【北京地铁电能质量管理系统方案V2】地铁信息化管理系统

北京地铁

电能质量监测系统方案

2008-8-7

2008-8-20

1. 概述

在每个国家的城市中，地铁都被认为是中、大型规模城市快速发展的标志符号。作为城市公共交通大动脉，地铁运营严重依赖电力供配电系统。地铁供配电系统不断面临着安全、可靠性压力，管理压力，成本压力。地铁供配电系统日益庞大，用电设备复杂，维护工作量大，管理难度大，能源成本不断上升，运营成本压力增大，所有这些都需要一套有效的监控管理方案。

施耐德电气公司的PowerLogic 电力监控系统可以为地铁用户提供专业的完整的电能管理解决方案。PowerLogic 系统能够实现对轨道交通牵引系统、交通车站和其他能源监控点数据的自动获取，对系统的电能质量状况进行毫秒级、周波级的精确的监视和记录，为用户提供详尽的采集数据，对系统的电能质量事件及供电可靠性进行分析，实现快速报警响应，预防严重故障发生。技术和管理人员可以通过PowerLogic 系统提供的信息进行电力成本控制，减少停电时间并优化设备运行。

2. 地铁供电系统概况

地铁的供电系统主要组成部分如上图所示。通常，主变电站主进线为110KV 等级，变送成

35KV 进入各车站的降压变电所，站与站之间采用环网结构。400V 低压负荷包括环控系统，AFC 系统，送风，冷却水泵等。

低压负荷根据其重要性依次分为一级，二级，三级负荷：

一级负荷包括BAS 、FAS 、AFC 、牵引、通信、信号、屏蔽门、消防泵、喷淋泵、直流屏、环控电控室用电、总控室用电、售票系统等，通常由两路独立的电源供电，且为末端切换；

二级负荷包括自动扶梯、直升电梯、污水泵、雨水泵、排风机、正常照明、站台照明、暖通空调等，通常由双回路供电或双电源单回路供电。

三级负荷包括冷水机组及其配套冷冻泵、冷却塔、冷却泵、热水器、商业广告照明、清洁机械，通常由由一路电源供电。

3. 地铁电能管理系统需求

⏹ 全面实时掌握电气参数 ⏹ 专业的电能质量管理

⏹ 详尽报表分析（包括能耗，负荷趋势，故障波形，电能质量事件等） ⏹ 数据访问的共享

4.PowerLogic 系统结构

系统管理层(客户端)

系统管理层(服务器)

通讯接口层

现场监控层

4.1 系统管理层

电能质量监控系统采用基于Client/Server（客户端/服务器）模式的分布式网络结构, 以多进程、多任务、抢占式Windows 2003中英文操作系统作平台，该系统采用标准化、网络化、功能分布的体系结构，且有高度的可靠性和维护方便性，系统具备软、硬件的扩充能力，支持系统结构的扩展和功能的升级。可以根据系统的规模和特殊需求，充分优化网络各节点资源和均衡网络负担。

4.2 通讯接口层

通讯管理层体现了合理性、经济性，采用分布通讯、主控室统一管理的模式，并为系统扩展预留接口。根据具体的通讯方案，通讯管理层由交换机、光电转换器和通讯介质（如屏蔽双绞线、光纤、交换机等）组成。

4.3 现场监控层

智能化电能质量监控装置ION 7650，实现全电量测量（U 、I 、P 、Q 、Cosφ、f 、kWh 、kVARh 等）、电能质量管理、高精度电能计量、分时计费、事故记录与分析等功能。

PM800系列电力参数测量仪可提供监测电气设备所需的各种测量功能。它具有易读数的大显示屏，可以同时检测三相和中性线。

5. 终端监测设备

I ．电能质量监测装置（ION7650）

ION7650是当今世界最高端的集谐波分析、波形采样 、电压骤升/骤降记录、闪变、电压不平衡度测量、故障录波、事件记录、测量、控制等多功能为一体的分散式在线电能质量监测(控) 装置，应用于监测电能质量是否符合六项国标或IEC 标准。其强大的I/O功能可应用于谐波治理控制、功率因数调整、需量控制等；

主要技术指标：

● 各电压、电流输入的总谐波畸变率及高达511次谐波分析

● 谐波测量精度满足IEC61000-4-30 A级 ● 波形采样（最高1024点/周波) ； ● 电压偏差监测

● 频率偏差监测(0.005Hz)； ● 电压骤升/骤降监测； ● 瞬变监测（最小20μs ） ● 电压扰动方向判断（DDD ）

● 电压波动及闪变(Pst和Plt) 测量，满足IEC61000-4-15； ● 故障录波；

● 序分量测量及电压不平衡度分析； ● 零线谐波电流监测； ● 电能质量超标报警和记录； ● 大容量数据存储和记录；

● 全电量电参数测量，电能精度满足IEC 60687 0.2S； ● RS-232、RS-485、MODEM 、Ethernet 多通信口可选； ● WEB 页面访问

● 开关量输入和控制量输出及可编程逻辑控制功能；

II ．PM810电力参数测量仪

PM800系列电力参数测量仪是高性能的检测仪表，可是提供监测电气设备所需的各种测量功能。它具有易读数的大显示屏，可以同时检测三相和中性线，显示屏具有抗反光和刮擦的特性，直观界面上有带自导功能的菜单。

电流和电压精度 0.1％; 电能和功率精度0.5％; 每个周波采样数128点。

真实有效值显示：电流、电压、频率、有功、无功、视在功率、功率因数、电能；

可设定的累加模式。 谐波畸变（电流和电压） 数据记录功能：最大/最小瞬时值 报警功能

可以扩展的I/O模块

6. 系统功能

ION Enterprise 从装置中读取谐波及相关电能质量数据，通过网络共享，形成报表、图形，便于管理人员直观使用。 在数据管理方面，软件支持Microsoft 的IIS 技术及SQL SERVER 2005标准的数据库配置的WEB 服务器实现数据的共享。在局域网中的计算机可通过IE 浏览器方便地访问数据，完成画面浏览、报表查询等功能。这样在技术上保障了系统有很好的互联与扩充能力。

● 数据采集与累计

电能计量和其它参数计量等。

完全兼容施耐德系列电力监控仪表。能够读取表计中的数据，控制继电器和数字输出，实现装置的远程设置和版本升级。

具有与第三方表计、传感器、PLC 、RTU 等电力设备的接口，通过Modbus 、RTU 或ModbusTCP 协议可快速实现与远程设备的直接通讯，或者连接其它设备的输出到ION 或PowerLogic 表计的数字量或模拟量输入。

● 实时监测

可在任何地方，通过任何工作站，查看一个或多个装置或一个变电站的主要监测点数据。

显示实时电量参数和电能参数，历史曲线和事件记录，报警信息，设备状态（打开/闭合，温度，压力等），控制触发和其它分析工具。

通过Virtual Processor 执行复杂的数据计算，同时显示并记录原始数据。 可选已配置报表或者用户自定义报表，由数字，刻度盘，棒图或趋势图，坐标或正视图，地图，像片和动画等构成。

建立图表间的超链接，通过简单的选择可查看相关的细节内容，例如通过查看某位置的总体情况，点击某条支路可查看支路的情况，再点击支路的某一扰动事件可查看此拢动的事件分析。

通过查询向导（Query Wizard）方便地引用和分析选定范围的数据信息。

● 电能质量分析

提供连续的，大范围内的监测，采集数据，进行电能质量和可靠性分析

遵循IEC61000-4-30和EN50160标准，检验是否符合电能质量的国际标准。以数字表格或图形显示便于快速查阅电能质量状况。

显示谐波频谱图，奇/偶次谐波，THD ，K 因子，峰值因子，矢量图和序分量 绘制持续时间长达几秒的波形图，通过波形图显示电压、电流的关系，分析故障原因。 满足工业标准的电压容忍曲线，

绘制上冲，

下陷，短时中断和其它干扰事件，包括ITIC （CBEMA ）和SEMI 。

对任一事件，显示一系列的带时标的子事件，点击任一子事件可查看详细的信息。 支持广泛范围的应用：

✧ 诊断、分析发生电能质量事件的设备原因或程序故障。 ✧ 提前评估当前电能质量状况和趋势。

✧ 识别设备故障，确定电能分配状况和设备操作的可靠性

✧ 根据标准设置电能质量指标，并针对不同的服务区域、装置或程序进行对比 ✧ 设置电能质量指标阈值，确定系统变化或设备升级产生的影响 电能质量控制和报警

通过测定系统和站点的电能质量，致力于发现一些潜在电能质量危害，例如谐波、

电压偏移以及配电系统的事件、此外，它还用于捕捉系统的越限情况和能源消耗异常，发出报警信息，并以包括：Email 、手机短信、PDA 、工作站等多种形式通知相关工作人员，有助于减少设备误动作、降低能源成本、帮助配电系统规划、提高生产效率以及提供系统性的能源整体视图。

● 报表

报表可以自动生成，或按时间表生成，或由事件触发生成，并可通过email 或HTML 自动发送。 标准报表：

✧ 采用快速方便的报表向导，通过Microsoft Excel 生成报表；

✧ 能量和需量报表－联合多路馈线，定义时段中每一个计费周期的费用，与实际计费结构一致，并具有万年历和分时计费。 ✧ 负荷曲线报表－在指定时间段的系统使用情况，包括时标和峰值用量

✧ 符合IEC61000-4-30和EN50160报表－

“pass/fail”指明系统电能质量水平，包括闪变。

✧ 电能质量分析报表－扰动波形，电压容忍度曲线和谐波柱状图。 自定义报表

✧ 通过Visual Basic或SQL Server报表工具，如Crystal Reports（水晶报表）定制报表，进行进一步的分析。

✧ 结合ION Enterprise数据和其它数据库显示实际的运行情况

● 趋势分析

任何参数的趋势：电压、电流、功率、功率因数、需量、预测需量、电能、谐波、温度等。可绘制任意时间段各次谐波、正、负、零序、不对称因数、电压变动、电压闪变、电压偏差、频

率、有功、无功、功率因数的变化曲线。变化曲

线以不同形式表示：分相图或三相合成图。分相图可以分别显示 A 、 B 、 C 三项电压的变化曲线；合成图可将三相曲线同时显示在一个坐标区域，便于细致分析比较三相差别。

7. 系统方案

7.1 电能质量监控系统的装置选型 7.1.1 系统管理层配置

主控层主要包括监控主机、应用软件及相关的网络设备，其具体配置如下： 硬件配置

● 配置1台监控主机，HP 高性能 服务器：双核 2.8GHz/2×512M 双通道内存/160G硬

盘/100M网卡/DVD刻录/声卡、音箱/19”液晶显示器。主要用于数据采集与处理，存储数据库模型、网络构建、历史数据查询；完成各种图形显示、网络设备的运行监视与控制等功能；

● 配置1台HP 激光打印机，Laser HP1320，A4，完成运行报表、曲线以及各种事件的

实时打印。 软件配置

电能质量监控软件采用ION Enterprise 电力监控组态软件，实现数据采集与处理、状态监视、事故过程记录与分析、开关操作、数据存储、处理、共享等全部功能。其中电力监控组态软件还包括分时计费软件，谐波分析软件、故障录波分析工具、曲线查询工具、多功能报表软件等。

● 配置1套ION Enterprise 电能质量监控软件。实现整个系统的监控、管理、网络通讯

等全部监控功能；

● 配置1套Windows 2003 标准版操作系统作为整个电能质量监控系统的操作系统平台； ● 配置1套SQL Server 2005标准版。 ● 配置1套Office2003。

7.2通讯接口层配置

通讯层主要是指通讯网络，包括通讯设备、通讯线路等，主要包括以下： 硬件配置

● 工业级交换机（具体配置数量根据实际系统而定）；

● 光电转换器，实现与光纤通道的转换（具体配置数量根据实际系统而定）； ● 按实际情况配置电缆，包括屏蔽双绞线、网线、光纤等。

7.3现场监控层配置

硬件配置

● 配置ION 7650高端电能质量监控装置 ● 配置PM810常规电力参数测量仪 具体设备的数量和分布视系统配电图决定。

ION 7650具有实以太网口，同时具有以太网关功能。根据实际分布情况，电能质量监控装置的通信方式可选择：

1） 采用直接以太网通信方式，即ION7650直接通过以太口接入交换机，采用光纤通

道向监控主机传送数据。

2） 采用以太网关的方式，即PM810采用RS-485方式连接，用最前端的ION7650采

用以太网方式接入交换机。

ION Enterprise 电力监控软件 其它系统监控主机

100M 以太网

ION7650

ION7650

以太网关

Modbus

Modbus

Modbus

Modbus