān)柜和樓層配電柜內(nèi)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(yùn)行參數(shù)進(jìn)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分鐘一次電能值為5分鐘一次。

    需要采用簡體中文Windows NT4.0/Window2000或者WindowsXP 操作系統(tǒng)軟件，并應(yīng)提供配套的圖形化操作軟件、報警管理軟件、參數(shù)設(shè)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(wù)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一層監(jiān)控值班室內(nèi)的PC機(jī)對系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控管理。

    對電力監(jiān)控軟件的要求如下：能在一個畫面上進(jìn)行所有的操作設(shè)定作業(yè)及對系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控；可由鼠標(biāo)的拖拽方式，簡便的設(shè)定時間，也可在控制板上進(jìn)行簡便的設(shè)置；采用易操作的拖放方式，易于編輯各控制點(diǎn)的平面圖；鼠標(biāo)所指區(qū)域即顯示相關(guān)斷路器和群組的編號，以及顯示該區(qū)的工作狀態(tài)（開關(guān)）；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(guān)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(diǎn)的具體地址；提供運(yùn)行時間分析及歷史記錄分析功能；可收集一定的日志數(shù)據(jù)顯示于畫面或打??；提供對于各進(jìn)線及饋線回路的電能量的查詢和導(dǎo)出功能；可按照標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議轉(zhuǎn)發(fā)主要回路的電力參數(shù)給樓宇設(shè)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(jī)處理器In Core2 Quad Qx6850，內(nèi)存4096 DDR2，硬盤250GB；19” TFT LCD顯示屏；配備A3激光打印機(jī)。

3     設(shè)計方案

3.1 主要設(shè)計參考標(biāo)準(zhǔn)

    DL/T 814-2002                   《配電自動化系統(tǒng)功能規(guī)范》

    ISO/IEC11801                    《綜合布線標(biāo)準(zhǔn)》

    GBJ232-2005                      《電測量儀表裝置設(shè)計技術(shù)規(guī)程》

    DL5002-2003                      《地區(qū)電網(wǎng)電力調(diào)度自動化設(shè)計技術(shù)規(guī)范》

    IEC60870-5-101    　　       《遠(yuǎn)動設(shè)備及系統(tǒng)傳輸規(guī)約》

    IEC60870-5-104    　　       《遠(yuǎn)動網(wǎng)絡(luò)傳輸規(guī)約》

    IEC60870-6-TASE2 　         《遠(yuǎn)動設(shè)備及系統(tǒng)計算機(jī)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(jié)線施工及驗收規(guī)范》

    DL/T721-2006                     《配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)遠(yuǎn)方終端》

    GB/50198-2003                   《監(jiān)控系統(tǒng)工程技術(shù)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(shè)計規(guī)范》

    ISARP55.1                            《數(shù)字處理計算機(jī)硬件測試》

    DL/T630                               《交流采樣遠(yuǎn)動終端通用技術(shù)條件》

    根據(jù)環(huán)智大廈高低壓配電系統(tǒng)一次圖確定需要進(jìn)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）：

 3.2  通訊線纜綜合布線過程

環(huán)智大廈布線平面圖

施工前的檢查：

1．在工程開始之前，必須對設(shè)備間的建筑和環(huán)境條件進(jìn)行檢查，具備下列條件方可開工：

   （1）設(shè)備間的土建工程已全部竣工，室內(nèi)墻壁已充分干燥。設(shè)備間門的高度和寬度應(yīng)不妨礙設(shè)備的搬運(yùn)，房門鎖和鑰匙齊全；

  （2）設(shè)備間地面應(yīng)平整光潔，預(yù)留暗管、地槽和孔洞的數(shù)量、位置、尺寸均應(yīng)符合工藝設(shè)計要求；

  （3）電源已經(jīng)接入設(shè)備間，應(yīng)滿足施工需要；

  （4）設(shè)備間的通風(fēng)管道應(yīng)清掃干凈，空氣調(diào)節(jié)設(shè)備應(yīng)安裝完畢，性能良好；

  （5）在鋪設(shè)活動地板的設(shè)備間內(nèi)，應(yīng)對活動地板進(jìn)行專門檢查，地板板塊鋪設(shè)嚴(yán)密堅固，符合安裝要求，每平米水平誤差應(yīng)不大于2mm，地板應(yīng)接地良好，接地電阻和防靜電措施應(yīng)符合要求。

屏蔽雙絞線傳輸通道施工：
1. 金屬管的敷設(shè)

（1）金屬管的要求

    金屬管應(yīng)符合設(shè)計文件的規(guī)定，表面不應(yīng)有穿孔、裂縫和明顯的凹凸不平，內(nèi)壁應(yīng)光滑，不允許有銹蝕。在易受機(jī)械損傷的地方和在受力較大處直埋時，應(yīng)采用足夠強(qiáng)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(jìn)行切割。管子的切割可使用鋼鋸、管子切割刀或電動切管機(jī)，嚴(yán)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(jìn)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(yīng)立即清掃管口，將管口端面和內(nèi)壁的毛刺銼光，使管口保持光滑。

（3）金屬管的敷設(shè)

    金屬管的暗設(shè)應(yīng)符合下列要求：預(yù)埋在墻體中間的金屬管內(nèi)徑不宜超過50mm，樓板中的管徑宜為15-25mm，直線布管30mm處設(shè)置暗線盒。金屬管連接時，管孔應(yīng)對準(zhǔn)，接縫應(yīng)嚴(yán)密，不得有水泥、沙漿滲入。管孔對準(zhǔn)、無錯位，以免影響管、線、槽的有效管理，保證敷設(shè)線纜時穿設(shè)順利。

雙絞線線纜布線：

1. 線纜布放的一般要求
  （1）線纜布放前應(yīng)核對規(guī)格及位置是否與設(shè)計規(guī)定相符合；
  （2）布放的線纜應(yīng)平直，不得產(chǎn)生扭絞、打圈等現(xiàn)象，不應(yīng)受到外力擠壓和損傷；
  （3）在布放前，線纜兩端應(yīng)貼有標(biāo)簽，標(biāo)明起始和終端位置以及信息點(diǎn)的標(biāo)號，標(biāo)簽書寫應(yīng)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(nèi)其它弱電線纜應(yīng)分離布放。
  （5）布放線纜應(yīng)有冗余。在二級交接間、設(shè)備間雙絞電纜預(yù)留長度一般為3-6m，工作區(qū)為0.3-0.6m。特殊要求的應(yīng)按設(shè)計要求預(yù)留。
2. 線纜牽引
    用一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(yīng)使拉線和線纜的連接點(diǎn)盡量平滑，所以要采用電工膠帶在連接點(diǎn)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(wù)器的端接

    雙絞線端接的一般要求：線纜在端接前，必需檢察標(biāo)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(yīng)符合設(shè)計和廠家安裝手冊要求；雙絞電纜與儀表和通訊服務(wù)器連接時，應(yīng)按照紅色線接485+黑色線接485-的原則，不得顛倒和錯接。

3.3  高壓10KV配電部分設(shè)計

10KV配電一次圖

    10KV配電間主要包括2路10KV進(jìn)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(jī)保護(hù)裝置。

    M5為通用型保護(hù)測控裝置，采用大容量、資源冗余設(shè)計，適用于110KV及以下電壓等級電網(wǎng)的保護(hù)、控制、測量和監(jiān)視，可配置為線路、電容器組、電動機(jī)保護(hù)，變壓器保護(hù)，備用電源自投等功能的數(shù)字微機(jī)繼電保護(hù)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(hù)功能也支持不同類型的電網(wǎng)，如中性點(diǎn)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(yīng)用于中型的三相異步電動機(jī)保護(hù)，以及用于無功補(bǔ)償?shù)牟⒙?lián)電容器組的保護(hù)和控制。

    除了具有保護(hù)，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(biāo)準(zhǔn)的PLC邏輯可編程功能。另外，M5可存儲4組保護(hù)定值，組別切換功能使其快速方便地適應(yīng)多種運(yùn)行方式。M5支持RS485總線、PROFIBUS總線、光纖、以太網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò)形態(tài)，以滿足不同用戶、不同工業(yè)現(xiàn)場、不同網(wǎng)絡(luò)環(huán)境、不同規(guī)模的系統(tǒng)對通信和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的要求。支持雙網(wǎng)模式，并行或以熱備用方式工作。從而進(jìn)一步提高了通信的可靠性?？梢允褂肐EC60870-5-103規(guī)約和Modbus RTU規(guī)約實現(xiàn)與上層設(shè)備的通信。

3.4  0.4KV低壓配電部分設(shè)計（部分）

0.4KV T1變壓器配電間一次圖

0.4KV總進(jìn)線部分選用ACR330ELH網(wǎng)絡(luò)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(fù)費(fèi)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(fù)、零序分量（含負(fù)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(luò)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(fù)費(fèi)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一百米之間。因此該項目設(shè)計在現(xiàn)場設(shè)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(jié)構(gòu)。

    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200mV的電壓，故傳輸信號能在千米以外得到恢復(fù)。 RS-485采用半雙工工作方式，任何時候只能有一點(diǎn)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(diǎn)互連時非常方便，可以省掉許多信號線。應(yīng)用RS-485 可以聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成分布式系統(tǒng)，其允許zui多并聯(lián)32臺驅(qū)動器和32臺接收器。

配電間485總線結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

    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)之間只需要通過一根網(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(jìn)行開發(fā)設(shè)計。Acrel-2000電力監(jiān)控組態(tài)軟件具有數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)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(jìn)行發(fā)送，樓宇設(shè)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(zhuǎn)發(fā)設(shè)備配置界面，通訊方式要選擇TCP/IP網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器模式，設(shè)置好本地IP地址和發(fā)送數(shù)據(jù)使用的端口號。

數(shù)據(jù)交換通訊協(xié)議格式

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

參考文獻(xiàn)

    任致程、周中編著  電力電測數(shù)字儀表原理與應(yīng)用指南 中國電力出版社 2007.4參考文獻(xiàn)