安科瑞电力监控组态软件在配电系统中的应用

  周中¹  （1上海安科瑞电气股份有限公司，上海 嘉定，201801）   摘要：介绍了ACR330ELH电力质量分析仪表在智能配电监控系统中的实际应用，详述了该系列仪表的功能及技术指标，并给出了系统结构、软件实现及系统功能。 关键词：ACREL-2000，导轨式安装，ADL电能表，RS485通讯，电能管理, 电力监控   0 前言 　　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,全国各地重点工程项目、标志性建筑/大型公共设施等大面积多变电所用户的急剧增加，对供配电系统的可靠性、安全性、实时性、易用性、兼容性及缩小故障影响范围提出了更高的要求。 　　安科瑞的Acrel-2000型电力监控系统软件借助了计算机、通讯设备、计量保护装置等，为系统的实时数据采集、开关状态检测及远程控制提供了基础平台。 该电力监控系统可以为企业提供“监控一体化”的整体解决方案，主要包括实时历史数据库AcrSpace、工业自动化组态软件AcrControl、电力自动化软件AcrNetPower、“软”控制策略软件AcrStrategy、通信网关服务器AcrFieldComm、OPC产品、Web门户工具等，可以广泛的应用于企业信息化、DCS系统、PLC系统、SCADA系统。

1. 系统结构

　　Acrel-2000系列电力监控系统是基于10kV及以下变配电系统的监测与管理，该系统（简称Acrel-2000型系统）由管理层（站控层）、通讯层（中间层）、间隔层（现场监控层）三部分组成，见下图。          

　　管理层

　　由高性能的工业控制计算机、显示器、打印机、UPS不间断电源、GPS时间对时器、声光报警设备等组成，主要作用是把通讯层采集到现场设备的数据通过ACRHMI人机对话界面的方式显示给用户，同时发送命令给间隔层设备。它也是系统与运行管理人之间的对话接口。

　　通信层

　　位于管理层与间隔层中间，采用现场管理机（前置处理机或光纤环网交换机或通信服务器或以太网关）等作为通信层。主要作用将多种装置和设备通过现场总线技术，有机地结合起来，并且在测控网上实现信息交换和资源共享，它具有强大的通信和数据处理能力。实现“上传下达”的作用。

　　间隔层

　　安装微机保护测控装置、综合电力监控仪表、开关量采集模块、模拟量采集模块、继电器输出模块、脉冲采集模块等。采用最先进地高精度交流采样技术通过RS485通信接口上传到通信层。实现对现场数据采集和就地显示功能及通信命令地实施。 　　间隔层是整个Acrel-2000型系统的最关键部分，它既是分散控制的核心，也是保证管理层得到正确数据的源头。本系统对于高低压二次设备的配置都高于或符合国家的标准。

2.  功能介绍

　　Acrel2000电力监控系统软件在电力行业已得到了广泛的应用，功能强大，主要包括有：

2.1 友好的人机交互界面（HMI）

　　标准的变配电系统具有CAD一次单线图显示中、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界面并实时刷新。

2.2 用户管理

　　本软件可对不同级别的用户赋以不同权限，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。

2.3 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、功率因数、频率、电能、温度、开关位置、设备运行状态等)，将采集到的数据或直接显示、或通过统计计算生成新的直观的数据信息再显示（总系统功率、负荷最大值、功率因数上下限等），并对重要的信息量进行数据库存储。

2.4 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界面，通过调用相关回路实时曲线界面分析该回路当前的运行负荷状况。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。 

2.5 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，自动生成电能的日、月、季、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。

2.6 事件记录和故障报警

　　系统对所有用户操作、开关变位、参量越限及其它用户实际需求的事件均具有详细的记录功能，包括事件发生的时间位置，当前值班人员事件是否确认等信息，对开关变位、参量越限等信息还具有声音报警功能，同时自动对运动设备发送控制指令或提示值班人员迅速排除故障。

2.7 五遥功能

　　Acrel-2000型系统不仅能实现常规的“遥信”、“遥控”、“遥测”、“遥调”功能外，还可以实现“遥设”功能。 　　遥信：实时对开关地运行状态，保护工作等开关量进行监视。计算机实时显示和自动报警。 　　遥控：通过计算机屏幕选择相应的站号，开关号，合/分闸等信息，并在屏幕上将选择的开关状态反馈出来，确认后执行，实时记录操作时间、类型合开关号等。 　　 遥测：通过计算机实时对系统电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数、超限报警、频率进行不断地采集、分析、处理、记录、显示曲线，棒图，自动生成报表。 　　遥调：用于有载变压器的调压升/降。 　　遥设：用于远方修改分散继电保护装置的定值、控制字；以及调整各种仪表的工作状态。

3.  系统性能指标

　　Acrel-2000型系统性能指标见下表

序号 内容 指标 序号 内容 指标 1 事件记录正确率 ≥99.9％ 8 事故时遥信变位传送时间 ≤1S 2 遥信正确率 100％ 9 事故推画面时间 <2S 3 遥控正确率 100％ 10 遥信变位 <1S 4 遥调正确率 100％ 11 遥控过程完成 <3S 5 遥测正确率 ≥99.9％ 12 模拟量测量综合误差 <0.5% 6 重要遥测更新周期 <2S 13 电网频率测量误差 <0.01Hz 7 一般遥测更新周期 <3S        

4.  软件界面

4.1  35kv变电站的主接线图画面。

 

4.2 电压、电流波形计数值显示界面，以及棒图、饼图的显示。

 

4.3对某个用电单位的不同用电设备进行实时的报表查询和显示，并可以打印输出。

 

4.4可实现定值管理功能，断路器分合闸显示，电参数显示，以及保护功能。

 

4.5 遥信遥控功能

   

4.6 遥控界面：符合电力系统规范，要求输入密码，且有监护人在才能完成！

 

4.7 报警/遥控自动弹出报警工具条！

 

 

5．中压保护装置    

                                                  

　　安科瑞公司的M系列可编程型微机保护测控装置，采用大容量、资源冗余设计，适用于35kv及以下的电压等级电网的保护、控制、测量和监视，可配置为线路、电容器、电动机、进线互投（贯通线备投）等不同回路提供保护功能的数字微机继电保护控制装置。它可用于不同的主接线方式，如单母线、双母线及多母线接线等方式，也支持不同类型的电网，如中性点不接地系统、经消弧线圈接地系统和小电阻接地系统。 应用行业：广泛应用于电力、化工、国防、建材、市政、学校、医院、建筑、交通、冶金等行业。

5.1 M系列中压保护装置特点

　　高可靠性设计

　　本产品全部采用工业级元器件，所有与外界的连接都做了充分的电气隔离，内置抗雷击保护电路和电源滤波器。专业的EMC设计，对装置输入电源、模拟和数字电源进行实时的监测，保证了其运行的可靠性。 强大的逻辑可编程 通过逻辑元件的组合，同一台装置可设计成为实现不同保护功能的综合保护装置。

　　灵活方便的接线方式

　　其输入的交流电压可接相电压、线电压、零序电压或是不平衡电压，适应各种PT接线方式。

　　高精度的测量和计量

　　保护CT和测量CT分开输入，保证了测量精度和高可靠性要求。采用频率跟踪技术，实时的检测系统的频率变化，实时的调整数据的采样时间间隔，能保证在基频偏离工频50Hz很大的情况下准确计算出当时系统的基频分量，谐波分量和零序分量。

　　故障录波

　　在每个采样点对所有交流输入量、状态量、开出量和保护模块进行实时的采集并记录。

　　保护定值切换

　　可通过面板和通讯方式进行切换，组别切换功能使其快速的方便的适应多种运行方式。

　　通讯功能

　　以太网通讯规约：Modbus；TCP/IP。不同的通讯口可设不同的通讯规约，可以同时运行。

　　断电保持功能

　　间隙中断条件下，100ms内电源失电，装置不失电。电源失电50ms后，装置产生失电SOE，并保存重要数据。

5.2 M系列中压继电保护装置保护功能

　　相瞬时速断电流保护；相限时速断电流保护；相过电流保护；相反时限过流保护；零序定时限一段、二段保护；过电压告警；过电压跳闸；三相一次重合闸；合闸后加速；控制回路断线告警；非电量保护；PT断线告警；负序定时限过流一段；负序定时限过流二段；堵转保护；启动时间过长保护；过热告警保护；过热跳闸保护；零序过压保护；不平衡电压、电流保护；低电压保护；失压重启动保护。

5.3 M系列中压继电保护装置型号及保护功能一览表

  M5系列中压继电保护装置型号及功能表：   型号 主要功能 M5-F 相定时限过流保护一段(可选复合电压闭锁、方向闭锁)、相定时限过流保护二段(可选复合电压闭锁、方向闭锁)、相定时限过流保护三段、相定时限过流保护四段、相反时限过流保护、IO1过流保护(两段、反时限)、IO2过流保护(两段、反时限)、控制回路异常告警、PT断线、断路器失灵告警、低电压保护(失压保护)、CT断线、断路器遥控分合、三相多次重合闸、重合闸后加速、频率保护、低周减载〔无压、无流、滑差闭锁) M5-M 相定时限过流保护一段(可选复合电压闭锁、方向闭锁)、相定时限过流保护四段、相反时限过流保护、IO1过流保护(两段、反时限)、IO2过流保护(两段、反时限)、控制回路异常告警、PT断线、断路器失灵告警、堵转保护、负序过流保护(两段、反时限)、电机启动时间过长保护、电机过热保护、电机低电流保护、低电压保护(失压保护)、过电压保护、CT断线、断路器遥控分合 M5-B 相定时限过流保护二段(可选复合电压闭锁、方向闭锁)、相定时限过流保护三段、控制回路异常告警、PT断线、断路器失灵告警、CT断线、断路器遥控分合、重合闸后加速、进线、母联备自投 M5-C 相定时限过流保护二段(可选复合电压闭锁、方向闭锁)、相定时限过流保护三段、不平衡电压、控制回路异常告警、PT断线、断路器失灵告警、 零序过压保护、IO1过流保护(两段、反时限)、IO2过流保护(两段、反时限)、低电压保护(失压保护)、过电压保护、CT断线、断路器遥控分合 M5-T 相定时限过流保护二段(可选复合电压闭锁、方向闭锁)、相定时限过流保护三段、相定时限过流保护四段、相反时限过流保护、IO1过流保护(两段、反时限)、IO2过流保护(两段、反时限)、控制回路异常告警、 PT断线、断路器失灵告警、零序过压保护、过负荷启动冷风、闭锁有载调压、轻瓦斯告警、重瓦斯跳闸、压力释放、温度保护、低电压保护(失压保护)、过电压保护、CT断线、断路器遥控分合   M4系列中压继电保护装置功能表：   型号 主要功能   M4-F 相瞬时速断电流保护、相限时速断电流保护、相过电流保护、相反时限过流保护、零序定时限一段保护、零序定时限二段保护、三相一次重合闸、合闸后加速、控制回路断线告警、非电量保护、PT断线告警、 零序过压保护 M4-M 相瞬时速断电流保护、相限时速断电流保护、、相反时限过流保护、零序定时限一段保护、零序定时限二段保护、过电压告警、过电压跳闸、控制回路断线告警、非电量保护、PT断线告警、负序定时限过流一段、 负序定时限过流二段、堵转保护、启动时间过长保护、过热告警保护、 过热跳闸保护、不平衡电流保护、低电压保护、失压重启动 M4-C 相限时速断电流保护、、相反时限过流保护、零序定时限一段保护、过电压告警、过电压跳闸、控制回路断线告警、PT断线告警、不平衡电压保护、不平衡电流保护、低电压保护 M4-I 相瞬时速断电流保护、相限时速断电流保护、相过电流保护、相反时限过流保护、零序定时限一段保护、零序定时限二段保护、控制回路断线告警、PT断线告警、过电压告警、进线互投/贯通线备投 M4-U 过电压告警、PT断线告警、低电压保护   M3系列中压继电保护装置功能表：   型号 主要功能   M3-F 相瞬时速断电流保护、相限时速断电流保护、相过电流保护、相反时限过流保护、零序定时限一段保护、零序定时限二段保护、三相一次重合闸、合闸后加速、控制回路断线告警、非电量保护、PT断线告警、零序过压保护 M3-C 相限时速断电流保护、相过电流保护、相反时限过流保护、过电压告警、过电压跳闸、控制回路断线告警、PT断线告警、不平衡电压保护、 不平衡电流保护、低电压保护 M3-M 相瞬时速断电流保护、相限时速断电流保护、相反时限过流保护、过电压告警、过电压跳闸、控制回路断线告警、非电量保护、PT断线告警、负序定时限过流一段、负序定时限过流二段、堵转保护、启动时间过长保护、过热告警保护、过热跳闸保护 M3-I 相瞬时速断电流保护、相限时速断电流保护、相过电流保护、相反时限过流保护、零序定时限一段保护、零序定时限二段保护、控制回路断线告警、PT断线告警 M3-U PT断线告警、过电压告警、低电压保护  

6.  低压部分常用装置

　　对于0.4KV的低压系统常选用ACR系列网络电力仪表、ARD3电动机保护器，ARC系列电容器补偿装置等。  

6.1  0.4kv低压进线端常装设ACR330ELH网络电力仪表。

   该装置具有功能：三相I、U、kW、kVar、kVA、kWh、kVarh、cosφ，Hz测量；四象限电能计量、复费率电能累计、THDu、THDi、CF(电压波峰系数)、THFF(电话波形因子)、电流K系数、电压电流正/负零序分量、2-21次各次谐波含量；2DI/2DO、RS485/Modbus、LCD显示。  

6.2 低压功率因数补偿回路选用ARC-12/J-C型功率因数自动补偿控制仪。

  该装置具有功能：可以控制6～12组电容器的自动/手动投切，过压保护、欠流锁定、过谐停切、12DI输入、Pt100温度检测控制柜内温度等功能。  

6.3 一般0.4kV三相出线选用ACR220EL网络电力仪表。

  具有功能：三相I、U、kW、kVar、kWh、kVarh、Hz、cosφ测量、RS485/Modbus。还具有2DI/2DO，两路4-20mA输出功能。  

6.4 低压马达回路选用ARD系列电动机保护器。

  标配功能：过载保护、欠载保护、断相保护、不平衡保护、阻塞保护、堵转保护、起动超时保护、外部故障保护、各种启动方式。选配功能：接地/漏电保护、模拟量（4～20mA）输出、电压功能、温度保护、分体显示面板。  

6.5在0.4kV三相出线中， 为了节省费用，现场测量设备可选 AMC16系列多回路监控装置，可以用来替代三台ACR220EL网络电力仪表。

  该装置具有功能：同一母线下的三相I、kW、kWh测量、18路DI、1路DO，RS485/Modbus。  

6.6 0.4kV单相出线可选用1台ACR10E网络电力仪表。

  具有功能：单相I、U、kW、kVar、kWh、kVarh、Hz、cosφ测量、RS485/Modbus。还具有2DI/2DO，两路4-20mA输出功能。  

6.7在0.4kV出线回路中，为了节省费用，也可选用ARTU四遥单元。

       1台ARTU-K32采集32路开关量，1台ARTU-J16完成16路继电器输出，1台ARTU-P32完成32路脉冲采集，1台ARTU-DM32完成直流4-20mA共32路模拟量采集。   参考文献 1.       上海安科瑞电气股份有限公司.ACR330ELH电力质量分析仪表选型手册.2009.6 2.      任致程 周中. 电力电测数字仪表原理与应用指南. 北京.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。 作者简介： 周中，男，汉族，学士，主要研究方向为电能分项管理研究，电话：800-8206632，邮箱：ACREL001@VIP.163.COM