智能配電柜中電力監(jiān)控系統(tǒng)的設計及應用

 繆建梅

安科瑞電氣股份有限公司

摘要：本文介紹基于人機界面和智能電測儀表、電機保護器而設計實現(xiàn)的智能配電柜進線、饋線、出線各回路分散式采集和集中控制管理的電力監(jiān)控系統(tǒng)，系統(tǒng)實現(xiàn)了人機界面在智能配電柜中無人管理的功能，省去了值班人員現(xiàn)場操作的繁復性，減少人工操作的誤差性，提高了供電質(zhì)量和管理水平，具有簡明實用、投資少等點，具有廣泛的應用景。

關鍵詞：人機界面；智能儀表；電力監(jiān)控；智能配電柜

0 引言

    智能配電柜是種綜合采集所有能源數(shù)據(jù)的配電柜，為終端能源監(jiān)測系統(tǒng)提供高精度測量數(shù)據(jù)，通過顯示單元，實時反映電力參數(shù)及電能質(zhì)量數(shù)據(jù)，并通過數(shù)字通訊至后臺控制系統(tǒng)，以達到對整個配電系統(tǒng)的實時監(jiān)控和運行質(zhì)量的有效管理，而電力監(jiān)控系統(tǒng)作為當今配電產(chǎn)業(yè)智能化的發(fā)展趨勢，是配電自動化控制非常重要的組成部分，主要功能包括：數(shù)據(jù)采集和顯示、數(shù)據(jù)記錄、導出、現(xiàn)場設備運行狀況實時顯示、記錄等。

    本文以某電器公司智能配電柜電力監(jiān)控管理系統(tǒng)為例，提出利用觸摸屏和智能儀表、電動機保護器及斷路器模塊等設計套智能智能電力監(jiān)控管理系統(tǒng)^[1]應用于配電柜進線、饋線、出線回路中，對配電柜各個回路用電設備運行參數(shù)及運行狀況實現(xiàn)實時監(jiān)測、管理。

1 項目介紹

    電力監(jiān)控系統(tǒng)能夠通過使用電力儀表來監(jiān)測各回路設備的用電情況，通過集中采集顯示終端來實時顯示、存儲，并能夠導出個工作周期的數(shù)據(jù)，便于進行系統(tǒng)和電力數(shù)據(jù)分析，能夠為配電柜提供分析設備運行狀況及用電情況的依據(jù)，本智能配電柜電力監(jiān)控系統(tǒng)項目基于用戶對現(xiàn)場配電柜進線、饋線、出線回路設備及用電情況監(jiān)控的需求，采用昆侖通態(tài)觸摸屏TPC1062K與安科瑞智能儀表PZ72L-E4/KC、PZ80L-E4/KC及電動機保護器ARD2F-100A/CKQ，實現(xiàn)對智能配電柜的進線、饋線、出線回路用電設備運行過程中三相電壓、電流、有功功率、無功功率、視在功率、電能數(shù)據(jù)的實時監(jiān)測顯示、數(shù)據(jù)存盤、導出功能，實時顯示回路的通斷狀態(tài)，并對電機設備的過載、不平衡、欠載、接地等故障進行故障報警與記錄，既能保證智能配電柜的正常運行，又能對配電柜的進線、饋線、出線回路實時監(jiān)控管理。

2 用戶需求

    通過對配電柜進行監(jiān)測管理，了解設備的運行狀況及用電情況，對所設計的電力監(jiān)控系統(tǒng)提出以下需求：

實時顯示:

進線柜：通過觸摸屏實時采集進線柜回路智能儀表PZ80L-E4/KC電壓、電流、功率及電能等數(shù)據(jù)，直觀的顯示出總電源進線柜的負荷用電情況；

饋線柜：主要采集饋線柜回路電壓、電流、功率及電能參數(shù)，便于用戶實時了解外部所需電源的用電狀況；

出線柜：通過PZ72L-E4/KC交流儀表采集出線柜單個回路的交流電流、電壓、功率等參數(shù)，并利用電動機保護器ARD2F對出線回路電機進行數(shù)據(jù)監(jiān)測和保護；

曲線分析:實時顯示各個電氣柜的電流（或功率）實時曲線趨勢圖；

事件報警:實現(xiàn)進線柜、饋線柜、出線柜電壓、電流、功率、頻率、功率因數(shù)等參數(shù)的越限報警；

電能管理:完成對回路各儀表的電力參數(shù)集抄功能，可查詢歷史時刻各回路的有功功率值、無功功率值、用電量（KWH）、功率因素、每相電流及電壓值，報表存儲時間zui短為1S，并自動生成符合客戶管理需求的用電報表，報表能夠在觸摸屏上實現(xiàn)電能實時查詢；

數(shù)據(jù)導出:實現(xiàn)各儀表電力參數(shù)按照客戶要求的時間進行自動、手動導出，導成Excel形式到U盤，供客戶對電能統(tǒng)計、打印。

3 設計方案

3.1參考標準

GB/T3797-2008        《電氣控制設備》

GB/T11022-1999      《高壓開關設備和控制設備標準的共用技術要求》

20077566-Q-604       《工業(yè)自動化產(chǎn)品安全要求1部分:總則》

20077556-Q-604       《工業(yè)自動化產(chǎn)品安全要求10部分:記錄儀表的安全要求》

GB/T 16656.46-2010    《工業(yè)自動化系統(tǒng)與集成及產(chǎn)品數(shù)據(jù)表達與交換》

DL/T 814-2002        《配電自動化系統(tǒng)功能規(guī)范》

DL/T634-2002        《遠動設備和系統(tǒng)傳輸規(guī)約基本遠動任務配套標準》

DL/T 814-2002        《配電自動化系統(tǒng)功能規(guī)范》

DL/T645-1997        《多功能電能表通信規(guī)約》

3.2系統(tǒng)介紹

    整個系統(tǒng)設備主要包括人機界面、智能儀表PZ72L-E4/KC、PZ80L-E4/KC、電動機保護器ARD2F-100A/CKQ及開關電源，通過屏蔽雙絞線將配電柜進線回路、饋線回路、出線回路各個儀表連接至集中采集顯示終端，對現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集、實時顯示、參數(shù)存盤、故障記錄，實現(xiàn)智能型配電柜系統(tǒng)的電力監(jiān)測管理，系統(tǒng)總體架構如下圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體結構圖

3.3 設備選型

應用場景	產(chǎn)品需求	產(chǎn)品型號	產(chǎn)品描述
進線回路	進線開關	PZ80L-E4/KC	三相電流、三相電壓、有功功率、無功功率、功率因數(shù)、有功電能等電參量測量
饋線回路	低壓電機保護	ARD2F	電機起動超時、過載、堵轉、斷相、不平衡、欠載、接地/漏電、阻塞、過壓、欠壓、繞組超溫等保護
出線回路	低壓出線	PZ72L-E4/KC	三相電流電壓、有功功率、無功功率、視在功率、功率因數(shù)、有功電能等電參數(shù)的測量
電力監(jiān)控回路	觸摸屏	TPC1062K	采用10.4英寸高亮度液晶顯示屏，四線電阻式觸摸屏，預裝MCGS嵌入式組態(tài)軟件，具備強大圖像顯示和數(shù)據(jù)處理功能

4 系統(tǒng)功能

    上位機采用觸摸屏TPC1062K，通過觸摸屏^[2]與現(xiàn)場設備連接，并在觸摸屏中進行數(shù)據(jù)庫變量配置、界面設計等，完成在上位機中監(jiān)控現(xiàn)場智能儀表PZ72L-E4/KC、PZ80L-E4/KC、ARD2F電動機保護器、斷路器等配電設備用電情況及運行狀況的功能。

4.1 系統(tǒng)圖顯示

在觸摸屏實時顯示智能配電柜各個回路用電設備運行狀況，便于用于實時了解現(xiàn)場設備狀況，對于出現(xiàn)的故障及時處理，并在觸摸屏上實現(xiàn)設備的分合閘控制，實現(xiàn)遠程遙控操作，系統(tǒng)圖顯示界面如下圖2所示。

圖2  系統(tǒng)圖顯示界面

4.2 數(shù)據(jù)采集顯示

    觸摸屏采集智能配電柜進線回路PZ80L-E4/KC智能電測表、饋線回路的PZ72L-E4/KC智能儀表、出線回路的電動機保護器ARD2F-100A/CKQ及PZ72L-E4/KC交流電測儀表、三相電壓、三相電流、頻率、功率因數(shù)、有功功率、無功功率、視在功率、電能等參數(shù)，并在人機界面實時準確顯示，方便用戶及時了解系統(tǒng)各個設備運行參數(shù)以及進行能耗監(jiān)測管理，具體數(shù)據(jù)如圖3至圖5所示。

圖3  進線回路數(shù)據(jù)顯示界面

圖4  饋線回路數(shù)據(jù)顯示界面

圖5  出線回路數(shù)據(jù)顯示界面

4.3 曲線顯示

    電力監(jiān)控系統(tǒng)將智能配電柜進線回路PZ80L-E4/KC智能儀表、饋線回路PZ72L-E4/KC電測表、出線回路低壓電機保護器ARD2F及PZ72L-E4/KC智能電測表^[3]的三相電流傳給人機界面用曲線的形式表現(xiàn)，為用戶提供實時曲線，幫助用戶了解設備的用電狀況，便于用戶實時了解用電設備，具體曲線界面如圖6至圖8所示。

圖6  進線柜曲線顯示界面

      圖7  饋線柜曲線顯示界面

   圖8  出線柜曲線顯示界面

4.4 數(shù)據(jù)存盤

    系統(tǒng)采集配電柜進線回路、饋線回路及出線回路各個儀表數(shù)據(jù)并按照時間段進行歷史數(shù)據(jù)查詢，選擇時間間隔對系統(tǒng)采集的歷史數(shù)據(jù)查詢，同時對出線回路電動機運行過程中出現(xiàn)的故障進行實時存盤，查詢結果在觸摸屏存盤數(shù)據(jù)瀏覽構建中顯示，便于用戶對設備運行參數(shù)及運行狀況實時了解，同時能實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的導出，便于用于了解各個設備歷史運行狀況，存盤數(shù)據(jù)界面如下圖9、圖10所示。

 圖9  電參數(shù)存盤界面

 圖10  電能存盤界面

4.5 故障記錄

    通過觸摸屏的遙測對智能配電柜進線回路、饋線回路、出線回路各個設備的電壓、電流、功率、頻率、功率因數(shù)等參數(shù)越限及通訊故障實現(xiàn)報警功能，并進行實時記錄，便于用戶了解現(xiàn)場設備運行參數(shù)超過設定值的狀況及設備運行狀況，事件報警記錄界面如下圖11所示。

 圖11  事件報警記錄界面

5 系統(tǒng)特點

    完善的數(shù)據(jù)采集功能，實現(xiàn)對智能配電柜的全部用電設備數(shù)據(jù)采集、顯示和設備的運行狀況分析，配電柜的數(shù)據(jù)采集由通訊模塊實現(xiàn)，數(shù)據(jù)由通訊采集傳送至后臺監(jiān)控。

    安全運行監(jiān)視，操作人員借助觸摸屏系統(tǒng)人機界面，監(jiān)視智能配電柜的進線、饋線、出線回路的設備運行狀態(tài)，并實時顯示，便于設備在運行狀態(tài)發(fā)生變更時及時進行分析和處理。

    系統(tǒng)運行可靠，提供智能配電柜進線、饋線、出線回路主要設備的運行狀態(tài)報警記錄顯示，便于操作人員對于故障報警和事故狀態(tài)進行應急處理。

    實現(xiàn)遠程遙控，在觸摸屏上進線分合閘控制，減輕現(xiàn)場運行人員的勞動強度，提高安全運行水平^[4]。

6 結束語

    智能配電柜作為精密配電柜，除了配電管理外，還具有運行管理與安全管理的功能，能夠的監(jiān)測系統(tǒng)的各項運行參數(shù)，有效的提高了整個配電系統(tǒng)的可靠性，智能配電柜中電力監(jiān)控系統(tǒng)的設計應用，在智能配電柜配置網(wǎng)絡電力儀表，可以方便和實時地監(jiān)控配電柜各個回路設備的用電狀況及運行狀態(tài)，對現(xiàn)場的用電設備進行統(tǒng)管理，免去工作人員到現(xiàn)場記錄、操作的繁瑣工作，減少人員工作量，同時，智能配電柜中電力監(jiān)控系統(tǒng)對各種用電設備的歷史運行數(shù)據(jù)進行管理分析，整個系統(tǒng)既保證了現(xiàn)場設備的安全運行，具有較高的系統(tǒng)可靠性，又提高了配電柜配電質(zhì)量和管理水平，因此，電力監(jiān)控系統(tǒng)在智能配電柜的應用，充分體現(xiàn)了智能化配電的勢，具有廣泛的應用景。

參考文獻：

[1].周中等編著. 智能電網(wǎng)用戶端電力監(jiān)控與電能管理系統(tǒng)產(chǎn)品選型及解決方案[M]. 北京. 機械工業(yè)出版社. 2011.10

[2].昆侖通態(tài)觸摸屏MCGS初級、中級教程. 2013.4

[3].劉美集. 配電柜的智能化電能監(jiān)控系統(tǒng)[J]. 電氣自動化技術, 2007(3):102~105.

[4].彭良超, 劉潔芳等. 配電柜智能化監(jiān)控系統(tǒng)[J]. 電子產(chǎn)品技術, 2010(8):183~185.