基于安科瑞電力監(jiān)控儀表的通信基站能耗綜合管理系統(tǒng)

王海芹

 安科瑞電氣股份有限公司   嘉定   201801

1、通信基站能耗現(xiàn)狀分析

通信運(yùn)營商的蜂窩網(wǎng)基站數(shù)量大，分布面廣，安裝位置分散且情況復(fù)雜。基站大多是租用民房，有些電表由電網(wǎng)公司安裝，有些電表為業(yè)主安裝，表的類型非常多，既有感應(yīng)式電度表，也有電子式電度表，還有 IC 卡電表。由于點(diǎn)多面廣，情況復(fù)雜，通信公司需要派專人或委托代維公司抄表、維護(hù)，以滿足基站的電量核算、用電分析等能耗日常管理。特別是近年來，隨著基站數(shù)量迅速增加，用電成本已經(jīng)成為運(yùn)營商的主要成本，而且比例還在逐年增加，節(jié)能降耗已成為公司重點(diǎn)工作之一。但目前基站用電管理缺乏有效手段：柴油機(jī)發(fā)電管理混亂、用電信息分析統(tǒng)計(jì)失真。節(jié)能目標(biāo)缺乏科學(xué)依據(jù)。

目前通信基站能源監(jiān)控和管理中有如下幾個問題特別突出： 

1）、出現(xiàn)供電故障無法及時得知。

基站內(nèi)采用三相供電，有時會出現(xiàn)缺相、三相不平衡、電壓偏差超標(biāo)甚至停電等各種各樣的供電故障。這些故障的出現(xiàn)會嚴(yán)重影響基站內(nèi)設(shè)備的正常運(yùn)行，如不能及時發(fā)現(xiàn)搶修就有可能使基站設(shè)備停機(jī)造成通訊故障甚至損壞設(shè)備，導(dǎo)致嚴(yán)重的損失。靠人工監(jiān)控根本就無法及時發(fā)現(xiàn)上述的故障。 

2）、非電力供電基站電費(fèi)失真。

除電力供電基站外，有很大一部分基站都是采用出租房屋方提供的電源，因場地條件限制，許多電表安裝無法規(guī)范，可人為私自改動電表或私接電源竊電的機(jī)會很多。由于沒有先進(jìn)的技術(shù)手段對此行為進(jìn)行監(jiān)督管理，光靠現(xiàn)有的管理手段，既使有人改電表或竊電，我們的工作人員也無法知道。

3）、人工發(fā)電時長統(tǒng)計(jì)管理混亂。

過去，每個基站的常規(guī)用電數(shù)量、基站突發(fā)性斷電人工發(fā)電時長及電費(fèi)等數(shù)據(jù)都靠人工進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，其最大的弊病是方法落后、統(tǒng)計(jì)隨意性大和數(shù)據(jù)不精確。 隨著基站代維方式的引進(jìn)，代維單位到基站發(fā)電的次數(shù)、發(fā)電起始時間、人工發(fā)電總時長及該支付給代維單位的路費(fèi)、人工發(fā)電費(fèi)等數(shù)據(jù)無法核實(shí)，造成很大浪費(fèi)。 

4）、私接基站電源竊電

現(xiàn)在所有機(jī)房都是無人值守機(jī)房，正好給竊電分子有機(jī)可乘。加之大多數(shù)人對竊電行為的嚴(yán)重性意識不足，認(rèn)為竊電不是違法犯罪，移動有錢對這點(diǎn)小錢不在乎。另外竊電者的竊電手段普遍都比較高明，不通過技術(shù)的手段是很難抓到竊電者的。利用私接電線的手段進(jìn)行竊電的現(xiàn)象相當(dāng)普遍。這樣的問題基站現(xiàn)場電表讀數(shù)是無法真實(shí)反映基站實(shí)際用電情況的。

5）、對于基站的能耗狀況缺乏系統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)資料

由于人工抄表時間不固定，不能進(jìn)行日抄表，因此很難建立起系統(tǒng)的用電統(tǒng)計(jì)資料。這對于移動公司選擇節(jié)約基站用電方案，監(jiān)測能耗異常變化、測試節(jié)能效果缺乏有效依據(jù)。 

6）、效率低下、效果不好、勞動強(qiáng)度大

由于基站的分布特別分散，不集中，而且都在樓宇頂層上，特別是在郊區(qū)更加分散，抄表的效率極其低下。一個抄表員平均每天僅能夠抄15只表，每個抄表員每月以22天計(jì)算僅能抄錄330個表。4000多個基站至少需要15名抄表員。正常情況下，監(jiān)控人員不可能這樣滿負(fù)荷地工作，因此至少需要 20~25 名工作人員。

即使如此每個月每個基站也只能檢查一次，對于突發(fā)的供電不正常等情況完全不能應(yīng)對。除了要抄表之外抄表員還要負(fù)責(zé)檢查IC卡表是否余額不足、IC卡充值、是否有偷電情況發(fā)生、是否供電不正常等等。這些工作有些技術(shù)性很強(qiáng)，不是一般的抄表員能夠完成的。

7）、用電管理手段落后，導(dǎo)致非主營業(yè)務(wù)管理成本增加

由于沒有有效的科學(xué)管理手段，主要依靠人工采集數(shù)據(jù)，運(yùn)營商必須投入大量的人員對基站市電供電單位或個人進(jìn)行電費(fèi)核對結(jié)算工作。調(diào)解用電糾紛，這樣增加了過多的人力資源與管理成本在非主營業(yè)務(wù)上的耗費(fèi)。 

2. 通信基站尋求能耗綜合管理建設(shè)方案

通信基站能耗綜合管理系統(tǒng)平臺是一種軟、硬件結(jié)合的平臺，通過能耗數(shù)據(jù)監(jiān)測采集、基于能效的指標(biāo)量化管理和分析應(yīng)用三個體系的建設(shè)，對通信基站、接入網(wǎng)點(diǎn)、模塊局、中心機(jī)房內(nèi)的各類設(shè)備能耗（含主設(shè)備、電源系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)、監(jiān)控設(shè)備、 配套系統(tǒng)等）、環(huán)境參數(shù)（濕度、溫度等）進(jìn)行精細(xì)化監(jiān)測，實(shí)現(xiàn)對能耗數(shù)據(jù)的匯總、對比和分析，建立適合通信企業(yè)的各類能效評估指標(biāo)和管理流程，為進(jìn)一步開展節(jié)能措施提供依據(jù)。

系統(tǒng)通過監(jiān)控單元監(jiān)測通信基站市電的電參數(shù)和每一支路的用電量，可對以上各電量 數(shù)據(jù)進(jìn)行每小時、天、月、年等分時段的統(tǒng)計(jì)、管理及分析，能夠呈現(xiàn)某個時間段、某個機(jī)房、某類設(shè)備的用電量數(shù)據(jù)及所有設(shè)備的總用電量數(shù)據(jù)，并可對其橫向比較、同比、環(huán)比，結(jié)合基礎(chǔ)信息計(jì)算得出基站或者設(shè)備用電標(biāo)桿，通過智能決策分析系統(tǒng)對于用電異常基站或設(shè)備及時以短信、語音、工單的方式通知維護(hù)人員，并提出整改意見。

3. 通信基站能耗綜合管理系統(tǒng)在烏蘭察布聯(lián)通公司中的應(yīng)用

3.1、案例分析

烏蘭察布聯(lián)通公司隸屬于中國聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信有限公司內(nèi)蒙古分公司，是由原中國聯(lián)通和中國網(wǎng)通于2008年10月15日合并后成立的特大型國有電信企業(yè)，擁有固定資產(chǎn)13億元，下轄十個旗縣市分公司，員工2000余人，主要經(jīng)營GSM移動通信、互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)、國內(nèi)、國際各類固定電信網(wǎng)絡(luò)設(shè)施及相關(guān)電信服務(wù)，擁有GSM手機(jī)用戶25萬戶，固話、寬帶、小靈通等各類用戶總數(shù)35萬戶。

本項(xiàng)目是針對聯(lián)通烏蘭察布分局通訊基站所設(shè)計(jì)的通信基站能耗綜合管理系統(tǒng)。通訊基站在通信中的地位非常重要，通信信號主要通過基站傳輸，基站將從手機(jī)收到的信號傳給服務(wù)器，服務(wù)器經(jīng)過處理再發(fā)送給基站，基站再發(fā)送給目標(biāo)手機(jī)，就完成了一次通信。如果沒有基站，就無法完成通信，包括固定電話也是這樣。本系統(tǒng)正是通過對通訊基站的供電系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測來確保其供電正常，從而使通訊基站不至于因供電系統(tǒng)的故障導(dǎo)致影響其運(yùn)行，并且無法讓管理人員及時得到故障信息。

3.2、軟件設(shè)計(jì)參照的標(biāo)準(zhǔn)和依據(jù)

GB/50198-94 《監(jiān)控系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范》

GB/T13730 《地區(qū)電網(wǎng)數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)通用技術(shù)條件》

DL/T630 《交流采樣遠(yuǎn)動終端通用技術(shù)條件》

GB/T13729 《遠(yuǎn)動終端通用技術(shù)條件》

GB2887 《計(jì)算站場地技術(shù)要求》

3.3、系統(tǒng)架構(gòu)

通訊網(wǎng)絡(luò)：通訊網(wǎng)絡(luò)集聯(lián)包括現(xiàn)場設(shè)備的連接和通訊網(wǎng)路的組建。現(xiàn)場智能儀表之間的連接，各電表通過屏蔽雙絞線，并且以現(xiàn)場總線方式進(jìn)行傳輸接入動環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)；由于聯(lián)通的基站分布廣，基站與局站之間相隔很遠(yuǎn)達(dá)到數(shù)千米級別，我們可以考慮應(yīng)用光纖來組網(wǎng)傳輸。

通訊設(shè)備：主要由通訊管理機(jī)、以太網(wǎng)設(shè)備及總線網(wǎng)絡(luò)組成。該層是數(shù)據(jù)信息交換的橋梁，負(fù)責(zé)對現(xiàn)場設(shè)備回送的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行采集、分類和傳送等工作的同時，轉(zhuǎn)達(dá)上位機(jī)對現(xiàn)場設(shè)備的各種控制命令。

    通訊管理機(jī)：是系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理和智能通訊管理中心。它具備了數(shù)據(jù)采集與處理、通訊控制器、前置機(jī)等功能。以太網(wǎng)設(shè)備：包括工業(yè)級以太網(wǎng)交換機(jī)。

通訊介質(zhì)：系統(tǒng)主要采用屏蔽雙絞線、光纖以及無線通訊等。

聯(lián)通監(jiān)控平臺要通過主站來監(jiān)測查詢各個基站的能耗數(shù)據(jù)并且從局站能耗管理服務(wù)器對基站監(jiān)控中心獲取的能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行后臺統(tǒng)計(jì)分析，并對生成能耗管理報表的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，從而構(gòu)造一套綜合組網(wǎng)的能耗管理系統(tǒng)，將局站基礎(chǔ)信息存儲到能耗管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中；統(tǒng)計(jì)分析所生成的能耗匯總數(shù)據(jù)、能耗同比數(shù)據(jù)、能耗環(huán)比數(shù)據(jù)、單位能耗分析數(shù)據(jù)、能耗效率數(shù)據(jù)等。

3.4、設(shè)備參數(shù)列表

序號	名稱	型號、規(guī)格	單位	數(shù)量
1	現(xiàn)場設(shè)備層
	電力儀表		只	27
2	站控管理層
	工作站主機(jī)	EVOC IPC-810B Core2 2.66G /1G/250G +鍵鼠等	臺	1
	顯示器	19W"液晶顯示器	臺	1
	UPS電源	C1K/1KVA	臺	1
	打印機(jī)	HP 1007 A4幅面	臺	1
	操作臺	鋼木結(jié)構(gòu)含一椅	套	1
	能耗分析軟件	系統(tǒng)組態(tài)軟件Acrel-5000	套	1
	能耗分析軟件	數(shù)據(jù)存儲軟件Acrel-dbSQL	套	1
	能耗分析軟件	電力監(jiān)控軟件Acrel-EnerSys	套	1
	能耗分析軟件	設(shè)備驅(qū)動軟件Acrel-Driver	套	1
3	網(wǎng)絡(luò)通訊層
	工業(yè)串口服務(wù)器	JetPort5604i   RS485接口×4	套	1

3.5、系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)

遙測正確率：	≥99.9%
模擬量測量綜合誤差：	＜0.5%
遙測更新周期：	15min（最小分辨率1min可調(diào)）
調(diào)用畫面響應(yīng)時間：	＜2S
事故推畫面時間：	＜2S
網(wǎng)絡(luò)速率：	10M/100M
工作環(huán)境溫度范圍：	-20℃~+55℃
相對溫度：	≤95%（25℃）
歷史曲線日報，月報儲存時間	≥1年
系統(tǒng)使用壽命：	≥5年
系統(tǒng)平均無故障時間MTBF：	≥30000小時

3.6、現(xiàn)場設(shè)備層可安裝電力儀表種類

以某一配電箱為例，如下圖所示：市電、油機(jī)進(jìn)線投切點(diǎn)與出線配電柜距離較遠(yuǎn)，在A0處配儀表DTSD1352并加裝電流互感器(鑒于是改造項(xiàng)目，推薦使用開口式互感器)，在A1～A5處配儀表AMC16MA并加裝電流互感器；在B0～B12處配AMC16MD儀表并加裝霍爾傳感器。

3.6.1 DTSD1352電能計(jì)量儀表

●功能

檢測三相線路中的電壓、電流、功率、四象限電能,并實(shí)現(xiàn)當(dāng)市電與油機(jī)之間切換時，由開關(guān)量輸入信號進(jìn)行判斷，從而實(shí)現(xiàn)市電與油機(jī)的分項(xiàng)計(jì)量。

●外形尺寸及安裝方式

    

●接線示意：互感器接入

3.6.2 AMC16MA交流多路電能表

●功能

Ø 計(jì)量正反向有功、無功電能

Ø 測量三相總進(jìn)線的母線U 、2路三相進(jìn)線的I、P、Q、PF、36路單相出線（12路三相）的I、P、Q、PF

Ø 1路開關(guān)量輸出

Ø 1路RS485通訊

●外形尺寸及安裝方式

●電流回路接線示意

3.6.3 AMC16MD直流多路電能表

●功能

Ø 計(jì)量直流電能

Ø 測量直流母線U、42路直流出線I、P

Ø  1路RS485通訊

●外形尺寸及安裝方式

●電流回路接線示意

3.7、系統(tǒng)功能

3.7.1數(shù)據(jù)采集與處理

    數(shù)據(jù)采集是配電監(jiān)控的基礎(chǔ)，數(shù)據(jù)采集主要由現(xiàn)場測控層儀表采集完成，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)的本地實(shí)時顯示。需要完成采集的信號包括：三相電壓U、三相電流I、頻率Hz、功率P、功率因數(shù)COSφ、電度EPI、遠(yuǎn)程設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)等數(shù)據(jù)。

3.7.2數(shù)據(jù)庫建立與查詢

主要完成遙測量和遙信量定時采集，并且建立數(shù)據(jù)庫，每隔一定時間將所采集到的實(shí)時數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫中，供客戶自行根據(jù)時間查詢。 

3.7.3歷史數(shù)據(jù)及實(shí)時數(shù)據(jù)輸出

當(dāng)客戶查詢數(shù)據(jù)時，可以選擇將報表輸出為一個excel文檔或者直接打印以供存檔。

后臺工控機(jī)通過現(xiàn)場設(shè)備和通信系統(tǒng)提供的傳輸通道，完成對各回路電力參數(shù)的數(shù)據(jù)采集，信息經(jīng)分析、處理，以報表等多種形式供值班員參考，使值班員能夠便捷的掌握供電系統(tǒng)的運(yùn)行狀況，包括相關(guān)設(shè)備的運(yùn)行狀況。

3.7.4運(yùn)行信息與保護(hù)信息采集

系統(tǒng)采集來自智能測控單元裝置送來的參數(shù)，低壓主進(jìn)線、母聯(lián)和出線的遙測信號。包括每個回路的電壓、電流、有功功率 、無功功率、功率因數(shù)、頻率、有功電能、無功電能和各種報警信息等。

3.7.5人機(jī)操作界面

系統(tǒng)提供簡單、易用、良好的用戶使用界面。可按照配電所顯示配電系統(tǒng)設(shè)備狀態(tài)及相應(yīng)實(shí)時運(yùn)行參數(shù)。

系統(tǒng)軟件提供功能齊全的圖形編輯軟件，用戶可以根據(jù)實(shí)際情況和以往習(xí)慣自行定各種圖元圖形及設(shè)備在各種狀態(tài)下的顯示方式。

包括如下功能特征：

全圖形方式編輯的圖形畫面具有多種顯示特性，用戶可以非常直觀、方便地編輯、定位、查看有關(guān)信息和內(nèi)容。

提供畫面管理工具，可聯(lián)想相關(guān)調(diào)用、重要畫面快速調(diào)用、畫面文件索引選擇、事故自動調(diào)用畫面。

提供多種數(shù)值顯示手段，數(shù)值可用棒圖顯示、曲線顯示，并可根據(jù)數(shù)值狀態(tài)和系統(tǒng)狀態(tài)由用戶根據(jù)需要和習(xí)慣自行定義閃爍、變色及置上特殊符號以便區(qū)分包括遙測在內(nèi)的各種數(shù)據(jù)的正常、越上限、越下限等情況。

屏幕顯示：中文液晶顯示，可選擇圖形顏色、閃爍、動畫等手段充分表示工況圖及操作畫面、配電系統(tǒng)實(shí)用參數(shù)表格、各類操作票及報表、事故及故障報警顯示、測控及保護(hù)單元運(yùn)行工況顯示等電力運(yùn)行狀況；畫面顯示響應(yīng)時間1s。

3.7.6統(tǒng)計(jì)分析、報表、打印

數(shù)據(jù)庫實(shí)時和歷史記錄保留3年以上；

對各電氣設(shè)備和系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行匯總統(tǒng)計(jì)，并根據(jù)用戶要求生成各類報表，包括：

n 分時、日、月、季度和年度報表；

n 各設(shè)備參數(shù)和最值統(tǒng)計(jì)報表；

n 全系統(tǒng)運(yùn)行統(tǒng)計(jì)報表等；

n 對于事件記錄、報警和數(shù)據(jù)報表，可設(shè)置為定時打印；

3.7.7歷史記錄與趨勢分析

系統(tǒng)收集各監(jiān)測控制與管理裝置的實(shí)時數(shù)據(jù)并存儲在一個開放式數(shù)據(jù)庫中予以保存，系統(tǒng)可保存長時段（多年）的歷史記錄。根據(jù)歷史數(shù)據(jù)記錄可進(jìn)行各參數(shù)的年度、月度和日變化和實(shí)時數(shù)據(jù)趨勢分析，進(jìn)行分類和綜合比較分析，為業(yè)務(wù)流程優(yōu)化和設(shè)備設(shè)施使用優(yōu)化提供依據(jù)。

趨勢分析：

3.7.8系統(tǒng)安全

本系統(tǒng)軟件設(shè)置多達(dá)幾百種密碼分區(qū)和密級設(shè)置，為系統(tǒng)管理員、工程師、值長、一般值班操作人員等提供分級密碼，并對所有操作自動進(jìn)行帶時標(biāo)事件記錄，可建立良好的反事故措施。

用戶權(quán)限管理：

3.7.9故障分析與設(shè)備維護(hù)管理

系統(tǒng)依據(jù)帶時標(biāo)的事件記錄和波形記錄可進(jìn)行故障和事件的成因分析；另外，系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)開關(guān)等設(shè)備的狀態(tài)參數(shù)和累積壽命參數(shù)，可據(jù)此提出設(shè)備維護(hù)預(yù)告；

事件記錄：

3.7.10其他功能

其它日常管理，如運(yùn)行記錄及交接班記錄管理，設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、缺陷、維修記錄管理、規(guī)章制度等。管理功能滿足用戶要求，適用、方便、資源共享。各種文檔能存儲、檢索、編輯、顯示、打印。

4、總結(jié)

對于聯(lián)通公司來說，基站要做到精細(xì)能源管理，以目前的現(xiàn)狀，需投入大量的人力、物力和財(cái)力。因?yàn)閿?shù)量眾多，地理位置分散，給工作人員帶來極大的不便。 利用 Acrel-5000能耗綜合管理系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控，自動讀取相關(guān)數(shù)據(jù)并加以分析，還可進(jìn)一步進(jìn)行遠(yuǎn)程控制或設(shè)備維護(hù)，可減少人力資源、縮短修護(hù)時間并節(jié)省專線建設(shè)成本。

【參考文獻(xiàn)】

[1]任致程、周中編著  電力電測數(shù)字儀表原理與應(yīng)用指南 中國電力出版社 2007.4

[2]朱立泉 變配電系統(tǒng)的智能管理系統(tǒng)分析  智能建筑電氣技術(shù)  2007年第1卷第4期

[3]上海安科瑞電氣股份有限公司產(chǎn)品手冊.2013.01.版

作者簡介：

王海芹，女，本科，安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向?yàn)橹悄茈娋W(wǎng)供配電，Email: whq_861011@163.com 手機(jī)：18221933589   QQ: 1748707283