1 項目背景
環(huán)智國際大廈位于上海市閘北區天目西路與恒豐路交界處，是上海著(zhù)名的不夜城商業(yè)中心，可以方便快捷地通過(guò)上?；疖?chē)站的鐵路、高鐵和三條地鐵線(xiàn)抵達上海各區乃至全國，還有上海到北京、天津、香港等地的直通快車(chē)。集高檔辦公、購物、時(shí)尚、餐飲為一體的環(huán)智國際大廈，是體驗上海高品質(zhì)多元都市生活的新地標。大廈擁有 5600多平方米的購物中心及32000多平方米的辦公區域，由 29層高樓建筑和3層裙房組成。大廈樓層凈高2.7米，水平垂直線(xiàn)槽橋架設計方便纜線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )自由鋪設，智能化采暖、通風(fēng)空調系統，有線(xiàn)電視、語(yǔ)音及數據干線(xiàn)連接保證入駐企業(yè)安全、舒適地工作。在商務(wù)辦公之余更可眺望不夜城的繁華。
對于這樣一個(gè)地標性的五星級綜合性大廈，保證配電系統的安全可靠運行極為重要，為了對大廈內的中低壓配電系統實(shí)現自動(dòng)監控與管理，提高物業(yè)管理的水平，使用電力監控系統對配電網(wǎng)絡(luò )中的智能設備進(jìn)行集中監控就成了一種必然選擇。
2 用戶(hù)需求
環(huán)智國際大廈配電系統主要包括：一個(gè)10KV高壓配電室、2個(gè)0.4KV低壓配電室和132個(gè)樓層配電箱。電力監控系統需要通過(guò)T1-T4變壓器溫度控制箱的RS485接口采集變壓器繞組超溫報警信號、鐵芯超溫報警信號以及傳感器故障信號，并要具有聲音報警功能。需要采集直流柜的電池充放電狀態(tài)、電池組電壓、電池組電流、電池房溫度等信號，并通過(guò)直流屏信息表在界面上顯示出來(lái)。
能夠與10KV M5-F微機保護裝置進(jìn)行通信，主要采集微機保護裝置傳來(lái)的電壓、電流、功率、頻率、功率因數、斷路器狀態(tài)、手車(chē)位置等電力參數。對于低壓開(kāi)關(guān)柜和樓層配電柜內安裝的電力測量?jì)x表，主要采集電壓、電流、功率、電能等電力參數。對本工程中所有電力系統的運行參數進(jìn)行自動(dòng)采集與分析，并能夠定時(shí)保存到數據庫中，保存時(shí)間間隔要求電壓、電流、功率為1分鐘一次電能值為5分鐘一次。
需要采用簡(jiǎn)體中文Windows NT4.0/Window2000或者WindowsXP 操作系統軟件，并應提供配套的圖形化操作軟件、報警管理軟件、參數設置軟件、歷史數據記錄與管理及報表生成軟件、通訊服務(wù)軟件和繪圖軟件以及數據庫編程軟件等。管理人員能夠通過(guò)大廈地下一層監控值班室內的PC機對系統進(jìn)行監控管理。
對電力監控軟件的要求如下：能在一個(gè)畫(huà)面上進(jìn)行所有的操作設定作業(yè)及對系統進(jìn)行監控；可由鼠標的拖拽方式，簡(jiǎn)便的設定時(shí)間，也可在控制板上進(jìn)行簡(jiǎn)便的設置；采用易操作的拖放方式，易于編輯各控制點(diǎn)的平面圖；鼠標所指區域即顯示相關(guān)斷路器和群組的編號，以及顯示該區的工作狀態(tài)（開(kāi)關(guān)）；提供方便的動(dòng)態(tài)畫(huà)面功能，使控制區域更加生動(dòng)直觀(guān)；可監測所有有關(guān)控制區的各項工作狀態(tài)信息；可發(fā)出工作異常報警，并顯示異常區域、異常工作點(diǎn)的具體地址；提供運行時(shí)間分析及歷史記錄分析功能；可收集一定的日志數據顯示于畫(huà)面或打??；提供對于各進(jìn)線(xiàn)及饋線(xiàn)回路的電能量的查詢(xún)和導出功能；可按照國際標準協(xié)議轉發(fā)主要回路的電力參數給樓宇設備自控（BA）系統。
對于環(huán)智國際大廈電力監控系統的硬件配置要求主要如下：主機處理器Intel Core2 Quad Qx6850，內存4096 DDR2，硬盤(pán)250GB；19” TFT LCD顯示屏；配備A3激光打印機。
3 設計方案
3.1 主要設計參考標準
DL/T 814-2002 《配電自動(dòng)化系統功能規范》
ISO/IEC11801 《國際綜合布線(xiàn)標準》
GBJ232-2005 《電測量?jì)x表裝置設計技術(shù)規程》
DL5002-2003 地區電網(wǎng)電力調度自動(dòng)化設計技術(shù)規范
IEC60870-5-101 遠動(dòng)設備及系統傳輸規約
IEC60870-5-104 遠動(dòng)網(wǎng)絡(luò )傳輸規約
IEC60870-6-TASE2 遠動(dòng)設備及系統計算機數據通信規約
GB50171-2004 《電氣裝置安裝工程盤(pán)、柜及二次回路結線(xiàn)施工及驗收規范》
DL/T721-2006 《配電網(wǎng)自動(dòng)化系統遠方終端》
GB/50198-2003 《監控系統工程技術(shù)規范》
GB50254～59-2002 《電氣裝置安裝工程施工及驗收規范》
GB/J63-2007 《電力裝置的電測量?jì)x表裝置設計規范》
ISARP55.1 《數字處理計算機硬件測試》
DL/T630 《交流采樣遠動(dòng)終端通用技術(shù)條件》
各回路通訊端口分配與監控回路確定
根據環(huán)智國際大廈高低壓配電系統一次圖確定需要進(jìn)行監控的回路，并根據現場(chǎng)配電柜安裝的實(shí)際位置合理確定通訊線(xiàn)纜的走向及通訊端口的分配，如下表所示（部分）：
3.3 通訊線(xiàn)纜綜合布線(xiàn)過(guò)程
環(huán)智國際大廈布線(xiàn)平面圖
施工前的檢查：
1．在工程開(kāi)始之前，必須對設備間的建筑和環(huán)境條件進(jìn)行檢查，具備下列條件方可開(kāi)工：
（1）設備間的土建工程已全部竣工，室內墻壁已充分干燥。設備間門(mén)的高度和寬度應不妨礙設備的搬運，房門(mén)鎖和鑰匙齊全；
（2）設備間地面應平整光潔，預留暗管、地槽和孔洞的數量、位置、尺寸均應符合工藝設計要求；
（3）電源已經(jīng)接入設備間，應滿(mǎn)足施工需要；
（4）設備間的通風(fēng)管道應清掃干凈，空氣調節設備應安裝完畢，性能良好；
（5）在鋪設活動(dòng)地板的設備間內，應對活動(dòng)地板進(jìn)行專(zhuān)門(mén)檢查，地板板塊鋪設嚴密堅固，符合安裝要求，每平米水平誤差應不大于2mm，地板應接地良好，接地電阻和防靜電措施應符合要求。
屏蔽雙絞線(xiàn)傳輸通道施工：
1. 金屬管的敷設
（1）金屬管的要求
金屬管應符合設計文件的規定，表面不應有穿孔、裂縫和明顯的凹凸不平，內壁應光滑，不允許有銹蝕。在易受機械損傷的地方和在受力較大處直埋時(shí)，應采用足夠強度的管材。
（2）金屬管的切割套絲
在配管時(shí)，根據實(shí)際需要長(cháng)度，對管子進(jìn)行切割。管子的切割可使用鋼鋸、管子切割刀或電動(dòng)切管機，嚴禁用氣割。管子和管子連接，管子和接線(xiàn)盒、配線(xiàn)箱的連接，都需要在管子端部進(jìn)行套絲。套絲時(shí)，先將管子在管鉗上固定壓緊，然后在套絲，套完后應立即清掃管口，將管口端面和內壁的毛刺銼光，使管口保持光滑。
（3）金屬管的敷設
金屬管的暗設應符合下列要求：預埋在墻體中間的金屬管內徑不宜超過(guò)50mm，樓板中的管徑宜為15-25mm，直線(xiàn)布管30mm處設置暗線(xiàn)盒。金屬管連接時(shí)，管孔應對準，接縫應嚴密，不得有水泥、沙漿滲入。管孔對準、無(wú)錯位，以免影響管、線(xiàn)、槽的有效管理，保證敷設線(xiàn)纜時(shí)穿設順利。
雙絞線(xiàn)線(xiàn)纜布線(xiàn)：
1. 線(xiàn)纜布放的一般要求
（1）線(xiàn)纜布放前應核對規格及位置是否與設計規定相符合；
（2）布放的線(xiàn)纜應平直，不得產(chǎn)生扭絞、打圈等現象，不應受到外力擠壓和損傷；
（3）在布放前，線(xiàn)纜兩端應貼有標簽，標明起始和終端位置以及信息點(diǎn)的標號，標簽書(shū)寫(xiě)應清晰、端正和正確；
（4）信號電纜、電源線(xiàn)、雙絞線(xiàn)纜、光纜及建筑物內其它弱電線(xiàn)纜應分離布放。
（5）布放線(xiàn)纜應有冗余。在二級交接間、設備間雙絞電纜預留長(cháng)度一般為3-6m，工作區為0.3-0.6m。特殊要求的應按設計要求預留。
2. 線(xiàn)纜牽引
用一條拉線(xiàn)將線(xiàn)纜牽引穿入墻壁管道、吊頂和地板管道稱(chēng)為線(xiàn)纜牽引。在施工中，應使拉線(xiàn)和線(xiàn)纜的連接點(diǎn)盡量平滑，所以要采用電工膠帶在連接點(diǎn)外面緊緊的纏繞，以保證平滑和牢靠。
3. 雙絞線(xiàn)連接和通訊服務(wù)器的端接
雙絞線(xiàn)端接的一般要求：線(xiàn)纜在端接前，必需檢察標簽顏色和數字的含義，并按順序端接；線(xiàn)纜中間不得產(chǎn)生接頭現象；線(xiàn)纜端接處必需卡接牢靠，接觸良好；線(xiàn)纜端接處應符合設計和廠(chǎng)家安裝手冊要求；雙絞電纜與儀表和通訊服務(wù)器連接時(shí)，應按照紅色線(xiàn)接485+黑色線(xiàn)接485-的原則，不得顛倒和錯接。
3.4 高壓10KV配電部分設計
10KV配電一次圖
10KV配電間主要包括2路10KV進(jìn)線(xiàn)柜、2個(gè)量電柜、2個(gè)避雷器柜、4個(gè)10/0.4KV變壓器饋線(xiàn)柜。10KV配電間總共使用了8臺M5-F微機保護裝置。
M5為通用型保護測控裝置，采用大容量、資源冗余設計，適用于110KV及以下電壓等級電網(wǎng)的保護、控制、測量和監視，可配置為線(xiàn)路、電容器組、電動(dòng)機保護，變壓器保護，備用電源自投等功能的數字微機繼電保護控制裝置。它們可用于不同的主接線(xiàn)方式，如單母線(xiàn)、雙母線(xiàn)及多母線(xiàn)接線(xiàn)。保護功能也支持不同類(lèi)型的電網(wǎng)，如中性點(diǎn)不接地系統、經(jīng)消弧線(xiàn)圈接地系統和小電阻接地系統。M5還能應用于中型的三相異步電動(dòng)機保護，以及用于無(wú)功補償的并聯(lián)電容器組的保護和控制。
除了具有保護，測量，控制和狀態(tài)監視功能之外，M5還提供支持IEC-61131-3圖形可編程標準的PLC邏輯可編程功能。另外，M5可存儲4組保護定值，組別切換功能使其快速方便地適應多種運行方式。M5支持RS485總線(xiàn)、PROFIBUS總線(xiàn)、光纖、以太網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò )形態(tài)，以滿(mǎn)足不同用戶(hù)、不同工業(yè)現場(chǎng)、不同網(wǎng)絡(luò )環(huán)境、不同規模的系統對通信和網(wǎng)絡(luò )結構的要求。支持雙網(wǎng)模式，并行或以熱備用方式工作。從而進(jìn)一步提高了通信的可靠性?？梢允褂肐EC60870-5-103規約和Modbus RTU規約實(shí)現與上層設備的通信。
3.5 0.4KV低壓配電部分設計（部分）
0.4KV T1變壓器配電間一次圖
0.4KV總進(jìn)線(xiàn)部分選用ACR330ELH網(wǎng)絡(luò )電力儀表。該儀表主要能夠完成如下電參量的采集：三相電流、三相電壓、有功功率、無(wú)功功率、視在功率、功率因數、頻率；四象限電能、復費率電能；THDu，THDi、2-31次各次諧波分量；電壓波峰系數、電話(huà)波形因子、電流K系數、電壓與電流不平衡度；電網(wǎng)電壓電流正、負、零序分量（含負序電流）。該儀表還具有4DI+3DO，可以接入斷路器分合閘信號；儀表的通訊接口為RS485，支持Modbus協(xié)議或DL/T645規約。
對于0.4KV的饋線(xiàn)回路選用了ACR220ELF網(wǎng)絡(luò )電力儀表。該儀表主要具備如下功能：LCD顯示、全電參量測量（U、I、P、Q、PF、F）；四象限電能計量、復費率電能統計、最大需量統計；4DI+2DO；RS485通訊接口、支持Modbus通訊協(xié)議。
系統結構設計
對于環(huán)智大廈電力監控系統由于樓層配電箱中電力儀表安裝比較分散，表與表之間的距離通常在幾十米到一百米之間。因此該項目設計在現場(chǎng)設備層，各柜體及樓層配電箱中安裝的電力儀表之間的通訊連線(xiàn)采用485總線(xiàn)結構。
RS-485采用平衡發(fā)送和差分接收，因此具有抑制共模干擾的能力。加上總線(xiàn)收發(fā)器具有高靈敏度，能檢測低至200mV的電壓，故傳輸信號能在千米以外得到恢復。 RS-485采用半雙工工作方式，任何時(shí)候只能有一點(diǎn)處于發(fā)送狀態(tài)，因此，發(fā)送電路須由使能信號加以控制。RS-485用于多點(diǎn)互連時(shí)非常方便，可以省掉許多信號線(xiàn)。應用RS-485 可以聯(lián)網(wǎng)構成分布式系統，其允許最多并聯(lián)32臺驅動(dòng)器和32臺接收器。
配電間485總線(xiàn)結構網(wǎng)絡(luò )拓撲圖
與樓宇設備自控系統之間數據交互設計
BA系統和本電力監控系統之間數據交互協(xié)議采用Modbus TCP協(xié)議，該協(xié)議的數據傳輸是通過(guò)以太網(wǎng)，因此BA系統和電力監控系統之間只需要通過(guò)一根網(wǎng)線(xiàn)連接即可。
環(huán)智國際大廈電力監控系統基于A(yíng)crel-2000電力監控組態(tài)軟件平臺進(jìn)行開(kāi)發(fā)設計。Acrel-2000電力監控組態(tài)軟件具有數據轉發(fā)組件，可以方便的將電力監控系統中實(shí)時(shí)數據庫中的數據以Modbus TCP協(xié)議進(jìn)行發(fā)送，樓宇設備自控系統可以通過(guò)該數據接口接收電力監控系統發(fā)送來(lái)的數據。在電力監控系統的轉發(fā)設備配置界面，通訊方式要選擇TCP/IP網(wǎng)絡(luò )服務(wù)器模式，設置好本地IP地址和發(fā)送數據使用的端口號。
數據交換通訊協(xié)議格式
數據交互點(diǎn)表，數據類(lèi)型和通道編號如下表所示：
參考文獻
任致程、周中編著(zhù) 電力電測數字儀表原理與應用指南 中國電力出版社 2007.4
作者簡(jiǎn)介：
李功：上海安科瑞電氣股份有限公司系統集成部，從事變配電監控系統。
技術(shù)交流：TEL：021-59104852 QQ：1696831581
