工业项目电力监控系统--初步技术方案书(电能系统设备计量监控系统)

2. 现状分析

1）无法实时监控配电系统运行情况，无法及时发现隐患和故障；

2）只计量了部分回路，没有搭建成一个完整的计量体系，部分用电回路还处于用电不透明状态；

3）现场没有设置监控系统，当回路出现故障时无法在第一时间解决问题，对企业生产造成影响；

4）无法掌握和预测企业每个月的最大需量；

5）存在谐波畸变率过高的情况，长期运行对变压器和用电设备影响较大，导致变压器损耗和线缆线损增加，老化加快，影响无功补偿电容器正常投切；

6）功率因数偏低。
其中10kV总进线为供电局考核点，刚好达标(0.9)，波动稍大可能导致被罚款，部分变压器功率因数均低于0.9。

7）日常设备巡检只能依靠人力，效率低，部分问题不能及时发现。

现企业需实现节能减排，企业生产用能成本支出较高，但是缺乏有效的能源计量系统，缺乏整体的能源计量体系，因此需要建立一套有效的用能管理系统，用于企业内部考核管理，并在此基础上逐步整理完善设备能源运行参数数据库，同时后期如果集团公司需要统一监测全部子公司的能源使用，该系统数据可直接上传集团公司平台。
现主要需求为：

1）实时监控配电系统运行情况，及时上报故障隐患和突发事故；

2）搭建计量体系，实时采集用能数据，并按照要求形成图形和报表，数据存储在本地系统，为节能考核提供数据支持；

3）掌握每个月最大需量和发生时间，并可设置需量报警功能；

4）改善电能质量，降低谐波畸变率；

5）改善功率因数，避免可能被罚款；

6）实现远程抄表；

7）数据可上传上一级能源管理平台，比如集团公司能效平台；

拓普瑞提供从系统到终端元器件的垂直一体化供应体系，包括软件、网关、计量仪表、互感器等等，符合相关要求和认证，为工业领域电力需求提供完整的解决方案。

拓普瑞电力需求侧能效管理系统关注重点行业、重点区域能效水平提升，针对重点用能企业、重点用能设备的能耗数据采集、统计和分析，帮助企业实施工业专项节能提供准确有效的数据支撑。

本电能管理系统是一套完整的用电综合管理系统，其设计遵循下列原则：

系统的实用性

电能管理系统的组成和实际一定要符合现场配电的实际情况，因此，在能够充分实现用户所需功能的情况下，系统的实用性是首先应遵循的第一设计原则。
系统的建设目的是使该系统真正的成为用户节能节电管理的辅助工具，用户管理人员可结合该系统制定合理的节能节电管理措施并实施，实现真正意义上的节电。

同时，改善电能质量，提高功率因数，延长重要设备使用寿命也能起到很好的节能效果。

系统的稳定性

由于电能管理系统需长期不间断运行，并可监测配电网络的运行状况，具有一定的处理事件的功能，所以系统的稳定性显得尤为重要。

系统的可扩展性

系统的设计并不是一层不变的，如今后根据需要将工程扩建、改造、或者与其他系统的兼容、并入等，这要求系统的设计应预留多路与其他系统的通讯接口，当追加变配电子站系统及与上级系统，如集团管理信息系统(MIS)、楼宇自动化控制系统（BAS）、消防控制系统(FCS)等运行，可实现系统扩展，而且承诺免费开放。

系统的易维护性

电能管理系统在运行过程中的维护尽量做到简单易行。
我们在做到系统故障率最低的同时，也考虑到即使因为意想不到的原因而发生问题时，保证数据的方便保存和快速恢复，并且保证紧急时能迅速地打开通道。
整个系统的分层管理保证了网络中一旦出现故障，不会因为某部分设备的维护，而停止所有设备的正常运作。

在变电所进出线回路搭建三级计量体系，层层对比，避免体系外不合理用电，并监测变压器损耗和线路损耗。

通过曲线图反映企业的用电需量，并记录最大值和发生时间，当需量接近设定值时可以发出报警信号，通知人为干预降低需量。

对电能质量严重超标的回路出线端增加滤波装置，保证电能质量符合国家标准，避免厂内重要设备提前老化，减少变压器本身损耗和线损，达到设备节能。

方案采用有源滤波和无源滤波相结合的方式，消除配电系统的谐波污染。
具体的配置需要进一步现场测量后确认，本次方案暂不包含滤波设备。

通过有源滤波和无功补偿配合，能可靠提高系统功率因数到0.95以上，避免高额罚款。

方案通过监测保护装置、变压器温控仪、多功能仪表等设备，实时不间断模拟配电系统的运行状态，设置越限告警和故障报警信号，使配电系统运行可视化。

系统的设计满足以下所列制造和试验标准：

ISO/IEC11801 《国际综合布线标准》

GB/50198 《监控系统工程技术规范》

GB50052-2009 《供配电系统设计规范》

GB50054-2011 《低压配电设计规范》

IEC 61587 《电子设备机械结构系列》

DL/T448-2000 《电能计量装置技术管理规程》

DL/T 698.1-2009 《第1部分：总则》

GB/T/3047.1 《面板、架和柜的基本尺寸系列》

DL/T5137-2001 《电测量及电能计量装置设计技术规程》

GB2887 《计算站场地技术条件》

电能管理系统主干通信网络采用以太网进行数据通信,数据采集器和计量仪表以串行通信为现场智能设备通信方式为主的RS485现场总线相结合的上下级分层结构，分为三级结构：

整个系统分为三层结构：

第一级：管理层。
管理层通过采集现场仪表的数据完成能耗的数据采集；

第二级：通讯层。
本工程各区域多功能电力仪表经过严密的通讯组网并入数据采集器，把采集处理数据传输到电能管理中心主机。

第三级：现场设备层。
即变电所多功能仪表，如果还有水表等其它用能表计，具备RS485接口和MODBUS-RTU通信规约，均可采集数据。

现场设备层装置安装在低压配电柜上，主要对电力设备进行数据采集和控制。
终端设备通过RS485现场总线方式接入数据采集器,仪表采用MODBUS-RTU规约。

系统使用高性能工控机及软、硬件系统，高性能的现场总线技术及网络通信技术，整个系统运行安全、稳定可靠、使用维护方便。

设置于值班室的监控主站包含监控计算机、网络交换机、打印机、UPS、以及www.energye.cn电能管理软件，作为电能分析、运行及专业人员的人机交互窗口，以图形显示、报表打印等各种方式对建筑的能耗数据进行分析、对比和统计，提供节能降耗的数据支持。

电能管理计算机从监控管理层以太网提取数据，并且以各种图形和数据的方式显示在显示器上，供操作人员运行和控制的人机界面，并把历史数据存储在当地计算机，可保存10年以上历史数据。

如下图所示，终端设备层设备通过RS485/MODBUS-RTU总线方式，采用屏蔽双绞线接入数据网关，网关把采集到的数据转换成以太网后，接入电力监控系统。

6.2 现场设备层仪表

现场设备层层设备主要是多功能计量仪表。
现场部分回路已安装智能仪表，只需在未进行计量的回路加装智能仪表完善计量体系。

现场设备层设备选型原则

现场设备层设备选型按照满足用户电能管理系统要求的原则，同时结合公司多年配电自动化系统工程经验进行配置。

回路计量仪表

进线回路配置一台TP630CB，记录进线回路的电流、电压、功率、电能、功率因数、最大需量，带时标记录。

TP630CB三相嵌入式计量表是针对电力系统、工矿企业、公用设施的电能统计、管理需求而设计的一款智能仪表，集成了全部电力参数测量及全面的电能计量及考核管理，提供上24时、上31日以及上12月的各类电能数据统计。
带有开关量输入和继电器输出可实现“遥信”和“遥控”功能，并具备报警输出。
拓普瑞TP630CB三相嵌入式计量表带有RS485通信接口，采用MODBUS-RTU协议，可广泛应用于各种控制系统，SCADA系统和能源管理系统中。

功能：

（1）具有带背光支持的大屏幕点阵式LCD图形显示，长寿命，低功耗，高清晰度，宽视角，全中文菜单；具备Modbus通讯功能，RS485接口。

（2）2个数字量开入、2个数字量开出。

（3）测量功能

◆ 三相电流、相/线电压、有功功率、无功功率、视在功率、功率因数、频率、专业的正/反向有功电能、感/容性无功电能、复费率电能、历史电能统计。

◆ 具有最大需量统计。

（4）精度：0.5S级

技术参数：

其他回路

配置三相导轨式电能表TP643。
性能参数如下：

计量总有功电能，反向计入总电能

支持4 个时区、2 个时段表、14 个日时段、4 个费率；

电表内存储最大需量及发生时间，上48 月、上90 日历史冻结数据；

8 位段式LCD 显示、背光显示；有功电能脉冲、当前费率、分相有电、功率反向LED指示

有功电能脉冲输出、时钟脉冲输出，无源光电隔离型输出端口

支持RS485通讯接口，通讯规约可选（Modbus-RTU或DL/T645规约）

该电能表具有体积小巧、精度高、可靠性好、安装方便等优点，性能指标符合国标GB/T 17215-2002、GB/T 17883-1999和电力行业标准DL/T614-2007对电能表的各项技术要求。

6.3 通讯网络层设备

网关ECG01V4.1

关ECG01V4.1智能通信管理机是一款采用嵌入式硬件计算机平台，具有多个下行通信接口及一个或者多个上行网络接口，用于将一个目标区域内所有的智能监控/保护装置的通信数据整理汇总后，实时上传主站系统，完成遥信、遥测等能源数据采集功能。

同时，关ECG01V4.1智能通信管理机支持接收上级主站系统下达的命令，并转发给目标区域内的智能系列单元，完成对厂站内各开关设备的分、合闸远方控制或装置的参数整定，实现遥控和遥调功能，以达到远动输出调度命令的目标。

关ECG01V4.1智能通信管理机提供丰富的规约库支持，实现不同二次设备供应商的智能设备互联。
作为自动化系统网络与监测设备之间的通信接口设备，关ECG01V4.1智能通信管理机实现了规约转换、接口匹配、数据转换等三项功能。

关ECG01V4.1智能通信管理机提供RS485通信端口，每个端口最多可带32台仪表设备（对于低压综合保护建议每个端口挂接不超过10个）；可根据仪表设备的通信波特率、通信线路长度及客户对通信数据的刷新速度要求最终决定每个通信端口所带的设备数量。

关ECG01V4.1智能通信管理机实时并行多任务处理与第三方设备的访问及上位系统的连接通信，支持软件组态。
通过专门的配置管理软件，可为不同通道挂载设备选择不同的通信协议，并可通过更改配置文件来改变通信管理机所连接仪表设备的数量及数据信息，而不需更改软件程序。

6.4 站控管理层设备

监控计算机及电能管理软件负责完成对整个系统设备的数据采集、处理、显示和监视功能，并在满足权限和逻辑时，对相应的设备进行控制，还为运行人员提供各种控制管理功能，并提供多种外部系统接入接口。
监控计算机是监控系统的主要人机界面，用于图形及报表显示、事件记录及报警状态显示和查询，设备状态和参数的查询，操作控制命令的解释和下达，系统时钟校正等。
通过该工作站，在允许的权限下实现对变电站生产运行设备的运行监视和操作控制，监控计算机通过鼠标能实现常规主控制屏的全部功能。

后台监控系统的计算机采用高性能工控机，同时配置大屏幕彩色液晶显示器，提供良好的人机界面。
后台音响设备可提供声光报警，打印机可以记录系统信息，并可召唤或者定时打印数据报表。

电能管理层负责完成对整个工程电能管理系统仪表设备的数据采集、处理、显示和监视功能，还为运行人员提供各种控制管理功能，并提供多种外部系统接入接口。
监控计算机是监控系统的主要人机界面，用于图形及报表显示、电能统计分析、事件记录及报警状态显示和查询，设备状态和参数的查询等。

电能管理系统的计算机采用高性能工控机，同时配置大屏幕彩色液晶显示器，提供良好的人机界面。
后台音响设备可提供语音报警，打印机可以记录系统信息，并可召唤或者定时打印数据报表。

电能管理计算机

配置：监控计算机采用高性能的研华工控机IPC-510MB/701VG，4G内存，1T硬盘，DVD，可适应长期不间断运行。

计算机配置22寸液晶显示器，可以显示丰富的人机界面，便于监视和操作。

监控设备清单如下：

7. 系统功能设计7.1实时监控

拓普瑞energye电力监控系统平台基于现场配电分布情况进行设计。
本方案结合配电干线的分布情况，在各回路配置适用于电参数测量、电能计量的智能表计,可实现电参量信息与电能数据的测量与统计、数据信息远传集中与处理、实时数据库存储与展示，按照工艺流程实现电能的可视化，实现电能从输入到输出整个工艺流程的监控。

7.2人机交互界面

对三相电压、三相电流、有功功率、无功功率、功率因数、频率、电流及电压谐波、电量等电参数以柱状图、曲线、饼图、图表、数字等多种形式进行展现。

7.3重点用能设备监视

实现重点用能设备在不同时段的用能分析比较，能实现相同设备在同一时段的用能分析及比较。
系统能够实现工艺段内的用能大小分析及排名,得出耗能最大的设备及耗能最小的设备排名,便于后期的诊断治理。

7.4负荷趋势曲线

系统能够实现对三相电压、三相电流、有功功率、无功功率、功率因数、频率、电流及电压诣波、电量等电参数在设定时间段内的最大量、最小量、平均值及电价分析。

7.5越限故障告警

系统具备安全用电报警功能：包括设备故障报警、用能（电）量超标报警、过电流报警、过电压报警、电能质量超标报警等功能;并以多种报警方式展现给用户(包括声光报警、短信报警等多种模式);并可能对报警记录进行事件查询,便于故障分析及诊断。

7.6 电能报表

系统能够生成电耗报表.包括日报、月报、年报,并形成记录,帮助用户进行对标考核，实现科学有序用电。

注：该功能要求被监测回路中须配置带谐波监测功能的仪表

拓普瑞ENERGYE电力监控系统可以对整个配电系统范围内的电能质量和电能可靠性状况进行持续性的监测。
例如配电系统维护人员可以通过谐波分析界面掌握配电系统的谐波含量，及时采取相应的措施提高配电系统的可靠性，减少因谐波造成的供电事故的发生。

7.8数据转发接口

拓普瑞energye电力监控系统监控软件具备多种标准的接口和协议的接入，如支持485总线，多种不同的通讯协议如Mobus-RTU、Mobus/TCP、IEC103、IEC104等，同时具备后期对非标准规约协议的开发接入，使得所有智能设备都能无缝连接到后台系统中来。
同时系统支持工业OPC接口与其他系统（如BA系统）进行数据共享。
后期如果数据要上传集团公司能效管理平台，我方可免费开放接口并调试。

拓普瑞ENERGYE电力监控系统为本项目配置具备完整网络结构示意功能，从而使电能管理系统维护人员，实时掌握现场各设备的通讯状态，同时也方便电能管理系统维护工作。

在工程施工前，我们将准备好以下文件，并通过用户确认后付诸实施：

1) 设计说明（包括系统功能说明及性能指标、系统设备配置清单、系统管理等说明）。

2) 系统图（包括系统结构图、网络拓扑图）。

3) 平面图（包括计算机控制中心、受控设备配电间、通讯网络等配线平面施工图）。

4) 设备安装大样图（包括控制中心安装图、数据采集及处理装置的安装大样图）。

5) 仪表和数据采集装置二次原理图及端子接线图。

6) 系统设备配置、器材、线缆（包括设备编号）清单。

1) 系统布线所需敷设的线槽及管线采用经防腐、防锈处理的金属材料。

2) 除非已进入设备机壳内，所有线缆放置于线槽、线管内，不外露。

3) 除非与设备端接，所有线缆不续接。

4) 所有使用的标签为机器打印，不使用手写标签。
标签上的编号同时支持简体汉字、英文字母、数字、标点。

5) 标签具有防脱落、防水、防高温特性。

6) 所有线缆单独标签、线缆的两端及中途可认为接触的地方加标签。

7) 所有设备端口都使用标签予以标识。

8) 前端能耗计量装置、传输系统设备外壳通过保护机箱、机柜内的汇流排就近接地。

9) 传输系统中屏蔽电缆屏蔽层与连接件屏蔽罩应可靠接触，屏蔽层应保持端到端可靠连接，进入中央控制室时应就近与机房等电位连接网连接，做到同一链路全程屏蔽、一端接地。

10) 中央控制室布线和设备安装按设计要求接地，采取可靠的防雷接地措施。

11) 所有接地线采用多股铜芯导线或铜带。

12) 现场施工人员具有相应专业的操作证书。

13) 电子式电能计量装置安装规定：

l 安装前通电检查，安装方式符合现场使用条件。

l 电压、电流回路A、B、C各相导线分别采用黄、绿、红色单股绝缘铜质线，中性线（N线）采用淡蓝色线，保护接地线（PE线）为黄绿相间色线，并在导线上设置与图纸相符的端子编号。
导线排列顺序按正相序自左向右或自上向下排列。

l 就地计量电流的测量回路采用截面不小于2.5mm2的铜质线缆。
电压测量回路应采用耐压不低于500V的铜芯绝缘导线，且芯线截面不小于1.5 mm2。

l 经电流互感器接入的三相四线制电子式电能计量装置，其电压引入线单独接入，不与电流线共用。

l 二次回路的连接件均应用铜质制品。

l 在原配电柜（箱）中加装时，计量装置下端设置标示回路名称的编号。
与原三相电子式计量装置水平间距应大于80mm，单相电子式计量装置水平间距大于30mm，电子式计量装置与屏边的距离大于40mm。

我公司通过了ISO9001认证。
公司各项与质量有关的活动均严格按ISO9001:2008的要求开展。

公司从产品的整个过程对产品的质量进行控制。
对订货合同，公司组织相关人员进行认真评审，并及时将评审结果传达给相关人员，以确保产品能充分满足顾客的要求。

在产品的设计和开发过程中，开发人员根据顾客的要求，相关的国际、国家、行业标准以及相关法律和法规编制开发计划。

每一种提供的设备按相应国标之规定经过定型试验并出具证明。
证明书由声誉而独立的试验所和权力机构签发以证明产品之质量。

在生产安装和加工的过程中，本公司制订了完善的工艺指导书，并在管理人员的监督下由生产人员实施操作，以保证产品的均一性及质量的稳定性。

在检验和试验的过程中，首先由质管部和开发部一起按企业标准制订检验标准和检验作业指导书，并指导检验人员严格执行。
本公司的检验和试验设备先进、齐全，且都经过相关技术监督部门的校验，确认合格后方可使用。
检验中发现的产品不合格会及时反馈给责任部门，追查不合格原因，并限期整改。

本公司有完善的培训制度，员工上岗前必须按规定接受培训，经考核合格后方可上岗，保证每个岗位上均有一批训练有素的骨干人员，为产品的质量合格提供了强有力的保障。

我方保证货物是全新、未使用过的，是用一流的工艺和最佳材料制造而成的并完全符合合同规定的质量、技术规范和性能的要求。
我方保证所提供的货物经正确安装、正常运转和保养在其使用寿命期内应具有满意的性能。
在货物质量保证期之内，我方对由于设计、工艺或材料的缺陷而发生的任何不足或故障负责。

我方对投标方案中我方制造的产品提供一年质保。
根据买方按检验标准自己检验结果或当地质检部门检验结果，或者在质量保证期内，如果货物的数量、质量或技术规范与合同不符，或证实货物是有缺陷的，包括潜在的缺陷或使用不符合要求的材料等，买方应尽快以书面形式通知我方。
我方在接到买方通知后，在2小时内作出反应。

我公司的技术人员将负责系统工程的安装、调试及优化等工作，提供全面、及时的培训、维护、咨询服务，并配合用户管理系统的运行。

在整个系统运行期内，系统所有故障问题的检测和恢复均由我公司负责，并作现场测试和恢复。
在故障问题发生时，我公司将及时派出富有经验的工程师（或工程师小组），利用有关工具和测试设备，检测问题所在，并及时提出解决方案。
具体地说，我们公司将成立专项服务小组，由技术部工程师负责该项目所涉及人员的技术培训及解决日常出现的一些问题。
我公司将免费接受用户的电话技术咨询和书函技术咨询，帮助用户解决在应用过程中遇到的各种技术问题。

技术支持热线电话：400-042-8882

对于非设备性故障或一般性故障以及电话技术咨询，我公司保证在1小时内给予回应，必要时派专业技术人员到达现场处理故障。

对于设备性故障，一方面在系统设计时，我们尽量避免单点故障，另一方面我们将利用我们公司的零备件应急供应体系，及时排除故障，保证不影响系统的正常运行。

系统自验收合格之日起，免费保修一年，终身维护。
系统常规软件终身免费维护。

在质保期间发生问题，我方会在收到通知后及时响应，24小时内派合格的技术人员并携带工具无条件到现场作技术服务，除非该问题可以通过通讯解决。

在质保期内，如因我方责任需要调换或修理合同设备，并由此引起合同设备停机时，则有关合同设备的质保期按实际停机时间相应延长。
重新修理或更换后的合同设备部件的质保期为修理和更换完毕并经双方确认相应延长，但不能少于规定的一年质保期。

在质保期满后30天内，买方因在质保期内发现合同设备有缺陷而出具的索赔证明仍然有效。

免费维修期内人为或自然灾害引起的故障或损坏，仅收取维修成本费。

免费维修期以外的维修服务仅收取维修成本费。