智能配电系统

引言
      目前，供配电产业的发展及可靠性对国民经济的发展起着举足轻重的作用，随着计算机技术，网络技术和通信技术的飞速发展，我国配电行业正朝着信息化程度更高的方向发展，各种先进的信息技术正逐步应用于配电自动化监测系统中，因此，智能配电是当今供配电产业的发展趋势，其作为配电自动化系统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。安科瑞智能配电系统是适用于各行业用户端供配电监控和运行管理的系统，通过对用户配电网络和电气设备的不间断保护和监控，提高供电可靠性和供配电系统的自动化水平，来实现系统可靠、安全、先进、高效的供配电，同时实现数据实时采集、数字通信、远程操作与程序控制、保护定值管理、事件记录与告警、故障分析等功能，提供大量的图形和报表分析统计工具，帮助管理者提高运行效率，主要适用于0.4kV~35kV电压的用户端配电系统。
一、10kV~35kV智能配电系统 
1.1 概述
      变电站是电力用户从电网获得电能和分配电能重要的环节，大中型电力用户电源进线一般是10KV或者35KV，拥有多台变压器和高压开关站，不仅要求对设备运行数据和状态、用电质量和电能等信息采集分析，用户还关心用电可靠性，Acrel-2000智能配电系统，结合变电站综合自动化技术规范和电力用户对用电监控的要求，提供用户变电站继电保护、测量与控制、电能统计等功能，帮助用户实现用电信息化，降低运维成本，形成完整的用户智能配电方案，同时，该系统也可作为能效管理等大平台的子系统，采集用电数据和信息。
1.2 参照标准

1.3 应用场景
Acrel-2000智能配电系统，广泛适用于大型公建、商业广场、工矿企业等单位电力用户。

1.4 应用方案示意图

1.5 系统功能
●“三遥”（即遥信、遥测、遥控）
利用就地安装的微机保护装置、智能仪表等，采集各回路的电参量、非电量及开关状态量（分合位），结合电气主接线图予以显示，通过系统操作，实现断路器、开关的远程分合闸控制。

●继电保护及其自动化
实现用户变电站的进线、馈线、变压器及母联等保护，对双电源进线或分段供电的用户，可实现任意逻辑的备用电源自投。具有保护定值召唤和下载功能，可远程显示保护功能的投退状态和定值设置，通过账号权限管理和密码确保操作安全。

●故障、告警、事件管理
系统与继电保护、智能仪表通讯，实时读取变电站运行的各类异常状况及参数记录，也可以在系统软件中设置遥测越限值产生告警事件。当事件发生时，事件窗口自动弹出，并用颜色区分已被确认和未被确认的事件，指导操作员执行规定操作。

●故障录波和事故反演
故障录波和事故反演用于故障后分析故障产生的原因和责任认定。系统故障录波可实现对故障发生时刻的前4个周波和后10个周波（具体应以现场继电保护装置的实际功能为准）予以记录并显示。事故反演则是在事故发生后，重放事故前1分钟和事故后5分钟的系统重要参数，准确直观的进行事故分析，查找供电系统隐患，快速定位故障，及时恢复供电。

● 统计报表、图表分析
提供灵活的报表生成工具，统计参量包括电流、电压、功率、电度等，可自动生成时报表、日报表、周报表、月报表、季报表、年报表。同时，可将指定参量的历时数据、比对数据以棒图、曲线图、饼图等形式展现，一目了然，为电气节能改造提供依据。

●数据转发和访问
安科瑞智能配电系统可作为前端子系统，通过传感器（智能仪表、装置）采集现场运行数据，根据需求通过网络转发给其它软件系统，如建筑能耗分析系统、BA系统、集中运维管理系统等，支持MODBUS-TCP、以太网103等通讯规约。系统软件可分布式安装，支持局域网客户端访问或WEB浏览。

●变电站视频集成
对远离监控值班室的用户分变电所，通过软件的视频集成功能，发生紧急状况或对开关实施遥控时，系统软件可将现场画面及时传输至监控室。视频集成可大幅提高操作员的工作效率，减少往返时间，特别适合商业广场、高校、超高层建筑等供电范围较大的场合。

●变电站远程维护
智能配电系统的自动化功能帮助专业电工提高运维工作效率，降低成本支出。同时，系统也可以与集中运维平台连接，实现变电站的远程运维（ “代维代运”）。

1.6 设备选型
Acrel-2000智能配电系统的软件集成具有开放性的特点，支持Modbus-RTU、Modbus-TCP、IEC60870-5-103、以太网103等配电网常用通信规约，可兼容国内外大多数厂商生产的智能装置及仪表。

1.7 应用方案
安科瑞Acrel-2000智能配电系统功能丰富、配置灵活，可根据项目实际情况进行剪裁或深度开发，适用于各种新建或改造项目。
1.7.1 新建项目
●项目简介
某商业广场位于上海市浦江镇，总占地面积156亩，总建筑面积27万方，整体规划由家居MALL、创意企业办公楼和独栋品牌店三部分组成。

●供配电概况
项目设计负荷20000kW，由2路35kV电源供电。供配电由35kV总降变、10kV开闭所、1～8号分变电站组成。总降变设2台35/10kV、容量为10000kVA主变，10kV经开闭所向8座位于地下一层的分变电站供电。

● 系统结构图

●系统指标
■数据采集时间：
电气模拟量采集周期 ≤ 2秒
温度采集周期 ≤ 2秒
开关量采集周期 ≤ 1秒
顺序事件记录（SOE）分辨率 ≤ 10毫秒

■控制命令响应时间：
从值班人员命令发出到装置执行的响应时间 ≤2秒
主机数据库响应单元级变化数据时间 ≤ 2秒

■人机接口响应时间：
画面更新响应时间 ≤ 3秒
画面动态数据刷新时间 ≤ 2秒
画面动态符号刷新时间 ≤ 2秒
从事故产生到画面和音响发出时间 ≤ 3秒
1.7.2 改造项目
● 项目简介
某生物制药公司，现有高压开关设备因运行时间较长等原因，存在安全隐患，尤其进线柜没有安装断路器和消弧消谐装置，为消除现有隐患同时满足新上项目用电的需求，需要进行升级改造。甲方提出的改造内容和要求如下：
1.新增加2台35KV KYN-61型高压柜 （D01、D09）。
2.改造进线柜、1-5#出线开关柜、PT柜，使用新型屏蔽式触头盒、屏蔽式绝缘套管；母线拆除进行接头和绝缘保护层的处理，更换高压母线加厚型绝缘热缩管，加装母线接头T型护套等。
3.PT柜加装消弧、消谐装置，更换电压互感器，进线柜安装断路器。
4.更换微机保护（现有微机保护装置已运行9年），指针仪表更改为智能仪表。
5.上后台监控系统，监控变电站高压部分，实现无人值守。
●改造方案
根据变电站综合自动化系统（无人值守）的要求，本变电站间隔层为8台保护装置，其中6台集中组屏，2台就地安装在对应的高压柜上。所有保护装置及仪表通过一台通讯管理机联网与后台系统进行通讯管理；实现本变电站运行管理所需的数据实时采集、各种报警的处理、事件的顺序记录等功能；同时具有遥控、遥信、遥测、遥调功能。如下图所示：

2. 0.4kV智能配电系统
2.1 概述
低压配电系统主要由进线柜、无功补偿柜、MCC (电动机控制中心，Motor Control Center)控制柜、出线柜和联络柜组成，安科瑞0.4kV智能配电系统是智能配电在0.4kV侧的延伸，经数字通信与计算机系统网络连接，实现配电过程中智能终端管理的自动化、智能化，为客户提供进线回路、无功补偿、出线回路和马达保护控制回路等智能配电的解决方案，系统实现数据的实时采集、数字通信、远程操作与程序控制、保护定值管理、事件记录与告警、故障分析、各类报表及设备维护信息管理等功能，极大地提高运行的实时性和可靠性，典型的0.4kV智能配电系统拓扑图如下图所示。

 使用Acrel-2000电力监控系统作为站控管理层软件，通过站控管理层监视、管理整个配电系统。由各类数据采集器、以太网交换机和通讯管理机等设备组成网络通讯层，网络通讯层实现对现场仪表的数据采集，采集后的数据通过以太网等方式传送给站控管理层软件，供站控管理层软件进行数据分析、处理和显示。现场设备层通过安装在进线回路、无功补偿、出线回路和马达保护控制回路等回路的智能元件，采集各配电回路的运行状况，将采集到的信息传送给网络通讯层。设备管理层中的进线回路通常由网络电力仪表ACR350EGH等元件组成；低压母联由网络电力仪表ACR220EL等元件组成；低压出线由网络电力仪表ACR230ELH，低压线路保护产品ALP220等元件组成；低压电动机回路由ARD2F、ARD3、ARD3T等电动机保护器产品组成；楼层配电箱由DDSF、DDSD、DTSF等电能表组成；直流屏侧由PZ系列直流检测仪表等元件组成。
2.2 进线、出线回路
进线柜和联络柜较为重要，一般都需要同时测量三相电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数、频率、有功电能、无功电能等参数，以及开关状态的监测及控制等功能，可选用ACR330ELH等电力质量分析仪。
出线柜一般不要求其有三相全电量的测量功能，但要能测量三相电流和有功电能等参数，以及对断路器开关状态进行监测，可选用ACR220EL型网络电力仪表。为保证重要出现回路的用电可靠性，可选用ALP220系列低压线路保护产品，对线路的过载、接地和欠压等故障进行保护。带有PT柜的回路可以使用ALP220-PT低压PT保护产品，对线路的欠压、零序过压和过压等故障进行保护。
安科瑞Acrel-2000智能配电系统由Acrel-2000监控软件、计算机和通讯网络、中压微机保护装置、低压多功能仪表、计量仪表、温控仪、直流屏等设备构成。可用于进线、出现回路，通过后台计算机显示全部配电系统的一次接线图，并提供变电所配电系统接线图，各个回路的实时数据，各种警告信息、计算机监控信息状态等，实时刷新各画面上的运行参数和设备运行状态，系统组成见下图所示。

系统在进线、出线回路常用功能：
■数据采集功能
实时采集各电压、电流等模拟量、开关数字量、状态量以及脉冲量、保护定值、GPS时钟、通道状态等信息，重要的保护动作、装置故障信息等通过无源接点输入，其他保护功能通过通讯方式采集。

■保护功能
    通过低压线路保护产品、低压PT保护产品对重要馈线回路实现保护，可以对线路的过载、接地、欠压、过压、PT断线、零序电压等故障进行保护，并通过现场总线将线路的运行状态、保护信息上传到电力监控系统中。
■实时报警和故障记录
将遥测越限、正常遥信变位、事故变位、SOE、保护信息、遥控记录、操作记录等信息集中统一管理，激发事件记录分类进行记录。重要报警信息，如事故报警、保护动作等随时弹出文字信息显示，即时打印。

■图形显示
图形显示包括主接线图、棒形图、曲线图、饼形图、表计图、趋势图和表格功能。包括主接线图、操作显示、通讯状态显示、报警及各种表格显示及打印。软件把采集的各种数据以数字、文字、图形和语音等方式直接显示在人机界面上。

■报表管理
    可基于系统已有模板，或自定义的新模板生成报表。可以手动或根据预设定时间表定时生成报表，方便查看和管理。

■WEB发布
    WEB 发布功能主要包括：
网上发布，将实时监测数据以安全的方式进行网上发布；
报表浏览，能够在WEB 服务器提供各种报表，供相关人员进行浏览；
权限限制，在WEB服务器进行严格的权限限制，限制不同人员的浏览范围，从而保证数据的安全性。
■打印报表
系统具备各种信息打印功能，包括定时和召唤打印各种实时和历史报表、批量打印报表、各类电网图形及统计信息打印等功能。
■权限管理
具有完善的用户管理功能，避免越权操作。
每一级权限对应相应的控制权限，最多可设置多级不同权限，并记录权限用户的操作。
管理员具有最高的权限，并可以对其他用户或者计算机的权限进行设置；
用户或者计算机被设置了权限之后只能在权限规定的范围内操作或者浏览，权限范围以外的功能都将被禁止；
所有用户的操作都将被系统日志记录下来，包括操作时间、操作类型、操作对象、操作结果等等信息；
2.3 无功补偿回路
一个例子：

情况1：不使用电容器补偿，全部无功由变压器（电网）提供，计算变压器视在功率如下：
        S = P/COSθ1 = 665kVA  >  630kVA，变压器处于过载运行。
情况2：使用电容器做补偿，目标功率因数设为0.92，计算变压器视在功率如下：
        S = P/COSθ2 = 543kVA  <  630kVA，变压器不会过载。
不做无功补偿需要增大变压器容量，线路中会有很大的无功电流，无功功率补偿系统的作用：提高电网功率因数；降低电网运行电流；降低线路损失；提高电网电压；降低变压器容量；避免被供电部门罚款。
常用电容补偿分类：
--按安装位置：集中补偿、分组补偿和末端补偿。
--按补偿相数：单相补偿、三相补偿和混合补偿（单相、三相混合补偿）。
--按投切电容元件：机电开关（接触器）、半导体开关（可控硅）和复合开关（机电开关和版单体开关的组合）。
集中补偿是指将补偿装置安装在变电所对无功功率进行集中补偿的装置。
分组补偿是指将补偿装置安装在功率因数较低的用电单元或母线上对供配电系统中的一部分（区域）无功功率进行分段（区域）补偿的装置。
末端补偿是指将低压成套无功功率补偿装置直接并联安装在感性用电设备(如电动机、变压器）附近对无功功率进行补偿的装置。通常是指对于某一台设备进行补偿,安装在设备附近,适用于单台设备容量较大,电力用户输电线路较长,用以就地平衡电流,使电压质量得到保证，减少线路损耗。

2.4 马达回路
马达回路主要由Acrel-2000电力监控系统、ARD系列电动机保护器、第三方产品（PLC、变频器等）等组成。马达回路要可靠地保护电动机，能够对电动机的过载、堵转、欠压等故障进行保护，能对设备的运行状态进行监测和控制，马达回路系统图如下图所示。

通过使用电动机保护器产品使马达的保护范围由电机延伸到机械设备处，使用PLC、通讯服务器等设备从电动机保护器产品处得到电机的运行状态（电参数、机械参数等），转给上层的DCS或SCADA系统。安科瑞电机保护类产品分为：
■数字式电动机保护器产品：ARD2（L）、ARD2F、ARD3
■模块式电动机保护器产品：ARD3T
■水泵专用控制器：ARDP
■油田专用控制产品（潜油电泵、抽油机）:ARD-QY。
■电机保护类产品广泛应用于石油、化工、冶金、水处理和建筑等行业。

马达回路系统典型功能有：实时数据采集、参数设置、事件报警、各类曲线显示、故障报警、故障记录、设备机械信息、报表查询及打印和用户权限管理等功能。

在电厂行业，马达回路主要用于各类水泵、传输，MCC，厂用电动力设备、PC监控保护等领域。根据《火力发电厂厂用电设计技术规定》（DL/T 5153-2002），低压厂用电动机应装设相间短路保护、单相接地保护（或者单相接地短路保护）、过负荷保护、低电压保护、断相保护。因此，电厂项目需要电压、电流全电量参数测量，并且带通讯功能，控制器需要有自诊断输出、断电输出、故障记录等功能。系统组成如下图所示。

在水处理、市政行业马达回路主要用于大型水泵、格栅除污机、输送机、压榨机和鼓风机等设备。系统组成如下图所示。

 在化工行业，马达回路主要用于各电控系统、投料系统、制浆系统、出料过滤系统和灌装等系统中。系统组成如下图所示。

在煤矿行业，马达回路主要用于洗选煤：筛子、旋流器、浅槽、跳汰机、离心机、浮选机、压滤机/泵、加压过滤机、浮选柱、犁煤机、破碎机等设备。系统组成如下图所示。

在水泥行业，马达回路可用于原料控制站、破碎站、原料粉磨站、熟料控制站、水泥磨控制站、水泥包装控制站。系统组成如下图所示。

在石油行业，采油井大多分布在野外，依据“一井一政策、一井一工程”的原则，不但要求马达回路能采集、监视电参数，还要能满足通过远传、远程控制、采集工艺参数等功能。ARD-QY油田专用产品（潜油电泵、抽油机），是一个集成化产品，将电参数测量、工艺参数测量、就地控制、远程控制、数据远传等功能组合在一起，为数字化油田提供统一平台化解决方案，产品硬件组成及系统界面如下图所示。