淺談安科瑞電力監控在生物制藥企業變配電系統自動化改造的應用

發布時間： 2023-04-14　　點擊次數： 1270次

生物制藥廠房對生產環境要求高，需大量高能耗空調和動力設備。生產工藝復雜要求設備持續工作。如果出現閃電或跳閘都將導致生產中斷，數據丟失，給生產安全帶來風險。因此提高供電穩定性對生物制藥企業十分必要。由于故障具有偶然性和突發性，傳統值班方式難以及時恢復供電。而變配電自動化系統能夠快速統計能耗數據，監控變壓器和環網柜狀態，并通過遠程操作及時恢復供電。

1.系統構架

??隨著自動化和信息化技術發展，將能源管理系統（EMS）整合到中央監控系統中已成為趨勢。底層數據來自SCADA，復雜數據通過外部系統處理后反饋給生產智能系統。目前主流scada 供應商都推出自己中央監控系統，如 wonderware WSP平臺、西門子XHQ平臺、羅克韋爾Tingworx平臺。這些平臺可以集成：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.電力系統自動化特征

??IEC61850 協議（電力自動化標準）提出公共通信標準和設備規范，實現系統的無縫銜接；并將變電配電通信系統分為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制中心；接收控制中心命令并轉向間隔層、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制功能；優先控制數據采集、統計運算和發出控制命令；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）操作控制執行與驅動。

??在站控層和間隔層之間的網絡采用抽象通信服務接口，映射到制造報文規范（MMS），傳輸控制協議/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輸以太網。變電站內的電子設備（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 規范電力設備和設備組件的建模，定義了公共數據格式、標識符、行為和控制，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、減少由于配置錯誤而引起的系統停機時間。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，方便了系統的集成，降低了變配電系統自動化的工程費用。

3.變配網自動化通信系統

3.1 變配網自動化系統組成

??配網自動化系統遵循分布式結構和集中控制的設計思想，站控層包含監控系統（或中央監控平臺)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 監測并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、功率等數據并進行急速，進行分合閘操作。

3.2 變配網主要特點

??變配網作為電力系統的最終環節，其自動化系統數據龐大、拓撲復雜，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筑。

??（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 通訊方式和系統結構

??目前自動化系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。光纖通訊具有傳輸量大、傳輸速度快、傳輸距離長、抗干擾能力強等特點。載波通訊是利用電源線傳遞高配載波信號，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，主要用于大型輸電網。無線公網通信使用 GPRS、3G等，移動無線網絡適用于間歇性、突發性或少量的數據傳輸，適用于不變敷設光纖的地區。無線專網通訊使用 DT-LTE、WiMAX、WIFI等，具有抗干擾能力強、傳輸寬帶高等優點，適用于位置偏僻的設備。Modbus通信是一種串行通訊協議，具有速度快、穩定、易實現總線、成本低廉等優點，生物制藥企業設備布局分散，因此變配網站控層和間隔層主體采用工業以太網專網通信，部分設備采用無線專網通信。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輸至以太網SCADA采集服務器，EMS系統從SCADA系統提取數據，并進行可視化展示。

4.平臺概述

??AcrelEMS-BP能效管理系統，集電力監控、能源管理、設備運維于一體。平臺采用自動化、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平臺組成

??安科瑞生物制藥能效管理系統是一個深度集成的自動化平臺，它集成35KV/10KV的10KV/O.4KV電力監控系統、智能馬達監控系統、能耗管理系統、電氣火災監控系統、防火門監控系統、消防設備電源系統、消防應急照明和疏散指示系統，充電樁管理系統。用戶可通過瀏覽器、手機APP獲取數據，通過一個平臺即可對制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平臺拓撲圖

4.3平臺子系統

??（1）電力監控主要針對10/0.4kV地面或地下變電所，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，用于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系統開關柜、變壓器微機保護測控裝置、發電機控制柜、ATS/STS、UPS，包括遙控、遙信、遙測、遙調、事故報警及記錄

（2）能耗管理系統

??建立的能耗監測管理系統，對生物制藥各點位的能源使用、報警等情況進行實時的監控。以便生物制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，并為生物制藥削峰填谷、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制。

（4）智慧消防

??智慧消防云平臺基于物聯網、大數據、云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，并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，通過云平臺進行數據分析、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"、“系統化"需求。