智能配電柜中電力監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及應(yīng)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(jī)界面和智能電測(cè)儀表、電機(jī)保護(hù)器而設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的智能配電柜進(jìn)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(shí)現(xiàn)了人機(jī)界面在智能配電柜中無(wú)人管理的功能，省去了值班人員現(xiàn)場(chǎng)操作的繁復(fù)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(jiǎn)明實(shí)用、投資少等點(diǎn)，具有廣泛的應(yīng)用景。

關(guān)鍵詞：人機(jī)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(cè)系統(tǒng)提供高精度測(cè)量數(shù)據(jù)，通過(guò)顯示單元，實(shí)時(shí)反映電力參數(shù)及電能質(zhì)量數(shù)據(jù)，并通過(guò)數(shù)字通訊至后臺(tái)控制系統(tǒng)，以達(dá)到對(duì)整個(gè)配電系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控和運(yùn)行質(zhì)量的有效管理，而電力監(jiān)控系統(tǒng)作為當(dāng)今配電產(chǎn)業(yè)智能化的發(fā)展趨勢(shì)，是配電自動(dòng)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(dǎo)出、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備運(yùn)行狀況實(shí)時(shí)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(dòng)機(jī)保護(hù)器及斷路器模塊等設(shè)計(jì)套智能智能電力監(jiān)控管理系統(tǒng)^[1]應(yīng)用于配電柜進(jìn)線、饋線、出線回路中，對(duì)配電柜各個(gè)回路用電設(shè)備運(yùn)行參數(shù)及運(yùn)行狀況實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、管理。

1 項(xiàng)目介紹

    電力監(jiān)控系統(tǒng)能夠通過(guò)使用電力儀表來(lái)監(jiān)測(cè)各回路設(shè)備的用電情況，通過(guò)集中采集顯示終端來(lái)實(shí)時(shí)顯示、存儲(chǔ)，并能夠?qū)С鰝€(gè)工作周期的數(shù)據(jù)，便于進(jìn)行系統(tǒng)和電力數(shù)據(jù)分析，能夠?yàn)榕潆姽裉峁┓治鲈O(shè)備運(yùn)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(xiàng)目基于用戶對(duì)現(xiàn)場(chǎng)配電柜進(jìn)線、饋線、出線回路設(shè)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(dòng)機(jī)保護(hù)器ARD2F-100A/CKQ，實(shí)現(xiàn)對(duì)智能配電柜的進(jìn)線、饋線、出線回路用電設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中三相電壓、電流、有功功率、無(wú)功功率、視在功率、電能數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)顯示、數(shù)據(jù)存盤、導(dǎo)出功能，實(shí)時(shí)顯示回路的通斷狀態(tài)，并對(duì)電機(jī)設(shè)備的過(guò)載、不平衡、欠載、接地等故障進(jìn)行故障報(bào)警與記錄，既能保證智能配電柜的正常運(yùn)行，又能對(duì)配電柜的進(jìn)線、饋線、出線回路實(shí)時(shí)監(jiān)控管理。

2 用戶需求

    通過(guò)對(duì)配電柜進(jìn)行監(jiān)測(cè)管理，了解設(shè)備的運(yùn)行狀況及用電情況，對(duì)所設(shè)計(jì)的電力監(jiān)控系統(tǒng)提出以下需求：

實(shí)時(shí)顯示:

進(jìn)線柜：通過(guò)觸摸屏實(shí)時(shí)采集進(jìn)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(jìn)線柜的負(fù)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(shí)時(shí)了解外部所需電源的用電狀況；

出線柜：通過(guò)PZ72L-E4/KC交流儀表采集出線柜單個(gè)回路的交流電流、電壓、功率等參數(shù)，并利用電動(dòng)機(jī)保護(hù)器ARD2F對(duì)出線回路電機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)和保護(hù)；

曲線分析:實(shí)時(shí)顯示各個(gè)電氣柜的電流（或功率）實(shí)時(shí)曲線趨勢(shì)圖；

事件報(bào)警:實(shí)現(xiàn)進(jìn)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(bào)警；

電能管理:完成對(duì)回路各儀表的電力參數(shù)集抄功能，可查詢歷史時(shí)刻各回路的有功功率值、無(wú)功功率值、用電量（KWH）、功率因素、每相電流及電壓值，報(bào)表存儲(chǔ)時(shí)間zui短為1S，并自動(dòng)生成符合客戶管理需求的用電報(bào)表，報(bào)表能夠在觸摸屏上實(shí)現(xiàn)電能實(shí)時(shí)查詢；

數(shù)據(jù)導(dǎo)出:實(shí)現(xiàn)各儀表電力參數(shù)按照客戶要求的時(shí)間進(jìn)行自動(dòng)、手動(dòng)導(dǎo)出，導(dǎo)成Excel形式到U盤，供客戶對(duì)電能統(tǒng)計(jì)、打印。

3 設(shè)計(jì)方案

3.1參考標(biāo)準(zhǔn)

GB/T3797-2008        《電氣控制設(shè)備》

GB/T11022-1999      《高壓開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)的共用技術(shù)要求》

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

20077556-Q-604       《工業(yè)自動(dòng)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(dòng)化系統(tǒng)與集成及產(chǎn)品數(shù)據(jù)表達(dá)與交換》

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

DL/T634-2002        《遠(yuǎn)動(dòng)設(shè)備和系統(tǒng)傳輸規(guī)約基本遠(yuǎn)動(dòng)任務(wù)配套標(biāo)準(zhǔn)》

DL/T 814-2002        《配電自動(dòng)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(gè)系統(tǒng)設(shè)備主要包括人機(jī)界面、智能儀表PZ72L-E4/KC、PZ80L-E4/KC、電動(dòng)機(jī)保護(hù)器ARD2F-100A/CKQ及開關(guān)電源，通過(guò)屏蔽雙絞線將配電柜進(jìn)線回路、饋線回路、出線回路各個(gè)儀表連接至集中采集顯示終端，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的采集、實(shí)時(shí)顯示、參數(shù)存盤、故障記錄，實(shí)現(xiàn)智能型配電柜系統(tǒng)的電力監(jiān)測(cè)管理，系統(tǒng)總體架構(gòu)如下圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖

3.3 設(shè)備選型

應(yīng)用場(chǎng)景	產(chǎn)品需求	產(chǎn)品型號(hào)	產(chǎn)品描述
進(jìn)線回路	進(jìn)線開關(guān)	PZ80L-E4/KC	三相電流、三相電壓、有功功率、無(wú)功功率、功率因數(shù)、有功電能等電參量測(cè)量
饋線回路	低壓電機(jī)保護(hù)	ARD2F	電機(jī)起動(dòng)超時(shí)、過(guò)載、堵轉(zhuǎn)、斷相、不平衡、欠載、接地/漏電、阻塞、過(guò)壓、欠壓、繞組超溫等保護(hù)
出線回路	低壓出線	PZ72L-E4/KC	三相電流電壓、有功功率、無(wú)功功率、視在功率、功率因數(shù)、有功電能等電參數(shù)的測(cè)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(yù)裝MCGS嵌入式組態(tài)軟件，具備強(qiáng)大圖像顯示和數(shù)據(jù)處理功能

4 系統(tǒng)功能

    上位機(jī)采用觸摸屏TPC1062K，通過(guò)觸摸屏^[2]與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備連接，并在觸摸屏中進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)變量配置、界面設(shè)計(jì)等，完成在上位機(jī)中監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)智能儀表PZ72L-E4/KC、PZ80L-E4/KC、ARD2F電動(dòng)機(jī)保護(hù)器、斷路器等配電設(shè)備用電情況及運(yùn)行狀況的功能。

4.1 系統(tǒng)圖顯示

在觸摸屏實(shí)時(shí)顯示智能配電柜各個(gè)回路用電設(shè)備運(yùn)行狀況，便于用于實(shí)時(shí)了解現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備狀況，對(duì)于出現(xiàn)的故障及時(shí)處理，并在觸摸屏上實(shí)現(xiàn)設(shè)備的分合閘控制，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)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(jìn)線回路PZ80L-E4/KC智能電測(cè)表、饋線回路的PZ72L-E4/KC智能儀表、出線回路的電動(dòng)機(jī)保護(hù)器ARD2F-100A/CKQ及PZ72L-E4/KC交流電測(cè)儀表、三相電壓、三相電流、頻率、功率因數(shù)、有功功率、無(wú)功功率、視在功率、電能等參數(shù)，并在人機(jī)界面實(shí)時(shí)準(zhǔn)確顯示，方便用戶及時(shí)了解系統(tǒng)各個(gè)設(shè)備運(yùn)行參數(shù)以及進(jìn)行能耗監(jiān)測(cè)管理，具體數(shù)據(jù)如圖3至圖5所示。

圖3  進(jìn)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(jìn)線回路PZ80L-E4/KC智能儀表、饋線回路PZ72L-E4/KC電測(cè)表、出線回路低壓電機(jī)保護(hù)器ARD2F及PZ72L-E4/KC智能電測(cè)表^[3]的三相電流傳給人機(jī)界面用曲線的形式表現(xiàn)，為用戶提供實(shí)時(shí)曲線，幫助用戶了解設(shè)備的用電狀況，便于用戶實(shí)時(shí)了解用電設(shè)備，具體曲線界面如圖6至圖8所示。

圖6  進(jìn)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(jìn)線回路、饋線回路及出線回路各個(gè)儀表數(shù)據(jù)并按照時(shí)間段進(jìn)行歷史數(shù)據(jù)查詢，選擇時(shí)間間隔對(duì)系統(tǒng)采集的歷史數(shù)據(jù)查詢，同時(shí)對(duì)出線回路電動(dòng)機(jī)運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)的故障進(jìn)行實(shí)時(shí)存盤，查詢結(jié)果在觸摸屏存盤數(shù)據(jù)瀏覽構(gòu)建中顯示，便于用戶對(duì)設(shè)備運(yùn)行參數(shù)及運(yùn)行狀況實(shí)時(shí)了解，同時(shí)能實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的導(dǎo)出，便于用于了解各個(gè)設(shè)備歷史運(yùn)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(guò)觸摸屏的遙測(cè)對(duì)智能配電柜進(jìn)線回路、饋線回路、出線回路各個(gè)設(shè)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(shí)現(xiàn)報(bào)警功能，并進(jìn)行實(shí)時(shí)記錄，便于用戶了解現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備運(yùn)行參數(shù)超過(guò)設(shè)定值的狀況及設(shè)備運(yùn)行狀況，事件報(bào)警記錄界面如下圖11所示。

 圖11  事件報(bào)警記錄界面

5 系統(tǒng)特點(diǎn)

    完善的數(shù)據(jù)采集功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)智能配電柜的全部用電設(shè)備數(shù)據(jù)采集、顯示和設(shè)備的運(yùn)行狀況分析，配電柜的數(shù)據(jù)采集由通訊模塊實(shí)現(xiàn)，數(shù)據(jù)由通訊采集傳送至后臺(tái)監(jiān)控。

    安全運(yùn)行監(jiān)視，操作人員借助觸摸屏系統(tǒng)人機(jī)界面，監(jiān)視智能配電柜的進(jìn)線、饋線、出線回路的設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，并實(shí)時(shí)顯示，便于設(shè)備在運(yùn)行狀態(tài)發(fā)生變更時(shí)及時(shí)進(jìn)行分析和處理。

    系統(tǒng)運(yùn)行可靠，提供智能配電柜進(jìn)線、饋線、出線回路主要設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)報(bào)警記錄顯示，便于操作人員對(duì)于故障報(bào)警和事故狀態(tài)進(jìn)行應(yīng)急處理。

    實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程遙控，在觸摸屏上進(jìn)線分合閘控制，減輕現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高安全運(yùn)行水平^[4]。

6 結(jié)束語(yǔ)

    智能配電柜作為精密配電柜，除了配電管理外，還具有運(yùn)行管理與安全管理的功能，能夠的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)，有效的提高了整個(gè)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(shè)計(jì)應(yīng)用，在智能配電柜配置網(wǎng)絡(luò)電力儀表，可以方便和實(shí)時(shí)地監(jiān)控配電柜各個(gè)回路設(shè)備的用電狀況及運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的用電設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)管理，免去工作人員到現(xiàn)場(chǎng)記錄、操作的繁瑣工作，減少人員工作量，同時(shí)，智能配電柜中電力監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)各種用電設(shè)備的歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行管理分析，整個(gè)系統(tǒng)既保證了現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的安全運(yùn)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(yīng)用，充分體現(xiàn)了智能化配電的勢(shì)，具有廣泛的應(yīng)用景。

參考文獻(xiàn)：

[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(jī)械工業(yè)出版社. 2011.10

[2].昆侖通態(tài)觸摸屏MCGS初級(jí)、中級(jí)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(dòng)化技術(shù), 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(shù), 2010(8):183~185.