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環(huán)智國際大廈電力監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計

日期：2024-12-20 14:08

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摘要：

張娟

摘要：本文介紹了環(huán)智國際大廈電力監(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微機保護裝置、GZDW直流電源柜進行系統(tǒng)組網(wǎng)，完成了對上海天目西路147地塊環(huán)智國際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)運行的可靠性。

關(guān)鍵詞：Acrel-2000；電力監(jiān)控系統(tǒng)；環(huán)智大廈；智能儀表；ACR220ELH；應(yīng)用

1 項目背景
環(huán)志國際大廈位于上海市閘北區(qū)天目西路與恒豐路交界處，是上海有名的不夜城商業(yè)中心，可以方便快捷地通過上海火車站的鐵路、高鐵和三條地鐵線抵達上海各區(qū)乃至國內(nèi)，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)智國際大廈，是體驗上海高品質(zhì)多元都市生活的新地標。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)**、舒適地工作。在商務(wù)辦公之余更可眺望不夜城的繁華。

對于這樣一個地標性的五**綜合性大廈，保證配電系統(tǒng)的**可靠運行極為重要，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)備進行集中監(jiān)控就成了一種必然選擇。

2 用戶需求

環(huán)智國際大廈配電系統(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微機保護裝置進行通信，主要采集微機保護裝置傳來的電壓、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)的運行參數(shù)進行自動采集與分析，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機對系統(tǒng)進行監(jiān)控管理。

對電力監(jiān)控軟件的要求如下：能在一個畫面上進行所有的操作設(shè)定作業(yè)及對系統(tǒng)進行監(jiān)控；可由鼠標的拖拽方式，簡便的設(shè)定時間，也可在控制板上進行簡便的設(shè)置；采用易操作的拖放方式，易于編輯各控制點的平面圖；鼠標所指區(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、異常工作點的具體地址；提供運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)顯示于畫面或打印；提供對于各進線及饋線回路的電能量的查詢和導出功能；可按照國際標準協(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)智國際大廈電力監(jiān)控系統(tǒng)的硬件配置要求主要如下：主機處理器Intel 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。

3 設(shè)計方案

3.1 主要設(shè)計參考標準

根據(jù)環(huán)智國際大廈高低壓配電系統(tǒng)一次圖確定需要進行監(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）：

序號	樓層	端口號	端口號	柜體編號	回路編號	回路名稱
序號	樓層	端口號	端口號	柜體編號	回路編號	回路名稱
1	28F	COM1	COM1-1	28PM2	28PM2	電表配電柜
2					28PM2-1	辦公樓
3					28PM2-2
4					28PM2-3
5					28PM2-4
6				28PME1	28PME1	照明配電柜雙電源
7				28PK1	28PK1	變頻控制柜
8				28PM1	28PM1	照明配電柜
9	29F		COM1-2	29PM2	29PM2	電表配電柜
10					29PM2-1	辦公樓
11					29PM2-2
12					29PM2-3
13					29PM2-4
14				29PME1	29PME1	照明配電柜雙電源
15				29PK1	29PK1	變頻控制柜
16				29PM1	29PM1	照明配電柜
17	30F		COM1-3	30PM1	30PM2	照明箱
18				30PME1	30PME1	照明配電箱
19				30PKE1-1	30PKE1-1	穩(wěn)壓泵控制箱
20				30PLE3/A	30PLE3/A
21				30PK1	30PM2-4	空調(diào)控制箱
22				30PKE1/A	30PME1	風機控制箱
23						電梯房
24	25F	COM2	COM2-1	25PM2	25PM2	電表配電柜
25					25PM2-1	辦公樓
26					25PM2-2
27					25PM2-3
28					25PM2-4
29					25PM2-5
30				25PME1	25PME1	照明配電柜雙電源
31				25PK1	25PK1	變頻控制柜
32				25PM1	25PM1	照明配電柜
33						電梯房
34	26F		COM2-2	26PM2	26PM2	電表配電柜
35					26PM2-1	辦公樓
36					26PM2-2
37					26PM2-3
38					26PM2-4
39				26PME1	26PME1	照明配電柜雙電源
40				26PK1	26PK1	變頻控制柜
41				26PM1	26PM1	照明配電柜
42	27F		COM2-3	27PM2	27PM2	電表配電柜
43					27PM2-1	辦公樓
44					27PM2-2
45					27PM2-3
46					27PM2-4
47				27PME1	27PME1	照明配電柜雙電源
48				27PK1	27PK1	變頻控制柜
49				27PM1	27PM1	照明配電柜
50	23F	COM3	COM3-1	23PM2	23PM2	電表配電柜
51					23PM2-1	辦公樓
52					23PM2-2
53					23PM2-3
54					23PM2-4
55					23PM2-5
56				23PME1	23PME1	照明配電柜雙電源
57				23PK1	23PK1	變頻控制柜
58				23PK2	23PK2	變頻控制柜
59				23PM1	23PM1	照明配電柜
60	24F		COM3-2	24PM2	24PM2	電表配電柜
61					24PM2-1	辦公樓
62					24PM2-2
63					24PM2-3
64					24PM2-4
65					24PM2-5
66				24PME1	24PME1	照明配電柜雙電源
67				24PK1	24PK1	變頻控制柜
68				24PK2	24PK2	變頻控制柜
69				24PM1	24PM1	照明配電柜
70	21F	COM4	COM4-1	21PM2	21PM2	電表配電柜
71					21PM2-1	辦公樓
72					21PM2-2
73					21PM2-3
74					21PM2-4
75					21PM2-5
76					21PM2-6
77				21PME1	21PME1	照明配電柜雙電源
78				21PK1	21PK1	變頻控制柜
79				21PK2	21PK2	變頻控制柜
80				21PM1	21PM1	照明配電柜
81	22F		COM4-2	22PM2	22PM2	電表配電柜
82					22PM2-1	辦公樓
83					22PM2-2
84					22PM2-3
85					22PM2-4
86					22PM2-5
87				22PME1	22PME1	照明配電柜雙電源
88				22PK1	22PK1	變頻控制柜
89				22PK2	22PK2	變頻控制柜
90				22PM1	22PM1	照明配電柜

3.3 通訊線纜綜合布線過程

環(huán)智國際大廈布線平面圖

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，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)對活動地板進行專門檢查，地板板塊鋪設(shè)嚴密堅固，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。在易受機械損傷的地方和在受力較大處直埋時，應(yīng)采用足夠強度的管材。

（2）金屬管的切割套絲

在配管時，根據(jù)實際需要長度，對管子進行切割。管子的切割可使用鋼鋸、管子切割刀或電動切管機，嚴禁用氣割。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，接縫應(yīng)嚴密，不得有水泥、沙漿滲入。管孔對準、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)貼有標簽，標明起始和終端位置以及信息點的標號，標簽書寫應(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盡量平滑，所以要采用電工膠帶在連接點外面緊緊的纏繞，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。

3.4 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微機保護裝置。

M5為通用型保護測控裝置，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、控制、測量和監(jiān)視，可配置為線路、電容器組、電動機保護，變壓器保護，備用電源自投等功能的數(shù)字微機繼電保護控制裝置。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。保護功能也支持不同類型的電網(wǎng)，如中性點不接地系統(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保護，以及用于無功補償?shù)牟⒙?lián)電容器組的保護和控制。

除了具有保護，測量，控制和狀態(tài)監(jiān)視功能之外，M5還提供支持IEC-61131-3圖形可編程標準的PLC邏輯可編程功能。另外，M5可存儲4組保護定值，組別切換功能使其快速方便地適應(yīng)多種運行方式。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。

3.5 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、復費率電能；THDu，THDi、2-31次各次諧波分量；電壓波峰系數(shù)、電話波形因子、電流K系數(shù)、電壓與電流不平衡度；電網(wǎng)電壓電流正、負、零序分量（含負序電流）。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、復費率電能統(tǒng)計、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，能檢測低至200mV的電壓，故傳輸信號能在千米以外得到恢復。 RS-485采用半雙工工作方式，任何時候只能有一點處于發(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)拓撲圖

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)傳輸

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)智國際大廈電力監(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)交互點表，數(shù)據(jù)類型和通道編號如下表所示：

變壓器	電表編號	功能說明	變量類型	通道名稱	寄存器名稱	數(shù)據(jù) 類型	寄存器地址
T1	1P1	T1總開關(guān)	SINGLE	讀寫4DUB0002	[4區(qū)]輸出寄存器	32位無符號二進制	2
T1	1P4	1~3F商業(yè)租戶照明小動力	SINGLE	讀寫4DUB0004	[4區(qū)]輸出寄存器	32位無符號二進制	4
T1	1P5	應(yīng)急負荷（常）	SINGLE	讀寫4DUB0006	[4區(qū)]輸出寄存器	32位無符號二進制	6
T1	1P6-1	廚房冷庫預(yù)留（備）	SINGLE	讀寫4DUB0008	[4區(qū)]輸出寄存器	32位無符號二進制	8
T1	1P6-2	10KV配電所用電（常）	SINGLE	讀寫4DUB0010	[4區(qū)]輸出寄存器	32位無符號二進制	10
T1	1P6-3	1#變電所用電（常）	SINGLE	讀寫4DUB0012	[4區(qū)]輸出寄存器	32位無符號二進制	12
T1	1P6-4	4#變電所用電（常）	SINGLE	讀寫4DUB0014	[4區(qū)]輸出寄存器	32位無符號二進制	14
T1	1P7	T1和T2母聯(lián)柜	SINGLE	讀寫4DUB0016	[4區(qū)]輸出寄存器	32位無符號二進制	16
T2	2P1	T2總開關(guān)	SINGLE	讀寫4DUB0018	[4區(qū)]輸出寄存器	32位無符號二進制	18
T2	2P4-1	1~4F商業(yè)租戶照明小動力	SINGLE	讀寫4DUB0020	[4區(qū)]輸出寄存器	32位無符號二進制	20
T2	2P4-2	3F商業(yè)租戶照明小動力	SINGLE	讀寫4DUB0022	[4區(qū)]輸出寄存器	32位無符號二進制	22
T2	2P5	1#低壓變配電站應(yīng)急負荷（備）	SINGLE	讀寫4DUB0024	[4區(qū)]輸出寄存器	32位無符號二進制	24
T2	2P6-1	B1~3F廚房冷庫預(yù)留（常）	SINGLE	讀寫4DUB0026	[4區(qū)]輸出寄存器	32位無符號二進制	26
T3	3P1	T3總開關(guān)	SINGLE	讀寫4DUB0028	[4區(qū)]輸出寄存器	32位無符號二進制	28
T3	3P4	3~14F辦公租戶照明及小動力（奇數(shù)層）	SINGLE	讀寫4DUB0030	[4區(qū)]輸出寄存器	32位無符號二進制	30
T3	3P5	16~29F辦公租戶照明及小動力（偶數(shù)層）	SINGLE	讀寫4DUB0032	[4區(qū)]輸出寄存器	32位無符號二進制	32
T3	3P6-1	1#變電所空調(diào)（常）	SINGLE	讀寫4DUB0034	[4區(qū)]輸出寄存器	32位無符號二進制	34
T4	4P1	T4總開關(guān)	SINGLE	讀寫4DUB0036	[4區(qū)]輸出寄存器	32位無符號二進制	36
T4	4P4	3~14F辦公租戶照明及小動力（偶數(shù)層）	SINGLE	讀寫4DUB0038	[4區(qū)]輸出寄存器	32位無符號二進制	38
T4	4P5	16~29F辦公租戶照明及小動力（奇數(shù)層）	SINGLE	讀寫4DUB0040	[4區(qū)]輸出寄存器	32位無符號二進制	40
T4	4P6-1	1#變電所空調(diào)（備）	SINGLE	讀寫4DUB0042	[4區(qū)]輸出寄存器	32位無符號二進制	42
T4	4P7	T3和T4母聯(lián)柜	SINGLE	讀寫4DUB0044	[4區(qū)]輸出寄存器	32位無符號二進制	44

參考文獻

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.

作者簡介：張娟，本科，任職單位：現(xiàn)任職于安科瑞電氣股份有限公司。聯(lián)系電話：021-69155367，手機：18701997519，QQ：2880635303

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環(huán)智國際大廈電力監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計