采用網(wǎng)絡(luò)電力儀表實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)有變配電設(shè)施的智能化改造
日期: 2018-12-18一、現(xiàn)有變配電設(shè)施的狀況
在工礦、企業(yè)及樓宇中， 電力的供應(yīng)對(duì)生產(chǎn)、工作的正常進(jìn)行有著非常重要的作用。而傳統(tǒng)的開關(guān)柜不僅配有數(shù)十個(gè)或更多的模擬指針儀表，大量繼電器的使用使生產(chǎn)、儲(chǔ)存、維修極不方便，并且以人的操作為主，無(wú)法實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)智能管理， 對(duì)于較為復(fù)雜的控制邏輯實(shí)現(xiàn)起來(lái)比較困難。隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，對(duì)電氣設(shè)備控制自動(dòng)化和智能化程度的要求越來(lái)越高，利用現(xiàn)代電子技術(shù)、傳感器技術(shù)、通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，將電力設(shè)備在正常及事故情況下的監(jiān)測(cè)、保護(hù)、控制、電力計(jì)量同工廠集散控制系統(tǒng)DCS、企業(yè)資源計(jì)劃ERP融合在一起， 以達(dá)到良好的管理， 已成為一種必然趨勢(shì)和發(fā)展方向。
從20世紀(jì)80年代末到90年代初，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)、電力電子技術(shù)、抗干擾技術(shù)等新技術(shù)的迅速發(fā)展，特別是網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的應(yīng)用使得自動(dòng)化技術(shù)得到了空前發(fā)展。各大公司開始把這些技術(shù)應(yīng)用于配電系統(tǒng)， 也就是所謂的把強(qiáng)電控制與微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)相結(jié)合，從而出現(xiàn)了智能型開關(guān)柜。這些智能元器件都是以微處理器為核心，具有測(cè)量、變換、保護(hù)、控制等功能，實(shí)際上就是一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)控制計(jì)算機(jī)。 同時(shí)都具有通信接口，可連接通信網(wǎng)絡(luò)與上位計(jì)算機(jī)通信形成智能型開關(guān)柜，從而組成智能配電系統(tǒng)。智能型配電系統(tǒng)不僅可以使企業(yè)減員增效，而且使上位管理更簡(jiǎn)單、便捷，與傳統(tǒng)的低壓配電柜組成的自動(dòng)配電系統(tǒng)相比， 并不增加太多成本，智能型配電系統(tǒng)逐步替代傳統(tǒng)配電系統(tǒng)將是市場(chǎng)趨勢(shì)。
從20世紀(jì)80年代末到90年代初，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)、電力電子技術(shù)、抗干擾技術(shù)等新技術(shù)的迅速發(fā)展，特別是網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的應(yīng)用使得自動(dòng)化技術(shù)得到了空前發(fā)展。各大公司開始把這些技術(shù)應(yīng)用于配電系統(tǒng)， 也就是所謂的把強(qiáng)電控制與微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)相結(jié)合，從而出現(xiàn)了智能型開關(guān)柜。這些智能元器件都是以微處理器為核心，具有測(cè)量、變換、保護(hù)、控制等功能，實(shí)際上就是一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)控制計(jì)算機(jī)。 同時(shí)都具有通信接口，可連接通信網(wǎng)絡(luò)與上位計(jì)算機(jī)通信形成智能型開關(guān)柜，從而組成智能配電系統(tǒng)。智能型配電系統(tǒng)不僅可以使企業(yè)減員增效，而且使上位管理更簡(jiǎn)單、便捷，與傳統(tǒng)的低壓配電柜組成的自動(dòng)配電系統(tǒng)相比， 并不增加太多成本，智能型配電系統(tǒng)逐步替代傳統(tǒng)配電系統(tǒng)將是市場(chǎng)趨勢(shì)。
二、現(xiàn)有變配電設(shè)施實(shí)現(xiàn)智能配電管理改造的方法和特點(diǎn)
? 1．為實(shí)現(xiàn)智能配電管理需要對(duì)現(xiàn)有變配電設(shè)施進(jìn)行改造。這時(shí)需要考慮以下特點(diǎn)
· 現(xiàn)有變配電設(shè)施在生產(chǎn)生活中運(yùn)行正常，起到了重大作用，還有著較長(zhǎng)時(shí)間的使用壽命，完全更換既不經(jīng)濟(jì)，也不可能。
· 對(duì)現(xiàn)有的變配電設(shè)施進(jìn)行改造，并且盡可能不要改動(dòng)現(xiàn)有的變配電設(shè)施結(jié)構(gòu)。
· 智能配電系統(tǒng)應(yīng)具備良好的開放性和適應(yīng)性。
? 2．實(shí)現(xiàn)智能配電功能需要采用先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)電力儀表技術(shù)
在智能配電監(jiān)控系統(tǒng)中，網(wǎng)絡(luò)電力儀表是目前最重要的系統(tǒng)組成之一。網(wǎng)絡(luò)電力儀表是一種由計(jì)算機(jī)控制，具有通信接口，通過連接開關(guān)柜中的電壓互感器、電流互感器，可對(duì)配電回路的電參量進(jìn)行采集測(cè)量，通過連接斷路器中的狀態(tài)觸點(diǎn)可對(duì)開關(guān)柜的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視，并依據(jù)關(guān)開狀態(tài)可控制配電回路的通斷動(dòng)作的一種智能元器件。這種網(wǎng)絡(luò)電力儀表主要用于采用普通斷路器的開關(guān)柜和配電柜中，使得配電柜中的各配電回路具有智能功能，并能使各配電回路連接到智能監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)中。與現(xiàn)有開關(guān)柜系統(tǒng)結(jié)合， 由計(jì)算機(jī)進(jìn)行智能化管理，從而實(shí)現(xiàn)集中數(shù)據(jù)處理、集中監(jiān)控、集中分析及集中調(diào)度的中低壓智能配電系統(tǒng)。典型的網(wǎng)絡(luò)電力儀表有瑞士DAE公司的ACUVIM系列、GE公司的POM系列等。一個(gè)完善的中低壓配電監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)于網(wǎng)絡(luò)電力儀表有著較高要求，主要功能及性能指標(biāo)如下：
· 電參數(shù)測(cè)量方式：交流采樣，真有效值測(cè)量。
· 輸人及測(cè)量精度：輸人電壓，最大線電壓750V；輸人電流等級(jí)，5A；測(cè)量精度，0．5％；頻率范圍，45～65Hz。
· 測(cè)量和顯示功能：能夠測(cè)量并顯示配電回路的相電壓、線電壓、線電流、有功功率、無(wú)功功率、視在功率、功率因數(shù)、頻率等參數(shù)及運(yùn)行狀態(tài)。也應(yīng)該有多種系列產(chǎn)品單獨(dú)測(cè)量部分參數(shù)，如電壓、電流等，以適應(yīng)不同需要。
· 溫度范圍：考慮到現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境因素， 應(yīng)該為一20。I=～70。I=。
· 儀表電源：應(yīng)該具備從220V到12V，交流到直流的多種供電方式，并具備多種抗干擾措施，如瑞士DAE公司的系列產(chǎn)品就具備電源軟啟動(dòng)的功能，以保護(hù)儀表不受電源沖擊。
· 通信功能：具有網(wǎng)絡(luò)接口，可以與上位計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，并接受上位機(jī)的控制命令來(lái)控制斷路器的操作?？蛇x的網(wǎng)絡(luò)接口一般有RS232、RS485、CAN—BUS等等；通信協(xié)議有Modebus—RTU等較為普及，并且各大廠商均支持的方式為RS485、Modebus協(xié)議。這種網(wǎng)絡(luò)電力儀表特別適用于對(duì)原先已有的配電柜和采用普通斷路器的配電柜進(jìn)行智能化的改造，大大提高配電柜的原有層次。以上產(chǎn)品應(yīng)既可以盤面分散安裝，也可以集中組屏安裝。
· 現(xiàn)有變配電設(shè)施在生產(chǎn)生活中運(yùn)行正常，起到了重大作用，還有著較長(zhǎng)時(shí)間的使用壽命，完全更換既不經(jīng)濟(jì)，也不可能。
· 對(duì)現(xiàn)有的變配電設(shè)施進(jìn)行改造，并且盡可能不要改動(dòng)現(xiàn)有的變配電設(shè)施結(jié)構(gòu)。
· 智能配電系統(tǒng)應(yīng)具備良好的開放性和適應(yīng)性。
? 2．實(shí)現(xiàn)智能配電功能需要采用先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)電力儀表技術(shù)
在智能配電監(jiān)控系統(tǒng)中，網(wǎng)絡(luò)電力儀表是目前最重要的系統(tǒng)組成之一。網(wǎng)絡(luò)電力儀表是一種由計(jì)算機(jī)控制，具有通信接口，通過連接開關(guān)柜中的電壓互感器、電流互感器，可對(duì)配電回路的電參量進(jìn)行采集測(cè)量，通過連接斷路器中的狀態(tài)觸點(diǎn)可對(duì)開關(guān)柜的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視，并依據(jù)關(guān)開狀態(tài)可控制配電回路的通斷動(dòng)作的一種智能元器件。這種網(wǎng)絡(luò)電力儀表主要用于采用普通斷路器的開關(guān)柜和配電柜中，使得配電柜中的各配電回路具有智能功能，并能使各配電回路連接到智能監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)中。與現(xiàn)有開關(guān)柜系統(tǒng)結(jié)合， 由計(jì)算機(jī)進(jìn)行智能化管理，從而實(shí)現(xiàn)集中數(shù)據(jù)處理、集中監(jiān)控、集中分析及集中調(diào)度的中低壓智能配電系統(tǒng)。典型的網(wǎng)絡(luò)電力儀表有瑞士DAE公司的ACUVIM系列、GE公司的POM系列等。一個(gè)完善的中低壓配電監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)于網(wǎng)絡(luò)電力儀表有著較高要求，主要功能及性能指標(biāo)如下：
· 電參數(shù)測(cè)量方式：交流采樣，真有效值測(cè)量。
· 輸人及測(cè)量精度：輸人電壓，最大線電壓750V；輸人電流等級(jí)，5A；測(cè)量精度，0．5％；頻率范圍，45～65Hz。
· 測(cè)量和顯示功能：能夠測(cè)量并顯示配電回路的相電壓、線電壓、線電流、有功功率、無(wú)功功率、視在功率、功率因數(shù)、頻率等參數(shù)及運(yùn)行狀態(tài)。也應(yīng)該有多種系列產(chǎn)品單獨(dú)測(cè)量部分參數(shù)，如電壓、電流等，以適應(yīng)不同需要。
· 溫度范圍：考慮到現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境因素， 應(yīng)該為一20。I=～70。I=。
· 儀表電源：應(yīng)該具備從220V到12V，交流到直流的多種供電方式，并具備多種抗干擾措施，如瑞士DAE公司的系列產(chǎn)品就具備電源軟啟動(dòng)的功能，以保護(hù)儀表不受電源沖擊。
· 通信功能：具有網(wǎng)絡(luò)接口，可以與上位計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，并接受上位機(jī)的控制命令來(lái)控制斷路器的操作?？蛇x的網(wǎng)絡(luò)接口一般有RS232、RS485、CAN—BUS等等；通信協(xié)議有Modebus—RTU等較為普及，并且各大廠商均支持的方式為RS485、Modebus協(xié)議。這種網(wǎng)絡(luò)電力儀表特別適用于對(duì)原先已有的配電柜和采用普通斷路器的配電柜進(jìn)行智能化的改造，大大提高配電柜的原有層次。以上產(chǎn)品應(yīng)既可以盤面分散安裝，也可以集中組屏安裝。
三、智能配電管理系統(tǒng)的典型實(shí)現(xiàn)方案
本方案以瑞士DAE公司生產(chǎn)的智能配電系統(tǒng)方案為例，選用DAE網(wǎng)絡(luò)電力儀表及智能配電網(wǎng)絡(luò)軟件實(shí)現(xiàn)智能配電管理系統(tǒng)，該方案在上海中科集團(tuán)的IDCS智能開關(guān)柜系統(tǒng)上已得到實(shí)現(xiàn)。
? 1．針對(duì)不同供電回路實(shí)現(xiàn)智能化的方法
11主進(jìn)線回路或重要回路
這些回路電流一般較大、分支較多，在配電系統(tǒng)中處于主要地位。需要監(jiān)測(cè)三相電壓、電流、有功功率、無(wú)功功率、功率因數(shù)、頻率、有功電度和無(wú)功電度等主要的電量參數(shù)；另外需要監(jiān)視斷路器的分合閘狀態(tài)、報(bào)警信號(hào)等信息量，并對(duì)斷路器的
分合閘動(dòng)作進(jìn)行控制。該類回路選用瑞士ACUVIM網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)儀表增強(qiáng)型，能實(shí)現(xiàn)以上全部功能。21一般進(jìn)線回路或支路
這些回路電流不大，在配電系統(tǒng)中處于一般地位。一般只需監(jiān)測(cè)一相或三相電流的變化情況，對(duì)于斷路器、開關(guān)一般進(jìn)線回路或支路主要為狀態(tài)監(jiān)視。
該類回路選用瑞士DAE公司經(jīng)濟(jì)型網(wǎng)絡(luò)電力儀表配合完成，能實(shí)現(xiàn)以上全部功能。瑞士DAE網(wǎng)絡(luò)電力儀表可適用國(guó)內(nèi)、國(guó)外斷路器，如與西門子、施耐德、ABB、GE等公司的產(chǎn)品以及DW 系列可以很好的連接。
? 2．現(xiàn)場(chǎng)總線在開關(guān)柜上選用不同的網(wǎng)絡(luò)電力儀表后，通過現(xiàn)場(chǎng)總線，這些儀表將開關(guān)柜的運(yùn)行信息傳到中央主機(jī)，計(jì)算機(jī)中的智能配電軟件實(shí)現(xiàn)下面提到的具體功能，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意如圖1。
? 1．針對(duì)不同供電回路實(shí)現(xiàn)智能化的方法
11主進(jìn)線回路或重要回路
這些回路電流一般較大、分支較多，在配電系統(tǒng)中處于主要地位。需要監(jiān)測(cè)三相電壓、電流、有功功率、無(wú)功功率、功率因數(shù)、頻率、有功電度和無(wú)功電度等主要的電量參數(shù)；另外需要監(jiān)視斷路器的分合閘狀態(tài)、報(bào)警信號(hào)等信息量，并對(duì)斷路器的
分合閘動(dòng)作進(jìn)行控制。該類回路選用瑞士ACUVIM網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)儀表增強(qiáng)型，能實(shí)現(xiàn)以上全部功能。21一般進(jìn)線回路或支路
這些回路電流不大，在配電系統(tǒng)中處于一般地位。一般只需監(jiān)測(cè)一相或三相電流的變化情況，對(duì)于斷路器、開關(guān)一般進(jìn)線回路或支路主要為狀態(tài)監(jiān)視。
該類回路選用瑞士DAE公司經(jīng)濟(jì)型網(wǎng)絡(luò)電力儀表配合完成，能實(shí)現(xiàn)以上全部功能。瑞士DAE網(wǎng)絡(luò)電力儀表可適用國(guó)內(nèi)、國(guó)外斷路器，如與西門子、施耐德、ABB、GE等公司的產(chǎn)品以及DW 系列可以很好的連接。
? 2．現(xiàn)場(chǎng)總線在開關(guān)柜上選用不同的網(wǎng)絡(luò)電力儀表后，通過現(xiàn)場(chǎng)總線，這些儀表將開關(guān)柜的運(yùn)行信息傳到中央主機(jī)，計(jì)算機(jī)中的智能配電軟件實(shí)現(xiàn)下面提到的具體功能，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意如圖1。
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