淺談智能配電能效系統(tǒng)平臺在水廠中的應(yīng)用


    【關(guān)鍵詞】PLC,現(xiàn)場總線,智能配電系統(tǒng)
    1.智能型配電系統(tǒng)概述
           原有的水廠配電系統(tǒng)中,高低壓配電柜中往往要安裝各類儀表,實(shí)現(xiàn)對電力系統(tǒng)的監(jiān)視,有專人定時到廠區(qū)內(nèi)的配電間巡視,記錄數(shù)值進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和處理。即使部分有計算機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)的配電,大多也只是只監(jiān)不控,所以計量的精度和同步性均不高,較無法滿足提高配電質(zhì)量的要求。
           隨著智能型配電系統(tǒng)這一概念的出現(xiàn),以可編程邏輯控制器(PLC)為**使用多功能智能電力儀表,綜合保護(hù)器等為監(jiān)測、繼保的高低壓配電柜得到了越來越廣泛的應(yīng)用。多功能智能電力儀表可以一表多用,同時可以通過其通訊接口來實(shí)現(xiàn)對儀表的編程、數(shù)據(jù)采集等功能綜合保護(hù)器不但可以實(shí)現(xiàn)電力參數(shù)測量,較可以按需求實(shí)現(xiàn)電動機(jī)保護(hù)、變壓器保護(hù)、配電線路保護(hù)等功能可編程邏輯控制器是專為工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的工業(yè)控制計算機(jī),已經(jīng)成為電氣控制系統(tǒng)中應(yīng)用*為廣泛的**裝置,它能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的邏輯控制,且編程簡單,維護(hù)方便,并配有各類通訊接口與模塊處理,可方便各級連接。所以利用多功能智能電力儀表和綜合保護(hù)器的通訊功能,以(PLC)為**對配電線路進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控,并且建立與工控以太網(wǎng)的連接,完成(PLC)工作站與監(jiān)控服務(wù)器間的數(shù)據(jù)交換,使用智能型配電系統(tǒng)能夠在很大程度上減少勞力,并且可以提率,使電耗較為經(jīng)濟(jì),企業(yè)管理較為。
           原則上講,智能型配電系統(tǒng)不同于智能型高低壓開關(guān)柜,智能型配電系統(tǒng)其配置是根據(jù)具體工程的需要,既能配置成全智能型器件及控制設(shè)備的開關(guān)柜,又能配置成全部使用傳統(tǒng)電器元件及控制設(shè)備的開關(guān)柜,同時也能混合配置。給用戶選用提供了較大的靈活性,以滿足不同的需要。
           本智能型配電系統(tǒng)中,使用普通電控型斷路器作為執(zhí)行器,使用安科瑞公司的(PLC)作為運(yùn)行狀態(tài)和參數(shù)自動檢測、自動控制的控制器件。各多功能智能電力儀表、綜合保護(hù)器作為從站,分別安裝在各開關(guān)柜中。主站通訊模塊均選用安科瑞公司。從站與從站和主站之間,通過現(xiàn)場總線以及RS485通信網(wǎng)絡(luò)接口聯(lián)接,進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。從站可以把各開關(guān)柜中有關(guān)斷路器開關(guān)的狀態(tài)和電量參數(shù)送往主站,也可以接受上位機(jī)的遙控操作命令,對斷路器開關(guān)進(jìn)行開關(guān)控制。但目前由于水廠供電的特殊性,現(xiàn)場總線上設(shè)備過多,通訊控制有時相應(yīng)滯后,所以實(shí)際的模式是,電動機(jī)回路電量參數(shù)以通訊方式傳送,分合斷路器以PLC接點(diǎn)控制方式控制,就是利用PLC的輸人輸出模塊,將斷路器開關(guān)信號、位置信號,故障信號等以干接點(diǎn)形式送到,將分合閘控制命令以繼電器輸出形式接到電氣二次回路實(shí)現(xiàn)上位機(jī)對斷路器的分合閘控制。電源饋線回路電量參數(shù)以通訊方式傳送PLC,人工現(xiàn)場分合斷路器,PLC接點(diǎn)控制方式控制作為備用方式。工作站通過交換機(jī)和中央控制室監(jiān)控服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫存儲、數(shù)據(jù)報表生成等功能。
    2.系統(tǒng)構(gòu)成
    2.1系統(tǒng)硬件

    2.1.1高低壓配電柜

           (1)采用二路進(jìn)線,單母線分段運(yùn)行供電,進(jìn)線和母聯(lián)三開關(guān)兩合閘連鎖,各饋線柜原理同傳統(tǒng)一樣,如綜合保護(hù)器選用AM3SE-I,通訊協(xié)議MODBUS-RTU協(xié)議。

           (2)采用二路進(jìn)線,雙母線供電,進(jìn)線和母聯(lián)三開關(guān)兩合閘連鎖,分段電容補(bǔ)償,各饋線柜原理同傳統(tǒng)一樣,如多功能智能電力儀表選用安科瑞APM810,通訊協(xié)議MODBUS-RTU協(xié)議。
    2.1.2PLC工作站
           (1)選用安科瑞公司處理器,通訊模塊選用安科瑞AWT100、一,通過背板完成與處理器的數(shù)據(jù)通訊
           (2)通過交換機(jī)建立與工控以太網(wǎng)連接
           (3)監(jiān)控服務(wù)器和上位機(jī)
    2.2系統(tǒng)軟件

           (1)饋線控制及數(shù)據(jù)采集處理由處理器完成,采用與系統(tǒng)配套的編程環(huán)境。

           (2)上位機(jī)監(jiān)控界面使用安科瑞EMS能效管理平臺軟件。

           (3)數(shù)據(jù)庫存儲及數(shù)據(jù)報表生成采用安科瑞數(shù)據(jù)庫系統(tǒng),利用軟件開發(fā)技術(shù)完成數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換、存儲及報表的生成。

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    2.3系統(tǒng)監(jiān)測元件和開關(guān)元件
           在智能型配電系統(tǒng)中,電流、電壓等電量參數(shù)的檢測通過電流互感器鐵心互感器、空心互感器及霍爾傳感器、電壓互感器、漏電流檢測互感器等。
           普通電控型斷路器是智能型配電系統(tǒng)的主要器件,主要用于主進(jìn)回路和聯(lián)絡(luò)母聯(lián)的開關(guān)控制,也用于大負(fù)荷饋電回路的開關(guān)控制。低壓配電上的開關(guān)具有過載脫扣整定,過載、短路、失壓保護(hù)等功能,有合閘、分閘和脫扣指示合閘線圈和分閘線圈分別使用脈沖控制信號。如中國安科瑞公司的ASCB系列低壓開關(guān)產(chǎn)品,高壓配電上的斷路器應(yīng)配套綜合保護(hù)器共同使用,具有過載長延時反時限、短延時反時限、定時限、速動等功能。
    3.系統(tǒng)現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集和通訊
           低壓配電采用多功能電力儀表,高壓配電采用多功能綜合保護(hù)器,也有在高壓柜上同時安裝綜合保護(hù)器和多功能電力儀表,但不管安裝什么品牌的產(chǎn)品,均通過其提供的RS-485接口以現(xiàn)場總線的方式完成同工作站的通訊。
           現(xiàn)場總線就是應(yīng)用在生產(chǎn)現(xiàn)場,在微機(jī)化測量控制設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)雙向串行多節(jié)點(diǎn)數(shù)字通信的系統(tǒng),本系統(tǒng)里的現(xiàn)場總線就是RS-485總線,通信協(xié)議為MODBUS-RTU協(xié)議,主站就是PLC工作站里面1756機(jī)架上插入的AWT通訊模塊,從站就是配電柜上的各類多功能電力儀表和綜合保護(hù)器。它描述了一個控制器訪問其它設(shè)備的過程,當(dāng)采用MODBUS協(xié)議通信時,此協(xié)議規(guī)定每個控制器需要知道自己的設(shè)備地址,識別按地址發(fā)來的消息,如何響應(yīng)來自其它設(shè)備的請求,如何偵測錯誤并記錄。通信采用主一從技術(shù),即,只有主設(shè)備能發(fā)出查詢,從設(shè)備響應(yīng)消息。主設(shè)備可單獨(dú)和從設(shè)備通信,從設(shè)備返回一個消息。MODBUS通信有兩種模式。消息的起始位以至少3.5個字符傳輸時間的停頓開始(一般采用4個),在傳輸完*后一個字符后,有一個至少3.5個字符傳輸時間的停頓來標(biāo)識結(jié)束。一個新的消息可在此停頓后開始。在接收期間,如果等待接收下一個字符的時間**過1.5個字符傳輸時間,則認(rèn)為是下一個消息的開始。只針對設(shè)備地址、功能代碼和數(shù)據(jù)段進(jìn)行。整個消息幀作為一連續(xù)的流傳輸,傳輸速率較高。

           當(dāng)消息從主站發(fā)往從站時,功能代碼域?qū)⒏嬷畯恼拘枰獔?zhí)行哪些行為。在這里主要使用到3種功能碼,03H:讀寄存器數(shù)據(jù),05H:單個線圈輸出,06H寫寄存器數(shù)據(jù)。讀寄存器的內(nèi)容包括開關(guān)分合閘狀態(tài)、當(dāng)前電流值、電壓值、故障記錄值等。從站回應(yīng)時,它使用功能代碼域來指示是正常回應(yīng)無誤還是有某種錯誤發(fā)生稱作異議回應(yīng)。對正?;貞?yīng),從站僅回應(yīng)相應(yīng)的功能代碼。對異議回應(yīng),從站返回一等同于正常代碼的代碼,并將功能代碼置為邏輯。功能碼是單個線圈輸出,它可以通過從站設(shè)備輸出,控制對應(yīng)斷路器的分合。在程序中設(shè)置一個幀計時器,當(dāng)線路上有數(shù)據(jù)時就刷新該計時器,線路空閑時則停止刷新,計時時間達(dá)到3.5幀時計時器被軟件,而下一幀則為地址幀,MODBUS通信查詢發(fā)送處理程序流程見圖2。

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           作為主站的一通訊模塊是平臺開發(fā)的通訊接口模塊,各從站的數(shù)據(jù)信息存放在各自的數(shù)據(jù)緩存區(qū)中,模塊讀取各從站的數(shù)據(jù)存放在自己的數(shù)據(jù)區(qū)后,PLC可以通過塊寫和塊讀操作發(fā)指令和接收信息。

    4.系統(tǒng)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)和監(jiān)控管理
         (1)現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集后在站內(nèi)配置以太網(wǎng)交換機(jī),通過光纜連人中央控制室,完成各個PLC工作站與監(jiān)控服務(wù)器間的數(shù)據(jù)交換
         (2)監(jiān)控管理使用組態(tài)軟件,同時在監(jiān)控服務(wù)器運(yùn)行數(shù)據(jù)連接軟件,并由其完成的服務(wù)功能,中央控制室的電腦界面上可以同步看到每個配電間內(nèi)每個開關(guān)柜的電量參數(shù),也可以通過上位機(jī)發(fā)命令控制現(xiàn)場設(shè)備的運(yùn)行。
         (3)人機(jī)界面可以察看數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)自動生成的電量參數(shù)日報表、月報表等。
    5.安科瑞電氣針對水廠監(jiān)測推出能效管理解決方案--AcrelEMS-SW智慧水務(wù)能效管理平臺
    5.1平臺概述
           安科瑞電氣具備從終端感知、邊緣計算到能效管理平臺的產(chǎn)品生態(tài)體系,AcrelEMS-SW智慧水務(wù)能效管理平臺通過在污水廠源、網(wǎng)、荷、儲、充的各個關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)安裝保護(hù)、監(jiān)測、分析、治理裝置,用于監(jiān)測污水廠能耗總量和能耗強(qiáng)度,重點(diǎn)監(jiān)測主要用能設(shè)備能效,保護(hù)污水廠運(yùn)行,提高污水廠能效,為污水處理的能效管理提供科學(xué)、精細(xì)的解決方案。
    5.2平臺組成
           AcrelEMS智慧水務(wù)綜合能效管理系統(tǒng)由變電站綜合自動化系統(tǒng)、電力監(jiān)控及能效管理系統(tǒng)組成,涵蓋了水務(wù)中壓變配電系統(tǒng)、電氣安全、應(yīng)急電源、能源管理、照明控制、設(shè)備運(yùn)維等,貫穿水務(wù)能源流的始終,幫助運(yùn)維管理通過一套平臺、一個APP實(shí)時了解水務(wù)配電系統(tǒng)運(yùn)行狀況,并且根據(jù)權(quán)限可以適用于水務(wù)后勤部門管理需要。
    5.3平臺拓?fù)鋱D
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    5.4平臺子系統(tǒng)
    5.4.1變電站綜合自動化系統(tǒng)及電力監(jiān)控

           對水務(wù)配電系統(tǒng)中35kV、10kV電壓等級配置繼電保護(hù)和弧光保護(hù),實(shí)現(xiàn)遙測、遙信、遙控、遙調(diào)等功能,對異常情況及時預(yù)警。

          監(jiān)測變壓器、水泵、鼓風(fēng)機(jī)的電流、電壓、有功/無功功率、功率因數(shù)、負(fù)荷率、溫度、三相平衡、異常報警等數(shù)據(jù)。

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    5.4.2電能質(zhì)量監(jiān)測與治理
           水務(wù)*量的大功率電機(jī)、水泵變頻啟動導(dǎo)致配電系統(tǒng)中存在大量諧波,通過監(jiān)測其配電系統(tǒng)的諧波畸變、電壓波動、閃變和容忍度指標(biāo)分析其電能質(zhì)量,并配置對應(yīng)的電能質(zhì)量治理措施提高供電電能質(zhì)量。

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    5.4.3電動機(jī)管理

           馬達(dá)監(jiān)控實(shí)現(xiàn)水務(wù)中電機(jī)的保護(hù)、遙測、遙信、遙控功能,電動機(jī)保護(hù)器能對過載、短路、缺相、漏電等異常情況進(jìn)行保護(hù)、監(jiān)測和報警。、準(zhǔn)確地反映出故障狀態(tài)、故障時間、故障地點(diǎn)、及相關(guān)信息,對電機(jī)進(jìn)行健康診斷和預(yù)防性維護(hù)。同時支持與PLC、軟啟、變頻器等配合,實(shí)現(xiàn)電動機(jī)自動或遠(yuǎn)程控制,監(jiān)視、控制各個工藝設(shè)備,**正常生產(chǎn)。
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    5.4.4能耗管理
           為水務(wù)搭建計量體系,顯示水務(wù)的能源流向和能源損耗,通過能源流向圖幫助水務(wù)分析能源消耗去向,找出能源消耗異常區(qū)域。
           將所有有關(guān)能源的參數(shù)集中在一個看板中,從多個維度對比分析,實(shí)現(xiàn)各個工藝環(huán)節(jié)的能耗對比,幫助**掌控整個工廠的能源消耗,能源成本,標(biāo)煤排放等的情況。
           能耗數(shù)據(jù)統(tǒng)計采集水務(wù)中污水廠、自來水廠、水泵站等的用電、用水、燃?xì)?、冷熱量消耗量,同環(huán)比對比分析,能耗總量和能耗強(qiáng)度計算,標(biāo)煤計算和CO2排放統(tǒng)計趨勢。

           能效分析按三級計量架構(gòu),分別進(jìn)行能效分析,契合能源管理體系要求,可對各車間/職能部門的能效水平進(jìn)行分析,同比、環(huán)比、對標(biāo)等。通過污水處理產(chǎn)量以及系統(tǒng)采集的能耗數(shù)據(jù),在污水單耗中生成污水單耗趨勢圖,并進(jìn)行同比和環(huán)比分析,同時將污水的單耗與/**指標(biāo)對標(biāo),以便企業(yè)能夠根據(jù)產(chǎn)品單耗情況來調(diào)整生產(chǎn)工藝,從而降低能耗。

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    5.4.5智能照明控制

           系統(tǒng)為污水廠、自來水廠、水泵站等提供了照明控制管理方案,支持單控、區(qū)域控制、自動控制、感應(yīng)控制、定時控制、場景控制、調(diào)光控制等多種控制方式,模塊可根據(jù)經(jīng)緯度自動識別日出日落時間實(shí)現(xiàn)自動控制功能,盡量利用自然光照,實(shí)現(xiàn)室內(nèi)、廠區(qū)照明的智能控制達(dá)到安全、節(jié)能、舒適、的目的。
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    5.5電氣安全
    5.5.1電氣火災(zāi)監(jiān)測
           監(jiān)測配電系統(tǒng)回路的漏電電流和線纜溫度,實(shí)現(xiàn)對污水廠、自來水廠、水泵站的電氣安全預(yù)警。


    5.5.2消防應(yīng)急照明和疏散指示

           根據(jù)預(yù)先設(shè)置的應(yīng)預(yù)案快速啟動疏散方案引導(dǎo)人員疏散。系統(tǒng)接入消防應(yīng)急照明指示系統(tǒng)數(shù)據(jù),通過平面圖顯示疏散指示燈具工作狀態(tài)和異常情況。


    5.5.3消防設(shè)備電源監(jiān)測

           監(jiān)測消防設(shè)備的工作電源是否正常,**在發(fā)生火災(zāi)時消防設(shè)備可以正常投入使用。
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    5.5.4*門監(jiān)控系統(tǒng)
           *門監(jiān)控系統(tǒng)集中控制其各終端設(shè)備即*門監(jiān)控模塊、電動閉門器、電磁釋放器的工作狀態(tài),實(shí)時監(jiān)測疏散通道*門的開啟、關(guān)閉及故障狀態(tài),顯示終端設(shè)備開路、短路等故障信號。系統(tǒng)采用消防二總線將具有通信功能的監(jiān)控模塊相互連接起來,當(dāng)終端設(shè)備發(fā)生短路、斷路等故障時,*門監(jiān)控器能發(fā)出報警信號,能指示報警部位并保存報警信息,**了電氣安全的可靠性。

    5.6環(huán)境監(jiān)測
           污水廠、自來水廠、水泵站等場所溫濕度、煙霧、積水浸水、視頻、UPS電池間可燃?xì)怏w濃度展示和預(yù)警,**污水廠、自來水廠、水泵站等安全運(yùn)行。當(dāng)可燃?xì)怏w或有害氣體濃度**標(biāo)可自動啟動排風(fēng)風(fēng)機(jī)或新風(fēng)系統(tǒng),排除隱患,保持良好的水處理環(huán)境。

    105.7分布式光伏監(jiān)測

           實(shí)時監(jiān)測低壓并網(wǎng)柜每路的電流、電壓、功率等電氣參數(shù)及斷路器開關(guān)狀態(tài),逆變器運(yùn)行監(jiān)視,對逆變器直流側(cè)每一光伏組串的輸入直流電壓、直流電流、直流功率,逆變器交流電壓、交流電流、頻率、功率因數(shù)、當(dāng)前發(fā)電功率、累計發(fā)電量進(jìn)行監(jiān)測,以曲線方式繪制上述監(jiān)測的各個參量的歷史數(shù)據(jù)。

           平臺結(jié)合廠區(qū)實(shí)際分布情況,通過3D或2.5D平面圖顯示分布式光伏組件在屋頂、車棚的分布情況,顯示匯流箱、并網(wǎng)點(diǎn)位置,各個屋頂?shù)难b機(jī)容量。

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    5.8工藝監(jiān)控
    平臺通過2D、3D方式實(shí)時監(jiān)視粗格柵、污水提升、細(xì)格柵、曝氣沉砂、改良生化處理、二沉、加氯接觸、污泥濃縮壓濾、生物除臭等工藝設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)。在格柵清渣機(jī)、污水提升泵、回流泵、曝氣風(fēng)機(jī)、加藥泵、濃縮壓濾機(jī)、吸沙泵、吸泥泵等低壓電動機(jī)控制柜或低壓饋電柜安裝電動機(jī)保護(hù),進(jìn)行短路、過流、過載、起動**時、斷相、不平衡、低功率、接地/漏電、te保護(hù)、堵轉(zhuǎn)、逆序、溫度等保護(hù)以及外部故障連鎖停機(jī),與PLC、軟啟、變頻器等配合,實(shí)現(xiàn)電動機(jī)自動或遠(yuǎn)程控制,監(jiān)視、控制各個工藝設(shè)備,**正常生產(chǎn)。
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    6.相關(guān)平臺部署硬件選型清單

    6.1電力監(jiān)控、電能質(zhì)量、電動機(jī)管理及配電室環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)

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    7.結(jié)束語
           智能配電系統(tǒng)集自動化程度高、可靠性好、可操作性強(qiáng)、可擴(kuò)展性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)于一體,隨著水廠自動化程度要求的不斷提高,各種智能型的生產(chǎn)設(shè)備將不斷出現(xiàn),以為**融合現(xiàn)場總線的智能配電系統(tǒng)是對水廠強(qiáng)電管理的一種創(chuàng)新,是一切自動化和智能設(shè)備的基礎(chǔ),將為企業(yè)的成本核算和優(yōu)化運(yùn)行管理發(fā)揮重要作用。
    參考文獻(xiàn):
    [1]林峻.智能配電系統(tǒng)在水廠中的應(yīng)用
    [2]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計與應(yīng)用手冊.2022.05版


    安科瑞電氣股份有限公司專注于10KV饋線保護(hù)裝置,電流互感器,溫濕度控制器,有源電力濾波器,混合動態(tài)濾波補(bǔ)償裝置,有源濾波器廠家,低壓饋線保護(hù)器等, 歡迎致電 18702111791

  • 詞條

    詞條說明

  • 數(shù)據(jù)中心行業(yè)電能質(zhì)量監(jiān)測與治理方案

    摘要:數(shù)據(jù)中心行業(yè)在國民經(jīng)濟(jì)中起到了**的作用,但其繁多的非線性電力負(fù)載,如通訊系統(tǒng)、大型計算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)控制設(shè)備、變頻空調(diào)、各種數(shù)碼辦公設(shè)備、燈光調(diào)控系統(tǒng)、UPS、監(jiān)控系統(tǒng)等給其供電系統(tǒng)帶來了嚴(yán)重的諧波干擾,對大型數(shù)據(jù)中心的運(yùn)行安全造成了較大的威脅,為此我們分析研究了其諧波產(chǎn)生的根源及諧波的類型和數(shù)值,結(jié)合實(shí)例采用了系統(tǒng)的諧波監(jiān)測與治理整體設(shè)計方案,了良好的效果,解決了數(shù)據(jù)中心行業(yè)的諧波污染

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