Acrel-2000配电监控系统在中粮粮油(重庆)中的应用
上海安科瑞电气股份有限公司，上海嘉定 201801
摘要：本文介绍了安科瑞电力监控系统Acrel-2000在中粮粮油工业(重庆)10KV配电项目中的应用，是安科瑞为智能配电提供解决方案的经典案例之一。该系统实现了对分散在中粮粮油工业(重庆)有限公司厂区内三个低压配电室和一个高压变电站中的智能仪表数据的采集和上传，并在值班室进行远程的集中控制和用电管理。为中粮粮油工业(重庆)有限公司节能减排提供了有力的资料依据。
关键词： 智能配电 电力监控 节能减排 中粮粮油 10KV配电
概述
中粮粮油工业(重庆)有限公司隶属于中粮集团(COFCO)。中粮集团成立于1949年，是中国最大的粮油食品进出口公司和实力雄厚的食品生产商，享誉国际粮油食品市场，在农产品贸易、生物能源开发、食品生产加工、地产、物业、酒店经营以及金融服务等领域成绩卓著。中粮集团现拥有中国食品、中粮控股、蒙牛乳业等六家上市公司。“福临门”食用油、“长城”葡萄酒、“金帝”巧克力、“蒙牛”牛奶、“凯莱”酒店、“亚龙湾”度假区等诸多耳熟能详的知名品牌与服务组合，塑造了中粮集团高品质、高品位的市场声誉。1994年以来，中粮集团一直位列《财富》世界500强企业。
项目概况
中粮粮油工业(重庆)有限公司于2010年注册成立，地处重庆市江津区德感工业园，占地面积200多亩。我公司是中粮集团有限公司子公司中粮控股油脂(香港)第二有限公司独资兴建的企业。总投资3000万美元，注册资本金为1500万美元。公司主要生产“福临门”食用油等农副产品，同时从事生物饲料、蛋白饲料的开发、生产与销售。
中粮粮油工业(重庆)有限公司于2011年3月授权上海安科瑞电气股份有限公司对其10KV配电工程进行智能化电力监控系统的开发和设计。监控系统的具体监控范围是厂区内三个低压配电室和一个高压配电室，共计监控点数为105个。厂区配电示意图如下所示：
如上图所示，中粮粮油工业(重庆)的总配电室，监控中心值班室和高压配电室三者相邻；锅炉房配电室有8个出现回路，其与值班室的距离大概60米；小包车间的进线和出线共计有近60个回路，它与监控中心值班室的直线距离约230米。
用户需求
厂区配电中心为本项目提供一套高、低压后台监控系统，将厂区3台变压器的各主进线柜、出线柜、各低压回路的开关配多功能智能仪表。能进行用电量计量；实时测量相电压、线电压、有功功率、无功功率、视在功率、功率因数、频率等数据，能打印月度用电报表，并有历史曲线的查询(时间不小于30天),重要回路需要对其谐波进行测量。各参数及数据通过RS485总线，通过网络送至配电中心的电工值班室(后台监控中心)。
电力监控组态软应具有方便、灵活的开发环境，提供各种工程、画面模板，高性能实时、历史数据库，支持报警、事件网络数据断线存储，恢复功能；提供的报表操作函数集、支持复杂脚本控制，包括：脚本调用和事件脚本，可以提供报表设计器，可以设计多套报表模板。电力监控组态软件的运行系统由多个组件组成，包括：VIEW、DB、I/O等组件，所有运行系统的组件统一由安科瑞电力监控组态软件进程管理器管理，进行启动、停止、监视等操作。
运行系统是用来运行由开发系统创建的画面工程，主要完成HMI部分的画面监控；区域实时数据库DB是数据处理的核心，是网络节点的数据服务器，运行时完成数据处理、历史数据存储及报警的产生等功能；IO程序是负责和控制设备通信的服务程序，支持多种通信方式的网络，包括串口、以太网、无线通信等。
WEB客户服务(系统提供Web服务，客户端可以在办公室等其他场所通过IE浏览器查看电力监控现场画面、查阅电能消耗统计报表等)。
项目的系统结构
智能化配电监控系统是由智能测控装置、网络设备及计算机设备等互联布局而成。系统因项目规模不同、功能性能不同、重要程度不同、用户投资水平不同，可采取不同的拓扑结构。但是无论采取何种拓扑结构都是采用了“站控管理层——网络通讯层——现场设备层”的分层分布式设计思想。这种分层设计，符合当前通讯体系设计实现的标准，在每层都能相对地完成监视控制功能，即可以实现远方的监视控制，也能够在上层故障时不影响本层和下一层的功能。Acrel-2000智能化配电监控系统在中粮粮油工业(重庆)10KV配电工程项目中的网络拓扑结构如图1所示。
图1中粮粮油工业(重庆)系统网络拓扑图
各个结构层的具体形式如下：
主站层(站控管理层)
中粮粮油工业(重庆)有限公司电力监控系统主站层位于总配电室旁边的值班室内，电力监控系统主站层设备具体包括：Acrel-2000电力监控系统的后台主机一套、打印机、UPS。负责将通讯管理层上传的数据解包，进行集中管理和分析，执行相关操作，负责整个变配电系统的整体监控。
通讯管理层(网络通讯层)
采用通讯管理机，处于通讯枢纽的地位，向上连接主站层，向下贯通现场设备层，是整体拓扑结构的关键环节，是智能配电系统运行的纽带。智能监控设备的信息通过通讯总线送到通讯管理层通讯子站，然后将采集的所有运行故障状态信号和运行参数等信息通过通讯网络上传至主站，各通讯子站接收来自主站的远程控制命令对该变配电站相应的配电设备进行控制。
中粮粮油工业(重庆)电力监控系统网络通讯层设备包括2个4口串口服务器，一套光电转换器、一台工业级网络交换机，上行口为TCP/IP协议，下行口为MODBUS-RTU通讯协议，信号传至站控管理层，对设备层的所有装置进行集中监控。
现场设备层
现场设备层位于中低压变配电现场，具体包括：智能电力仪表等智能监控设备，负责采集电力现场的各类数据和信息状态，并将其发送给通讯管理层，同时也作为执行单元，执行通讯管理层下发的各类指令。
本项目中的回路分为三种，一是进线回路，二是重要的出现回路，第三种是普通的三相和单相出现回路。
为满足用户提出的需求，需给进线回路和重要的出线回路配备带有谐波和全电量测量的三相四线智能电测仪表，经权衡最终选择上海安科瑞电气股份有限公司的ACR230ELH智能电测表，该仪表的功能特点为：
1．全电量测量(U、I、P、Q、PF、F、S)；
2．四象限电能计量、复费率电能累计；
3．THDu、THDi、2—31次谐波分量；
4．电压波峰系数、电话波形因子、电流K系数、电压电流不平衡度；
5．电网电压电流正、负、零序分量测量；4DI+3DO ；
6．RS485接口、Modbus-RTU通讯协议、DL/T645
普通的三相出线只需测量全电量，所以本项目选择安科瑞ACR120E即可满足用户需求，该仪表的功能特点是：
1．全电量测量(U、I、P、Q、PF、F、S)
2．四象限电能计量、复费率电能累计、最大需量统计
3．RS485接口、Modbus-RTU通讯协议、DL/T645
普通的单相出线回路只需测量全电量，所以本项目选择安科瑞ACR10E即可满足用户需求，该仪表的功能特点是：
1．全电量测量(U、I、P、Q、PF、F、S)
2．RS485接口、Modbus-RTU通讯协议
组网配置
|
柜子号
|
回路名称
|
仪表地址
|
串口号
|
仪表型号
|
|
AA01
|
发电机进线
|
28
|
COM7
|
ACR120EL
|
|
AA02-1
|
生活区备用电源
|
29
|
ACR120EL
|
|
AA02-2
|
备用
|
30
|
ACR120EL
|
|
AA02-3
|
消防泵房
|
31
|
ACR120EL
|
|
1AA01
|
1#进线
|
1
|
COM6
|
ACR230ELH
|
|
1AA02
|
电容补偿
|
2
|
ACR120EL
|
|
1AA03
|
电源转换及计量
|
3
|
ACR120EL
|
|
1AA04-1
|
道路照明
|
4
|
ACR120EL
|
|
1AA04-2
|
备用
|
5
|
ACR120EL
|
|
1AA04-3
|
食堂
|
6
|
ACR120EL
|
|
1AA04-4
|
办公楼
|
7
|
ACR120EL
|
|
1AA04-5
|
倒班楼
|
8
|
ACR120EL
|
|
1AA05-1
|
锅炉房动力柜
|
9
|
ACR120EL
|
|
1AA05-2
|
发油房动力柜
|
10
|
ACR120EL
|
|
1AA05-3
|
发油房动力柜
|
11
|
ACR120EL
|
|
1AA05-4
|
备用
|
12
|
ACR120EL
|
|
1AA06-1
|
机修车间及辅料动力柜
|
13
|
ACR120EL
|
|
1AA06-2
|
污水处理车间动力柜
|
14
|
ACR120EL
|
|
1AA06-3
|
备用
|
15
|
ACR120EL
|
|
1AA06-4
|
备用
|
16
|
ACR120EL
|
|
1AA06-5
|
备用
|
17
|
ACR120EL
|
|
1AA07
|
联络柜
|
18
|
COM7
|
ACR120EL
|
|
2AA05-1
|
消防泵
|
19
|
ACR120EL
|
|
2AA05-2
|
备用
|
20
|
ACR120EL
|
|
2AA04
|
精炼车间动力柜
|
21
|
ACR230ELH
|
|
2AA03-1
|
备用
|
22
|
ACR120EL
|
|
2AA03-2
|
备用
|
23
|
ACR120EL
|
|
2AA03-3
|
备用
|
24
|
ACR120EL
|
|
2AA03-4
|
冬化备用
|
25
|
ACR120EL
|
|
2AA02
|
电容补偿
|
26
|
ACR120EL
|
|
2AA01
|
2#进线
|
27
|
ACR230ELH
|
|
3AA01
|
3#进线
|
1
|
COM13
|
ACR230ELH
|
|
3AA02
|
电容补偿
|
2
|
ACR120EL
|
|
3AA03
|
电容补偿
|
3
|
ACR120EL
|
|
3AA04-1
|
3AA04-1备用
|
4
|
ACR10E
|
|
3AA04-2
|
调油房电源
|
5
|
ACR10E
|
|
3AA04-3
|
调油房电源
|
6
|
ACR10E
|
|
3AA05-1
|
灌装，压盖，压提环机
|
7
|
ACR10E
|
|
3AA05-2
|
码垛机
|
8
|
ACR10E
|
|
3AA05-3
|
1#分瓶机
|
9
|
ACR10E
|
|
3AA05-4
|
3#直线灌装机
|
10
|
ACR10E
|
|
3AA05-5
|
4#压提环机
|
11
|
ACR10E
|
|
3AA05-6
|
4#直线贴标机
|
12
|
ACR10E
|
|
3AA05-7
|
3#直线贴标机
|
13
|
ACR10E
|
|
3AA05-8
|
3#输送系统
|
14
|
ACR10E
|
|
3AA05-9
|
4#输送系统
|
15
|
ACR10E
|
|
3AA05-10
|
3#压提环机
|
16
|
ACR10E
|
|
3AA05-11
|
1#半自动吹瓶机动力柜
|
17
|
ACR10E
|
|
3AA05-12
|
2#全自动吹瓶机动力柜
|
18
|
ACR10E
|
|
3AA06-1
|
3AA6-1备用
|
19
|
COM14
|
ACR10E
|
|
3AA06-2
|
3AA6-2备用
|
20
|
ACR10E
|
|
3AA06-3
|
3AA6-3备用
|
21
|
ACR10E
|
|
3AA06-4
|
3AA6-4备用
|
22
|
ACR10E
|
|
3AA06-5
|
3AA6-5备用
|
23
|
ACR10E
|
|
3AA06-6
|
空压冷干机
|
24
|
ACR10E
|
|
3AA06-7
|
4#码垛机
|
25
|
ACR10E
|
|
3AA06-8
|
1#抓取式装箱机
|
26
|
ACR10E
|
|
3AA06-9
|
2#、1#直线贴标机
|
27
|
ACR10E
|
|
3AA06-10
|
2#输送系统
|
28
|
ACR10E
|
|
3AA06-11
|
2#自动开箱机
|
29
|
ACR10E
|
|
3AA06-12
|
2#、2#贴标机
|
30
|
ACR10E
|
|
3AA06-13
|
2#线自动装箱机
|
31
|
ACR10E
|
|
3AA06-14
|
升降平台
|
32
|
ACR10E
|
|
3AA06-15
|
2#、2#吹瓶机
|
33
|
ACR10E
|
|
3AA07-1
|
3AA07-1备用
|
34
|
COM5
|
ACR10E
|
|
3AA07-2
|
3AA07-2备用
|
35
|
ACR10E
|
|
3AA07-3
|
电力室照明
|
36
|
ACR10E
|
|
3AA07-4
|
灌装、理盖、搓盖机
|
37
|
ACR10E
|
|
3AA07-5
|
7#贴标机
|
38
|
ACR10E
|
|
3AA07-6
|
2#输送系统
|
39
|
ACR10E
|
|
3AA07-7
|
1#开箱机
|
40
|
ACR10E
|
|
3AA07-8
|
1#在线自动封箱机
|
41
|
ACR10E
|
|
3AA07-9
|
灌装、理盖、压提环机
|
42
|
ACR10E
|
|
3AA07-10
|
自动封箱机
|
43
|
ACR10E
|
|
3AA07-11
|
码垛机
|
44
|
COM14
|
ACR10E
|
|
3AA07-12
|
2#分瓶机
|
45
|
ACR10E
|
|
3AA07-13
|
1#压提环机
|
46
|
ACR10E
|
|
3AA07-14
|
1#码垛机
|
47
|
ACR10E
|
|
3AA07-15
|
武汉院桥架
|
48
|
ACR10E
|
|
3AA07-16
|
湖南四建
|
49
|
ACR10E
|
|
3AA08-1
|
2#半自动吹瓶机
|
50
|
ACR10E
|
|
3AA08-2
|
湖南四建
|
51
|
ACR10E
|
|
3AA08-3
|
油罐喷砂
|
52
|
COM5
|
ACR10E
|
|
3AA08-4
|
1#空压机
|
53
|
ACR10E
|
|
3AA08-5
|
2#空压机
|
54
|
ACR10E
|
|
3AA09-1
|
空调手操板
|
55
|
ACR10E
|
|
3AA09-2
|
照明
|
56
|
ACR10E
|
|
3AA09-3
|
3#半自动吹瓶机
|
57
|
ACR10E
|
|
3AA09-4
|
4#半自动吹瓶机
|
58
|
ACR10E
|
|
3AA09-5
|
5#半自动吹瓶机
|
59
|
ACR10E
|
|
3AA09-6
|
检修箱
|
60
|
ACR10E
|
|
3AA09-7
|
空调电源
|
61
|
ACR10E
|
|
3AA09-8
|
空压机配电柜
|
62
|
ACR10E
|
|
4AA01-1
|
备用
|
1
|
COM8
|
ACR120EL
|
|
4AA01-2
|
底检修
|
2
|
ACR120EL
|
|
4AA01-3
|
出渣
|
3
|
ACR120EL
|
|
4AA01-4
|
锅炉房进线
|
4
|
ACR120EL
|
|
4AA02-1
|
沉灰池行车动力柜
|
5
|
ACR120EL
|
|
4AA02-2
|
顶检修
|
6
|
ACR120EL
|
|
4AA02-3
|
10T锅炉房动力柜
|
7
|
ACR120EL
|
|
4AA02-4
|
脱硫除尘动力柜
|
8
|
ACR120EL
|
|
AH01
|
10KV进线
|
1
|
COM9
|
ACR120EL
|
|
AH03
|
电压测量
|
2
|
ACR120EL
|
|
AH04
|
总配电室1#变压器
|
3
|
ACR120EL
|
|
AH05
|
总配电室2#变压器
|
4
|
ACR120EL
|
|
AH06
|
小包车间1#变压器
|
5
|
ACR120EL
|
参照标准
GB2887-2000 《计算站场地技术要求》
GB/T13729-2002 《远动终端通用技术条件》
DL/T 814-2002 《配电自动化系统功能规范》
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/T721-2000 《配电网自动化系统远方终端》
DL/T770-2001 《微机变压器保护装置通用技术条件》
GB/T50063-2008 《电力装置的电测量仪表装置设计规范》
GB-14285-2006 《继电保护和安全自动装置技术规程》
GBJ232-2002 《建筑电气工程施工质量验收规范》
GB/T15145-2001 《微机线路保护装置通用技术条件》
GB/50198-2011 《监控系统工程技术规范》
GB/T17626.5 《浪涌(冲击)抗扰度试验》
功能实现：
数据采集处理
Acrel-2000型电力监控系统可实时和定时采集现场设备的各电参量及开关量状态(包括三相电压、电流、功率、功率因子、频率、电能、开关位置、设备运行状态，重要回路的谐波棒图等)，将采集到的数据直接显示、或通过统计计算生成新的直观数据信息再显示(总系统功率、谐波棒图、功率因子上下限等)，并对重要的信息进行数据库存储。
实时数据显示
变配电系统具有CAD一次单线图显示低压配电网络的接线情况；庞大的系统具有多画面切换及画面导航的功能；分散的配电系统具有空间地理平面的系统主画面。主画面可直观显示各回路的运行状态，并具有回路带电、非带电及故障着色的功能。主要电参量直接显示于人机交互接口并实时刷新。
数据存储
a 数据库管理软件采用主流的、通用、高性能的专业实时/历史数据库和企业级关系数据库相结合的方式保存数据，数据管理软件具备开放的、全面的和集成的信息管理方法，具备严格的权限管理功能，可以按照不同的管理角色设置不同的操作密码和口令，授予不同的数据库访问权限，提供数据库实体存取审计机制，以便分角色地维护数据库信息。
b 数据完备和安全是极为关键的，提供多种安全保护机制，提供互联网的数据库的数据加密技术，提供从硬盘转移到后端系统过程中的数据加密技术，保障数据安全。
c 数据库提供数据保护技术，能够利用事务机制对数据库进行自动备份和记录数据备份日志。提供数据修复技术，在数据库损坏的情况下能够及时修复数据，保持数据的完整性。
d 系统提供实时数据库和历史数据库两部分，实时/历史数据库处理能力要达到10万点/秒以上的吞吐量，在1秒钟内存入所有采集点的数据，历史数据库的存储压缩比要达到30：1以上，历史数据库数据保存期限不小于10年。
趋势曲线分析
系统提供了实时曲线和历史趋势两种曲线分析接口，通过调用相关回路实时曲线接口分析该回路当前的负荷运行状况。如通过调用某配出回路的实时曲线可分析该回路的电气设备所引起的信号波动情况。系统的历史趋势即系统对所有已存储数据均可查看其历史趋势，方便工程人员对监测的配电网络进行质量分析。
报表管理
系统具有标准的电能报表格式并可根据用户需求设计符合其需要的报表格式，系统可自动统计。可自动生成各种类型的实时运行报表、历史报表、事件故障及告警记录报表、操作记录报表等，可以查询和打印系统记录的所有数据值，自动生成电能的时、日、月、年度报表，根据复费率的时段及费率的设定值生成电能的费率报表，查询打印的起点、间隔等参数可自行设置；系统设计还可根据用户需求量身定制满足不同要求的报表输出功能。
事件记录和故障报警
系统可以设置在电能质量事件发生时、测量值越限、设备状态变化时触发报警。系统报警时能够进行信息语音提示，自动弹出报警画面或触发必要的操作，同时可以将报警信息通过email、手机短信等方式通知相关人员。
网页浏览
WEB浏览：系统采用B/S架构，用户通过浏览器就可以访问系统，可通过配置WEB服务器来满足内部局域网和外网的访问需求。网络流量不受限制，访问速度10M/s以上，访问终端数量不受限制，并且可在网络内任一节点进行访问。
用户管理
本软件可对不同级别的用户赋予不同权限，从而保证系统在运行过程中的安全性和可靠性。如对某重要回路的合/分闸操作，需操作员级用户输入操作口令外，还需工程师级用户输入确认口令后方可完成该操作。
结束语
系统设计工程师与中粮现场的软件使用者细心沟通、精心交流之后，经过科学的设计、安装和调试，整套电力监控系统达到了预期的效果，满足了用户提出的需求。监控系统对分散在各配电室内的仪表进行数据采集、监控和管理；同时具备报警处理等功能。友好的人机界面操作系统，软件报表直接嵌入用户惯用的形式，使系统更具有人性化。本系统采用组态软件，减少了电力设备状态监视对人力依赖，降低了人力的成本，提高了经济效益，为中粮粮油工业(重庆)有限公司生产用电设备的安全，高效运行和便捷的管理提供了科学、准确的依据。
参考文献：
1)上海安科瑞电气股份有限公司产品手册.2010.08版.
2)电力电测数字仪表原理与应用指南 任致程、周中，中国电力出版社 2007.4
3)《变配电所计算机监控系统工程实例》 黄阳，智能建筑电气技术，2006年7月第5卷第3期。
公司：上海安科瑞电气股份有限公司
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