李功
上海安科瑞电气股份有限公司，上海嘉定
摘要：通过对上海东方电视台90年代初配电系统的改造，将各配电柜安装的机械式电度表、电流表、电压表更新成带通讯远传功能的智能电力仪表ACR220ELH、AMC16-1I9、ARTU-K32,将原有静态模拟屏更新成可与配电系统状态同步的动态模拟屏，上位监控软件使用Acrel-2000安科瑞电力监控组态软件开发，完成了一套具有实时电力参数采集、配电回路状态监测、遥信遥测及故障分析报警等功能的现代化智能电力监控系统。为世博期间及以后上海东方电视台安全、持续、可靠的电力供给提供了坚实的保障。
关键词：Acrel-2000；电力监控系统；配电改造；智能仪表；上海东方电视台；应用
1 项目背景
上海东方电视台于1993年1月18日开播，1995年12月与上海科学教育电影制片厂影视部合并，组建了硬件设施与软件设施一流的新的上海东方电视台。它通过亚洲第一高塔东方明珠广播电视塔进行发射和微波差转，信号覆盖长江三角洲地区20多个大中型城市，覆盖地区人口达1.3亿。该台是由江泽民总书记题写台名，是第一家落户上海浦东新区、具有独立法人资格的省级无线综合性电视台（英文简写OTV）。
在世博会前上海东方电视台配电系统基本还是使用90年代初期建台时的设备，配电柜中安装的仪表都是机械式电度表、电流指针表和电压指针表。配电模拟屏为静态式，各配出回路状态靠人工手动调节。整个配电网络的运行状态和参数基本上是人工定时检查抄录模式，配电故障的可预见性差，事故后的原因追溯分析比较困难。这些情况与上海国际化大都市、东方台在国民经济和生活中的重要地位以及配电系统智能化的趋势都是极不匹配的。为了确保上海世博会期间东方电视台电力的安全可靠供给，电视节目的可靠转播，对台内原有老配电系统的升级改造变的势在必行。通过电视台的公开招标，安科瑞电气以其稳定可靠的Acrel-2000电力监控系统解决方案成功中标。
2 用户需求
上海东方电视台配电系统共分为：4~10层竖井动力柜、演播剧场UPS变电所、8层UPS变电所等3个区域。
UPS变电所配出回路都为单项回路，只需要采集单项电流参数，电流参数的可查询时间间隔需小于5分钟，各回路要求能够独立设置电流上限报警参数，当某个回路电流越限时主机要弹出报警窗口显示报警回路名称、报警类型、报警数值等信息，主机的音箱也要发出报警声音，并且报警声音可以人为设置打开或关闭；对于报警事件具有存储、查询和打印的功能，至少可以查询2年以内的报警记录。
4~10层竖井动力柜各馈线回路需要采集电流、电压、功率、功率因数、有功电能、无功电能、频率等电参量。对电流、电压参数都要设置越限报警功能，各回路都可查询历史电参量，可自动生成电流和功率趋势曲线。各回路断路器状态实时采集，主机上的刷新频率小于5秒钟。东广电甲线和东广电乙线的总进线电参数以及各回路的断路器状态要实时同步转发给动态模拟屏，模拟屏的状态和主机界面的显示状态要求同步时间间隔不大于5秒钟。各回路名称要求用户可编辑修改。
需要有监测点位分布图，监测点位通讯发生故障时可通过手机发送短信给相关值班人员。可通过监测点表查看到仪表的型号、通讯地址、CT变比、安装位置等信息。
3 设计方案
3.1 主要设计参考标准
DL/T721-2006 《配电网自动化系统远方终端》
GB/50198-94 《监控系统工程技术规范》
GB50254～59－96 《电气装置安装工程施工及验收规范》
GB/J63-90 《电力装置的电测量仪表装置设计规范》
ISARP55.1 《数字处理计算机硬件测试》
DL/T630 《交流采样远动终端通用技术条件》
DL/T 814-2002 《配电自动化系统功能规范》
ISO/IEC11801 《国际综合布线标准》
GBJ232-2006 《电测量仪表装置设计技术规程》
DL5002-2010 地区电网电力调度自动化设计技术规范
DL451-2003 循环式远动规约
配电回路的改造
根据上海东方电视台原有配电系统的现有情况和用户需求分析，确定需要改造的配电回路，并进行合理的仪表选型，如下表所示（部分）：
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序号
|
设备
|
柜号
|
仪表型号
|
数量
|
合计
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|
|
一、地下室高压配电室电力监控配置
|
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|
1
|
高压进线1#、14#监控
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1#、14#
|
ACR220ELH
|
2
|
ACR220ELH
|
10
|
|
2
|
高压总开关2#、13#监控
|
2#、13#
|
ACR220ELH
|
2
|
WHD96-11
|
10
|
|
3
|
高压动力5#、10#监控
|
5#、10#
|
ACR220ELH
|
2
|
|
|
|
4
|
高压技术6#、9#监控装置
|
6#、9#
|
ACR220ELH
|
2
|
||
|
5
|
高压二期7#、8#监控装置
|
7#、8#
|
ACR220ELH
|
2
|
||
|
6
|
变压器温湿度控制器
|
|
WHD96-11
|
10
|
|
|
|
二、地下室技术低压配电室电力监控配置
|
||||||
|
1
|
低压进线1#监控装置
|
1#
|
ACR220ELH
|
1
|
ACR220ELH
|
2
|
|
2
|
低压出线5#监控装置
|
5#
|
AMC16-3I3/K
|
1
|
AMC16-3I3
|
3
|
|
3
|
低压联络6#监控装置
|
6#
|
AMC16-3I3/K
|
1
|
|
|
|
4
|
低压出线7#监控装置
|
7#
|
AMC16-3I3/K
|
1
|
||
|
5
|
低压进线11#监控装置
|
11#
|
ACR220ELH
|
1
|
||
|
三、地下室动力低压配电室电力监控配置
|
||||||
|
1
|
低压进线1#监控装置
|
1#
|
ACR220ELH
|
1
|
ACR220ELH
|
2
|
|
2
|
低压出线5#监控装置
|
5#
|
AMC16-3I3/K
|
2
|
AMC16-3I3
|
8
|
|
3
|
低压联络6#监控装置
|
6#
|
AMC16-3I3/K
|
1
|
|
|
|
4
|
低压出线7#监控装置
|
7#
|
AMC16-3I3/K
|
1
|
||
|
5
|
低压进线11#监控装置
|
11#
|
ACR220ELH
|
1
|
||
|
6
|
播出区空调配电柜监控装置
|
P1
|
AMC16-3I3/K
|
2
|
||
|
P2
|
AMC16-3I3/K
|
2
|
||||
|
四、播出用电配电室（播出区2F）电力监控配置
|
||||||
|
1
|
P1柜电力监控装置
|
P1
|
AMC16-3I3/K
|
1
|
AMC16-3I3
|
4
|
|
2
|
P2柜电力监控装置
|
P2
|
AMC16-3I3/K
|
1
|
AMC16-1I9
|
7
|
|
AMC16-1I9/K
|
1
|
|
|
|||
|
3
|
P3柜回路监控装置
|
P3
|
AMC16-1I9/K
|
1
|
||
|
4
|
P4柜回路监控装置
|
P4
|
AMC16-3I3/K
|
1
|
||
|
AMC16-1I9/K
|
1
|
|||||
|
5
|
P5柜回路监控装置
|
P5
|
AMC16-1I9/K
|
1
|
||
|
6
|
P6柜监控装置
|
P6
|
AMC16-1I9/K
|
1
|
||
|
7
|
P7柜监控装置
|
P7
|
AMC16-1I9/K
|
1
|
||
|
8
|
P8（直播室照明）电力监控装置
|
P8
|
AMC16-3I3/K
|
1
|
||
|
AMC16-1I9/K
|
1
|
|||||
|
五、节目中心UPS机房（播出区3F）电力监控配置
|
||||||
|
1
|
P1柜电力监控装置
|
P1
|
AMC16-3I3/K
|
1
|
AMC16-3I3
|
4
|
|
2
|
P2柜电力监控装置
|
P2
|
AMC16-3I3/K
|
2
|
AMC16-1I9
|
2
|
|
3
|
P3柜电力监控装置
|
P3
|
AMC16-3I3/K
|
1
|
|
|
|
AMC16-1I9/K
|
1
|
|||||
|
4
|
P4柜电力监控装置
|
P4
|
AMC16-1I9/K
|
1
|
||
|
六、柴油发电机电力监控配置
|
||||||
|
1
|
发电机柜电力监控装置
|
P1
|
AMC16-3I3/K
|
2
|
AMC16-3I3
|
2
|
3.3 改造过程
模拟屏的设计图如下，采用动态模拟屏取代原有需要值班人员手动操作的静态模拟屏， 模拟屏的状态数据由电力监控系统的上位计算机转发，使得其状态始终与现场设备状态保持一致
仪表的二次接线设计图如下(部分)：
配电柜间仪表通讯线缆的连接如下图：
3.4 系统结构设计
网络结构：系统采用间隔层、站级层和网络层三层网络结构。
1） 间隔层由智能测量仪表单元组成，这里采用的上海安科瑞电气股份有限公司生产的ACR220ELK、AMC16-1I9、ARTU-K32网络多功能电力监控仪表和信号采集模块。系统网络分为9个网段，每个网段连接仪表个数不超过20台。并以总线形式接入站级层主控单元，传输介质采用屏蔽双绞电缆。主要负责电力参数测量和信号采集并与主控单元进行通信。
2） 站级层由通讯子站构成（即通讯服务器），主要是作为本站间隔层设备采集电力系统数据的处理、储存、调配以及通信协议的转换，并接入网络层，将本站经处理的数据上传和接受网络层下传的设定参数或控制信号等指令。
3） 网络层采用工业网络交换机，将从现场仪表采集到的各种信号上传到上位主机。网络层传输层协议采用TCP/IP。
上海东方电视台电力监控系统的网络拓扑结构如下图。监控主机位于主楼地下一层的配电值班室内
网络拓扑图
3.5 电力监控系统的软件设计
在该项目中采用了Acrel-2000电力监控组态软件作为开发平台。Acrel-2000电力监控组态软件具有方便、灵活的开发环境，提供各种工程、画面模板、大大降低了组态开发的工作量；高性能实时、历史数据库，快速访问接口在数据库4万点数据负荷时，访问吞吐量可达到20000次/秒；强大的分布式报警、事件处理，支持报警、事件网络数据断线存储，恢复功能；支持操作图元对象的多个图层，通过脚本可灵活控制各图层的显示与隐藏；强大的ACTIVEX控件对象容器，定义了全新的容器接口集，增加了通过脚本对容器对象的直接操作功能，通过脚本可调用对象的方法、属性；全新的、灵活的报表设计工具：提供丰富的报表操作函数集、支持复杂脚本控制，包括：脚本调用和事件脚本，可以提供报表设计器，可以设计多套报表模板。
上海东方电视台电力监控系统实现了10KV高压配电间、演播剧场配电间、节目中心UPS机房、技术低压配电室、柴油发电机房等各进线及馈线回路的一次系统图显示、高压光字牌、动态实时模拟屏、各回路实时电参量遥测、重要回路电能报表、主进线回路的负荷用电趋势、重要回路的分合闸报警、电流越限报警、用户权限管理等功能，软件运行界面见下图。
上图为东方电视台10KV高压配电室一次配电示意图界面。主要包括8东广电甲线、17东广电乙线、8东广电丙线三个10KV总进线和1#--7# 10/0.4KV变压器馈线回路，该处均使用ACR220ELH和ACR220EL网络电力仪表。通过遥测我们可以查看各回路的三相线电压、电流、功率、电能等电参量；遥信功能实现了显示现场设备的运行状态，主要包括：开关的分、合闸运行状态和通讯故障报警，断路器变位时会发出报警信号。对于三个总进线回路还可查看2-31次谐波含量以直观的棒图显示。图上各个断路器图形，如果是红色说明此分支断路器合闸母线有电，如果是绿色说明断路器分闸母线无电。
通过演播剧场配电系统图界面（如上图），可查看ABB P1-P4配电柜中安装的AMC16-1I9电力仪表的实时电流参数，并可对每一个回路的电流设置报警参数，当回路电流超过设定的报警参数时，计算机会发出声音报警，并弹出报警窗口。如下图所示。
当配电回路的断路器状态发生改变时，会弹出遥信实时报警窗口（如下图），显示分合闸时间，回路位置，报警内容等信息，使得值班人员能够及时掌握各回路供电状态或发生故障的位置。系统还支持报警记录的历史查询功能，可以协助值班人员追查事故发生的原因。
4 运行情况
上海东方电视台电力监控预警系统自2010年4月正式投入运行，历经上海世界博览会和2010年广州亚运会的考验，累计有效预警56次，其中重要事故预警5次。如2010年6月份和10月份的预警，2F放映室回路和音控室主路回路在某段时间内经常发生频繁的分合闸报警，但是现场根本没有发生回路的分合闸操作。通过监控软件的历史报警查询事故追溯功能，经过分析台里决定在检修期间重点检查这两个回路，最终发现问题出在断路器的辅助触点老化造成接触不良，但同时也发现断路器的主触点碳化比较严重。如不及时更换故障断路器，必将造成电视直播期间出现电力中断的重大事故。Acrel-2000电力监控系统的长期稳定良好表现受到了配电维护人员和台里有关领导的肯定赞扬。
总的来说，上海东方电视台电力监控系统功能完备，能够很好的满足现阶段电视台用户对配电网络管理的要求，做到对配电网络的全面实时监测，故障的实时有效预警，事故的分析追溯。系统还预留了充足的通讯接口，为以后系统的扩容升级打下了基础。系统操作简便易学，用户不需复杂的配置即可使用，在用户持续熟练地使用之下Acrel-2000电力监控系统必会成为配电管理人员的好帮手，提高配电网络的稳定性和维护人员的工作效率，为客户带来更多的实实在在的价值。
参考文献
任致程、周中编著 电力电测数字仪表原理与应用指南 中国电力出版社 2007.4