宁夏医科大学附属医院能耗监测系统
宁夏医科大学附属医院能耗监测系统
电气工程师：彭峰[1**********]
摘要：介绍安科瑞电能管理系统，采用智能电力仪表采集10个地点楼层配电箱的各种电参量。系统采用现场就地组网的方式，组网后通过现场总线通讯远传至监控后台，通过电能管理系统实现对变电所配电回路用电的实时监控和管理。
关键词：楼层配电箱; 智能电力仪表; 能耗管理系统;
概述
宁夏医科大学附属医院的前身是解放前的宁夏省立医院。1949年新中国成立后，由人民政府接管，该称宁夏人民医院。1954年宁夏省撤消后，改称甘肃省第二人民医院。1958年宁夏回族自治区成立后，改为自治区人民医院，1973年改为宁夏医科大学附属医院。
医院位于宁夏回族自治区首府银川市胜利街，集医疗、教学、科研、预防保健和干部保健等职能于一体，是省内规模大、技术力量雄厚、医疗设备先进、专家队伍荟萃的一所综合性三级甲等医院宁夏医科大学附属医院有10座楼270个回路配电回路。
1客户需求
宁夏医科大学附属医院现场270个回路配电回路分布在10座楼内，对用电管理人员很大的不便，根据其实际情况提出以下需求：
(1)与现有能源管理系统友好兼容;
(2)、配电室低压抽屉柜中，只监测常用线路，对于备用的线路暂不作处理;
(3)、楼层配电箱中，双电源线路只监测主电源电量;
(4)、系统总软件未来能够继续扩充其他能源系统，如水，天然气，暖通空调等;
(5)、与科研楼、外科楼目前动力能源监控系统友好兼容;
(6)、设立集中监控中心。快速响应电网故障、快速判断故障原因和故障地点、快速恢复供电。
(7)、实时监测各配电室低压线路运行状况及参数。缩短故障响应时间，提高供电可靠性;
(8)、提供全方位通讯解决方案，系统地解决各层次设备可靠、高速的通讯问题。为实现数字化供配电系统奠定基础;
(9)、实现医院各楼层或各科室电量自动计量。
(10)、系统能够实现故障和异常的预警报警，并能够对历史数据进行存储分析; 。
根据用户需求，需要对第十宁夏医科大学附属医院10座楼进行组网并建立电能管理系统(主要是数据的实时监控) ，在控制中心值班室内设置监控平台，对270个回路实时监测、统计、分析，以保证用电的安全、可靠和高效。
安科瑞电能管理系统，充分利用了现代电子技术、计算机技术、网络技术和现场总线技术的最新发展，对变配电系统进行分散数据采集和集中监控管理。对配电系统的二次设备进行组网，通过计算机和通讯网络，将分散的配电所的现场设备连接为一个有机的整体，实现电网运行的远程监控、集中管理。
2系统结构描述
本系统采用分层分布式结构进行设计，即站控管理层、网络通讯层和现场设备层，项目组网图如下，现场10个网络地点的PZ80L-E4/KCZZ、DTSF1352-CZZ 、ARTM-1仪表经RS485现场总线连接至串口服务器，然后通过以太网经光纤传输至现场监控主机，实现数据的采集，存储，处理，显示和上传如图(1)
所示：
图(1)电能管理系统网络拓扑图
间隔设备层主要为：PZ80L-E4/KCZZ、DTSF1352ZZ 、ARTM-1仪表，分别对应相应的一次设备分散安装在10座楼配电室的电气柜内，这些装置均采用RS485通讯接口，通过现场MODBUS 总线组网通讯，实现数据现场采集。
网络通讯层主要为：通讯服务器，其主要功能为把分散在现场采集装置集中采集，同时远传至站控层，完成现场层和站控层之间的数据交互。
站控管理层：设有高性能工业计算机、显示器、UPS 电源、打印机等设备。监控系统安装在计算机上，集中采集显示现场设备运行状况，以人机交互的形式显示给用户。
建设完成后的多功能网络电力仪表均采用RS485接口和MODBUS-RTU 通讯协议，RS485采用屏蔽线传输，一般都采用二根连线，接线简单方便; 通讯接口是半双工通信即通信的双方都可以接收、发送数据但是在同一时刻只能发送或接收数据，数据最高传输速率为10Mbps 。
RS485接口是采用平衡驱动器和差分接收器的组合，抗噪声干扰能力增强，总线上允许连接多达32个设备，最大传输距离为1.2km 。
3电能管理系统主要功能
3.1数据采集与处理
数据采集是电能管理的基础，数据采集主要由底层多功能网络仪表采集完成，实现远程数据的本地实时显示。需要完成采集的信号包括：三相电压U 、三相电流I 、频率Hz 、功率P 、功率因数COSφ、电度Epi 、远程设备运行状态等数据。
数据处理主要是把按要求采集到的电参量实时准确的显示给用户，达到电能管理的自动化化和智能化要求，同时把采集到的数据存入数据库供用户查询。
3.2历史事件
历史事件查看界面主要为用户查看曾经发生过的故障记录、信号记录、操作记录、越限记录提供方便友好的人机交互，通过历史事件查看平台，您可以根据自己的要求和查询条件方便定位您所要查看的历史事件，为您把握整个系统的运行情况提供了良好的软件支持。
3.3数据库建立与查询
主要完成遥测量和遥信量定时采集，并且建立数据库，定期生成报表，以供用户查询打印。
3.4用户权限管理
针对不同级别的用户，设置不同的权限组，防止因人为误操作给生产，生活带来的损失，实现配电系统的安全，可靠运行。可以通过用户管理进行用户登录、用户注销、修改密码、添加删除等操作，方便用户对账号和权限的修改。
3.5运行负荷曲线
负荷趋势曲线功能主要负责定时重要回路电流和功率负荷参量，自动生成运行负荷趋势曲线的，方便用户及时了解设备的运行负荷状况。点击画面相应按钮或菜单项可以完成相应功能的切换; 可以查看实时趋势曲线或历史趋势线; 对所选曲线可以进行平移、缩放、量程变换等操作，帮助用户进线趋势分析和故障追忆，为分析整个系统的运行状况提供了直观而方便的软件支持。
3.6远程报表查询
报表管理程序的主要功能是根据用户的需要设计报表样式，把系统中处理的数据经过筛选、组合和统计生成用户需要的报表数据。本程序还可以根据用户的需要对报表文件采用定时保存、打印或者召唤保存、打印模式。同时本程序还向用户提供了对生成的报表文件管理功能。
报表具有自由设置查询时间实现日、月、年的电能统计，数据导出和报表打印等功能。
3.7数据转发功能
电能管理系统通过厂内局域网将数据转发至控制中心的SQL Server 数据库中，实现数据的共享，避免数据的重复采集。
4案例分析
本监控系统主要实现云南省昆明市第十宁夏医科大学附属医院10座楼270个回路配电回路实时监测、分析及管理，监控范围如下表1所示：
表(1)监测点位分布表
安科瑞电气股份有限公司为其选用PZ80L-E4/KC的多功能网络电力仪表。
PZ80L-E4/KC尺寸及详细参数如下图2
所示：
图(2)PZ80L-E4/KC
尺寸
能源平台主界面，系统监控现场所有地点在能源平台主界面上以平面全景图的方式直观展示，用户点击相应全景图上相应的的地点即可进入对应地点的监控画面，如图3
：
图(3)能源平台主界面
系统监控现场所有点的通讯状态，红色绿色分别代表仪表通讯异常和正常，便于用户查看各监测点通讯状态，如图4：
图(4)通讯状态图
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图(4)通讯状态图2
图(4)通讯状态图3
遥测报警功能，主要完成对直变和主变负载越限弹出报警界面指示具体的报警位置并声音报警，提醒值班人员及时处理。负载越限值在相应权限下可自由设置。具备历史查询功能，见图5
。
图(5)越限报警信息
用电量报表功能，可选择时间段进行查询，支持任意时间段电度累计查询，具备数据导出和报表打印等功能。为值班人员提供了精确可靠的电能报表。该报表各回路名称和数据库关联，方便用户修改回路名称，用户可以直接打印报表，并导出为EXCEL 格式如图6所示：
图(6)电能报表
参数抄表功能，主要所有回路的电参数进线查询。支持任意时刻电参数查询，具备数据导出和报表打印等功能。电参数主要包括：三相电压、三相电流、有功功率、无功功率、频率和有功电度。如图7
所示。
图(7)参数抄表
负荷趋势曲线界面中可直观的查看回路的负荷运行情况。查看实时和历史趋势曲线，点击画面相应按钮或菜单项可以完成相应功能的切换; 帮助用户进线趋势分析和故障追忆，具备曲线打印功能。为分析整个系统的运行状况提供了直观而方便的软件支持，见图8。
图(8)电流趋势曲线图
系统可针对不同级别的用户，设置不同的权限组，防止因人为误操作给生产，生活带来的损失，实现配电系统的安全，可靠运行。可以通过用户管理进行用户登录、用户注销、修改密码、添加删除等操作，方便用户对账号和权限的修改，如图9
所示。
图(9)用户权限操作示意图
4结束语
1) 本系统于2014年9月完成现场调试，顺利通过用户验收并投入运行，系统稳定可靠，至今未出现任何故障，得到用户好评。
2) 本项目的成功实施表明：本项目的技术方案是科学的、合理的、可行的。
3) 本系统采用对分布式配电的集中监控，达到了预期的效果，电能管理软件运行界面满足了用户需求，并有效降低了设计和施工成本。