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淺談安科瑞電力監控在生物製藥企業變配電係統自動化改造的應用

更新日期：2022-11-16瀏覽：649次

簡婷

韦德1946网址上海嘉定 201801

摘要：本文分析生物製藥企業的能耗特點，提出一種適合生物製藥企業的管理構架方案，以提高變配電係統自動化管理水平，減少係統從故障中恢複的時間。係統具備變配電設備和大功率設備關鍵參數監控、報警和統計功能，保障企業的安全生產。

關(guan) 鍵詞：變配電係統；自動化

0.引言

生物製藥廠房對生產(chan) 環境要求高，需大量高能耗空調和動力設備。生產(chan) 工藝複雜要求設備持續工作。如果出現閃電或跳閘都將導致生產(chan) 中斷，數據丟(diu) 失，給生產(chan) 安全帶來風險。因此提高供電穩定性對生物製藥企業(ye) 十分必要。由於(yu) 故障具有偶然性和突發性，傳(chuan) 統值班方式難以及時恢複供電。而變配電自動化係統能夠快速統計能耗數據，監控變壓器和環網櫃狀態，並通過遠程操作及時恢複供電。

1.係統構架

隨著自動化和信息化技術發展，將能源管理係統（EMS）整合到中央監控係統中已成為(wei) 趨勢。底層數據來自SCADA，複雜數據通過外部係統處理後反饋給生產(chan) 智能係統。目前主流scada 供應商都推出自己中央監控係統，如 wonderware WSP平台、西門子XHQ平台、羅克韋爾Tingworx平台。這些平台可以集成：展示、操作、配方、質量、環境監控、維保、移動客戶端、能源管理等功能。

2.電力係統自動化特征

IEC61850 協議（電力自動化標準）提出公共通信標準和設備規範，實現係統的無縫銜接；並將變電配電通信係統分為3層：站控層、間隔層、過程層，其結構如圖3所示

站控層功能是通過高速網絡匯總全站的實時數據信息，不斷刷新實時數據庫；按規約將數據信息發送到控製中心；接收控製中心命令並轉向間隔層、過程層執行；具有對間隔層、過程層設備的在線維護、組態和參數修改功能。間隔層功能是匯總本層過程實時數據信息，具有對一次設備保護控製功能；優先控製數據采集、統計運算和發出控製命令；具有承上啟下的通信功能，同時與過程層及站控層高速通信；必要時，上下網絡接口都采用信息通道冗方式，保證通信可靠性。過程層是指電氣設備的智能化部分，按主要功能可以分為三類

(1）電力運行實時的電氣量檢測；

(2）運行設備的狀態參數檢測；

(3）操作控製執行與驅動。

在站控層和間隔層之間的網絡采用抽象通信服務接口，映射到製造報文規範（MMS），傳(chuan) 輸控製協議/網際協議（TCP/IP）采用以太網或光纖網。在間隔層和過程層之間的網絡采用單點向多點的單項傳(chuan) 輸以太網。變電站內(nei) 的電子設備（IED，測控單元和繼電保護)均采用統一的協議如 modbus，通過網路進行信息交換。

IEC61850 規範電力設備和設備組件的建模，定義(yi) 了公共數據格式、標識符、行為(wei) 和控製，例如變電站和饋線設備（斷路器、電壓調節器和繼電保護等）。協議顯著降低數據管理費用、減少工程量、簡化數據維護、減少由於(yu) 配置錯誤而引起的係統停機時間。采用該標準，變配電設備具有自述、自診斷和即插即用的特性，方便了係統的集成，降低了變配電係統自動化的工程費用。

3.變配網自動化通信係統

3.1 變配網自動化係統組成

配網自動化係統遵循分布式結構和集中控製的設計思想，站控層包含監控係統（或中央監控平台)主機；間隔層包含交換機、網關等設備；過程層包括配變終端設備（TTU）、饋線終端單元（FTU）、配電終端單元（DTU）、遠程終端單元（RTU）、數字電表等設備。其中 TTU 監測並記錄配電變壓器運行工況。FTU 是在饋線開光旁的開關監控裝置。DTU 采集開關設備的位置、電壓、功率等數據並進行急速，進行分合閘操作。

3.2 變配網主要特點

變配網作為(wei) 電力係統的終環節，其自動化係統數據龐大、拓撲複雜，主要有以下特點：

（1）通訊節點多，需安裝大量的通信終端。

（2）節點分散，設備分部在園區的各功能建築。

（3）數據量大，采集包括電流、電壓、開關位置、溫度等狀態變量。

3.3 通訊方式和係統結構

目前自動化係統的主要通信方式有：光纖通信、配電線路載波通信、無線公網網絡和無線網絡通信。光纖通訊具有傳(chuan) 輸量大、傳(chuan) 輸速度快、傳(chuan) 輸距離長、抗力強等特點。載波通訊是利用電源線傳(chuan) 遞高配載波信號，具有投資少，管理維護方便、覆蓋廣，安全可靠等有點，但這種方式信息量小，主要用於(yu) 大型輸電網。無線公網通信使用 GPRS、3G等，移動無線網絡適用於(yu) 間歇性、突發性或少量的數據傳(chuan) 輸，適用於(yu) 不變敷設光纖的地區。無線專(zhuan) 網通訊使用 DT-LTE、WiMAX、WIFI等，具有抗力強、傳(chuan) 輸寬帶高等優(you) 點，適用於(yu) 位置偏僻的設備。Modbus通信是一種串行通訊協議，具有速度快、穩定、易實現總線、成本低廉等優(you) 點，生物製藥企業(ye) 設備布局分散，因此變配網站控層和間隔層主體(ti) 采用工業(ye) 以太網專(zhuan) 網通信，部分設備采用無線專(zhuan) 網通信。近距離節點使用網線通訊，遠距離節點使用光纖，不便敷設光纖的節點采用 WiFi通訊。過程層設備統一采用 Modbus通信，通過串口服務器或 WIFI設備服務器和將數據傳(chuan) 輸至以太網SCADA采集服務器，EMS係統從(cong) SCADA係統提取數據，並進行可視化展示。

4.平台概述

AcrelEMS-BP能效管理係統，集電力監控、能源管理、設備運維於一體。平台采用自動化、信息化技術和集中管理模式，對企業的生產、輸配和消耗環節實行集中扁平化的動態監控和數據化管理，監測企業電、水、氣、冷熱量及壓縮空氣等各類能源的消耗情況，通過數據分析、挖掘和趨勢分析，幫助企業針對各種能源需求及用能情況、能源質量、產品能源單耗、各工序能耗、工藝、車間、產線、班組、重大能耗設備等的能源利用情況等進行能耗統計、同環比分析、能源成本分析、碳排分析，為企業加強能源管理，提高能源利用效率、挖掘節能潛力、節能評估提供基礎數據和支持。

4.1平台組成

安科瑞生物製藥能效管理係統是一個深度集成的自動化平台，它集成35KV/10KV的10KV/O.4KV電力監控係統、智能馬達監控係統、能耗管理係統、電氣火災監控係統、防火門監控係統、消防設備電源係統、消防應急照明和疏散指示係統，充電樁管理係統。用戶可通過瀏覽器、手機APP獲取數據，通過一個平台即可對製藥廠區全局的用電和用電安全進行集中監控、統一管理、統一調度，同時滿足用戶用電可靠、安全、穩定、有效、有序的要求。

4.2平台拓撲圖

4.3平台子係統

（1）電力監控主要針對10/0.4kV地麵或地下變電所，對變電所高壓回路配置微機保護裝置及多功能儀表進行保護和監控，對0.4kV出線配置多功能計量儀表，用於測控出線回路電氣參數和用能情況，可實時監控高低壓供配電係統開關櫃、變壓器微機保護測控裝置、發電機控製櫃、ATS/STS、UPS，包括遙控、遙信、遙測、遙調、事故報警及記錄

（2）能耗管理係統

建立的能耗監測管理係統，對生物製藥各點位的能源使用、報警等情況進行實時的監控。以便生物製藥用戶能夠實時的監測各個點位的運作情況，同時能更快速的掌握點位的報警，並為生物製藥削峰填穀、調整負載等技改措施提供數據支撐。

（3）馬達監控

馬達監控實現對管廊電機的保護、遙測、遙信、遙控功能，實現對電機過載、短路、缺相、漏電等異常情況的保護、監測和報警。在需要的情況下可以設置聯動控製。

（4）智慧消防

智慧消防雲平台基於物聯網、大數據、雲計算等現代信息技術，將分散的火災自動報警設備、電氣火災監控設備、智慧煙感探測器、智慧消防用水等設備連接形成網絡，並對這些設備的狀態進行智能化感知、識別、定位，實時動態采集消防信息，通過雲平台進行數據分析、挖掘和趨勢分析，幫助實現科學預警火災、網格化管理、落實多元責任監管等目標。實現了無人化值守智慧消防，實現智慧消防“自動化"、“智能化"、“係統化"需求。從火災預防，到火情報警，再到控製聯動，在統一的係統大平台內運行，用戶、安保人員、監管單位都能夠通過平台直觀地看到每一棟建築物中各類消防設備和傳感器的運行狀況，並能夠在出現細節隱患、發生火情等緊急和非緊急情況下，在幾秒時間內，相關報警和事件信息通過手機短信、語音電話、郵件提醒和APP推送等手段，就迅速能夠迅速通知到達相關人員。