基于电力仪表的智能电力监控系统设计与选型方案
吴海英
上海安科瑞电气股份有限公司，上海 嘉定 201801
1 概述
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、通信设备、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，可以广泛地应用于企业信息化、DCS系统、PLC系统、SCADA系统。
2 电力监控系统宜选电力监控仪表
电力监控仪表是针对电力系统、工矿企业、公用设施、智能大型公共建筑的电力监控需求而设计的。它能高精度的测量所有常用的电力参数，如三相电压、三相电流、有功功率、无功功率、频率、功率因数、四象限电能等，采用可视度高的LCD来显示仪表测量参数和电网系统的运行信息。电力监控仪表功能、型号繁多，价格也各不相同，因此，应合理选配，达到较佳的性价比。
3 电力监控表计的选型方案
1．中压
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应用场合 |
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型号 |
主要功能 |
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进线保护 |
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M5-F |
LCD显示、线路保护测控装置、测控一体化装置、故障录波、SOE事件记录、通讯 |
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电动机保护 |
M5-M |
LCD显示、电动机保护、测控一体化装置、故障录波、SOE事件记录、通讯 |
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备自投保护 |
M5-B |
LCD显示，备自投保护、测控一体化装置、故障录波、SOE事件记录、通讯 |
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电容器保护 |
M5-C |
LCD显示，补偿电容器的全面综合保护、测控一体化装置、故障录波、SOE事件记录、通讯 |
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变压器保护 |
M5-T |
LCD显示、配变电保护测控装置、测控一体化装置、故障录波、SOE事件记录、通讯 |
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综合自动化保护 |
M5-X |
LCD显示、变电站公用装置、测控一体化装置、故障录波、SOE事件记录、通讯 |
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PT柜 |
M4-U |
LCD显示、两段PT供电切换，PT柜的全面综合保护、测控一体化装置、故障录波、SOE事件记录、通讯 |
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固定柜、手车柜、3~35kV中置柜、环网柜等多种开关柜 |
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ASD200 |
一次电路模拟图、带电显示、温湿度显示及加热除湿控制、分合闸、储能、远方/就地、柜内照明操作、人体感应及语音功能 |
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ASD300 |
一次电路模拟图、带电显示、温湿度显示及加热除湿控制、分合闸、储能、远方/就地、柜内照明操作、人体感应及语音功能、测所有电参量（含电能） |
2．低压
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适用场合 |
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型号 |
主要功能 |
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高压重要回路或低压进线柜 |
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ACR330ELH |
LCD显示、全电参量测量（U、I、P、Q、PF、F、S）；四象限电能计量、复费率电能统计；THDu，THDi、2-31次各次谐波分量；电压波峰系数、电话波形因子、电流K系数、电压与电流不平衡度计算；电网电压电流正、负、零序分量（含负序电流）测量；4DI+3DO（DO3做过压、欠压、过流、不平衡报警）；RS485通讯接口、Modbus协议或DL/T645规约 |
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低压联络柜、
出线柜 |
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ACR220EL |
LCD显示、全电参量测量（U、I、P、Q、PF、F）；四象限电能计量、复费率电能统计、最大需量统计；4DI+2DO；RS485通讯接口、Modbus协议 |
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低压无功补偿柜 |
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ARC-12/J |
6-12路控制、过压保护、谐波保护、投切延时设定、12DI；RS485通讯接口、Modbus协议 |
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低压出线柜
(马达回路) |
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ARD系列 |
测量三相电流、定值查询、定值整定、过载、断相（不平衡）、堵转、欠载、外部故障、阻塞、欠压等保护功能、8DI+4DO、电能管理、漏电保护、SOE记录、多种起动模式、RS485通讯接口、Modbus协议 |
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低压出线柜
(照明回路) |
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AMC16-1E9/K
AMC16-3E3/K |
9路单相（3路三相）I、U、P、Q、F测量；有功电能计量；18DI+1DO、RS485通讯接口、Modbus协议 |
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PZ48L-AI3 |
LCD显示，三相电流测量，倍率任意设置 |
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动力柜 |
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PZ96L-AI3/KC |
LCD显示、测量三相电流、4DI+2DO
RS485通讯接口、Modbus协议 |
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低压配电终端电流、电能采集，开关量采集及自动控制 |
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ARTU-K32
遥信单元 |
32路开关量采集、SOE事件记录、RS485通讯接口、Modbus协议 |
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ARTU-J16
遥控单元 |
16路继电器输出、SOE事件记录、RS485通讯接口、Modbus协议 |
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ARTU-P32
遥脉单元 |
32路脉冲量采集、RS485通讯接口、Modbus协议 |
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ARTU-M32
遥测单元 |
交、直流0-20mA、4-20mA，32路模拟量信号采集、RS485通讯接口、Modbus协议 |
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中高压开关柜、端子箱、环网柜、箱式变电站内部空气温、湿度控制，防止电气爬电、闪络造成事故 |
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WHD系列 |
温、湿度控制、加热器断线故障报警
RS485通讯接口、Modbus协议 |
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水电厂、火电厂、大型变电站、母线、变压器绕组等温度的测量，防止因温升过高产生故障 |
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ARTM系列 |
1~16路温度巡检，热电阻信号输入；RS485通讯接口、Modbus协议；2路继电器输出 |
4 电力监控系统
4.1 结构
安科瑞Acrel-2000电力监控系统是基于10kV及以下变配电系统的监测与管理，该系统由管理层（站控层）、通信层（中间层）、间隔层（现场监控层）三部分组成，见图1。
图1 电力监控拓扑图
4.2 功能
4.2.1 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。
4.2.2 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。
4.2.3 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。
4.2.4 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。
4.2.5 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。
4.2.6 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，同时自动对运行设备发送控制指令或提示值班人员迅速排除故障。
4.2.7 五遥功能
Acrel-2000型电力监控系统不仅能实现常规的“遥信”、“遥控”、“遥测”、“遥调”功能，还可以实现“遥设”功能。
遥信：实时对开关运行状态、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。
4.2.8 性能指标
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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 |
|
|
|
4.3 软件画面
4.3.1 主接线图画面
4.3.2 电压、电流波形计数值显示界面，以及棒图、饼图的显示。
4.3.3 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。
4.3.4 运行事件记录查询及打印输出
5 系统报价
单位：元（RMB）
|
名称 |
型号 |
单位 |
面价 |
备注 |
|
监控主机 |
IPC610H/PIV2.8G/1G/120G/166x DVD/KB+MS/D-Link530+外设 |
台 |
8500 |
均可用户自备，以当时市场价格为准，该报价仅供参考 |
|
显示器 |
三星19寸液晶显示器 |
台 |
3000 |
|
三星22寸液晶显示器 |
台 |
3800 |
|
打印机 |
HP LaserJet 1020 A4 |
台 |
2500 |
|
EPSON-LQ1600KIIIH A3 |
台 |
4000 |
|
UPS电源 |
山特C1KS |
台 |
5000 |
|
山特C2KS |
台 |
6500 |
|
通讯线缆 |
五类线 |
米 |
4.6 |
|
屏蔽双绞线RVVP 2×1.0 |
米 |
5.6 |
|
光纤（多模） |
米 |
6.6 |
|
通讯机柜 |
1200×600×600 |
面 |
3000 |
|
2200×600×600 |
面 |
5000 |
|
光电转换 |
HTB-1000 |
只 |
750 |
远距离传输 |
|
终端盒 |
只 |
60 |
|
尾纤 |
面 |
50 |
|
耦合器 |
面 |
50 |
|
熔接点 |
个 |
50 |
|
通讯转换 |
扩展卡ACRNET-PCI/4 |
块 |
3000 |
扩展卡 |
|
串口服务器ACRNET-PORT(2口) |
只 |
3000 |
串口服务器 |
|
串口服务器ACRNET-PORT(4口) |
只 |
5500 |
|
通讯前置机ACRNET-UC02(2口) |
只 |
4000 |
通讯前置机 |
|
通讯前置机ACRNET-UC04(4口) |
只 |
6000 |
|
通讯前置机ACRNET-UC08(8口) |
只 |
11500 |
|
通讯管理机ACRHMI |
台 |
30000 |
人机界面 |
|
组网设备 |
网络交换机EDS-208 |
台 |
3000 |
局域组网 |
|
网络交换机EDS-408 |
台 |
8500 |
|
监控软件 |
Acrel监控组态软件V6.0 |
系统组态软件
图形组态软件
电能管理软件
数据库软件 |
套 |
3万 |
设备数量1～10 |
|
4万 |
设备数量11～20 |
|
6万 |
设备数量21～40 |
|
8万 |
设备数量41～80 |
|
10万元以上 |
设备数量80以上 |
|
双机版 |
|
套 |
|
单机价格×1.5 |
|
数据转发 |
每+1用户 |
套 |
3000 |
|
|
Web发布 |
每+1用户（总用户数≤5） |
套 |
5000 |
|
|
中压仪表 |
M5-F |
台 |
1.8万 |
|
|
M5-M |
台 |
1.8万 |
|
|
M5-B |
台 |
1.8万 |
|
|
M5-C |
台 |
1.8万 |
|
|
M5-T |
台 |
1.8万 |
|
|
M5-X |
台 |
1.8万 |
|
|
M4-U |
台 |
1.5万 |
|
|
ASD200 |
台 |
2900 |
|
|
ASD300 |
台 |
4500 |
|
|
低压仪表
|
ACR330ELH |
台 |
4860 |
|
|
ACR220EL |
台 |
3880 |
|
|
ARC-12/J |
台 |
1420 |
|
|
ARD系列 |
台 |
根据不同的额定电流 |
|
|
AMC16-1E9/K |
台 |
3550 |
|
|
AMC16-3E3/K |
台 |
3550 |
|
|
PZ48L-AI3 |
台 |
1060 |
|
|
PZ96L-AI3/KC |
台 |
1460 |
|
|
ARTU-K32 |
台 |
3200 |
|
|
ARTU-J16 |
台 |
3200 |
|
|
ARTU-P32 |
台 |
3200 |
|
|
ARTU-M32 |
台 |
3800 |
|
|
WHD96-22 |
台 |
660 |
|
|
ARTM-8/JC |
台 |
1620 |
|
注：中、低压电力监控仪表可按上述报价的70%优惠供应。
6 结束语
在电力监控系统中配置电力监控仪表，具有实施简明，投资少等显著优点，可以方便和实时地监控配电系统的运行状态，对现场的用电设备进行统一管理，免去工作人员到现场记录的繁琐工作，系统对各种用电设备的历史运行数据和状态进行管理分析，便于维护人员明确设备状况，制定详细的设备维护计划，减少工作人员，提高效率。系统在胜利油田、沈阳故宫、天津土地交易所等项目中运行，取得了较好的社会效益和经济效益。
作者简介：
1、吴海英，研究方向为能源管理系统、变配电智能监控技术 Tel:021-33510314 15000539641 Fax:69158302 Email:acrelwhy@.163.com
