智能配電柜中電力監控系統的設計及應用

安科瑞 周菁

江蘇安科瑞電器制造有限公司，江蘇 江陰

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(shí)現的智能配電柜進(jìn)線(xiàn)、饋線(xiàn)、出線(xiàn)各回路分散式采集和集中控制管理的電力監控系統，系統實(shí)現了人機界面在智能配電柜中無(wú)人管理的功能，省去了值班人員現場(chǎng)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(jiǎn)明實(shí)用、投資少等優(yōu)點(diǎn)，具有廣泛的應用前景。

關(guān)鍵詞：人機界面；智能儀表；電力監控；智能配電柜

0引言

    智能配電柜是一種綜合采集所有能源數據的配電柜，為終端能源監測系統提供高精度測量數據，通過(guò)顯示單元，實(shí)時(shí)反映電力參數及電能質(zhì)量數據，并通過(guò)數字通訊至后臺控制系統，以達到對整個(gè)配電系統的實(shí)時(shí)監控和運行質(zhì)量的管理，而電力監控系統作為當今配電產(chǎn)業(yè)智能化的發(fā)展趨勢，是配電自動(dòng)化控制非常重要的組成部分，主要功能包括：數據采集和顯示、數據記錄、導出、現場(chǎng)設備運行狀況實(shí)時(shí)顯示、記錄等。

    本文以某電器公司智能配電柜電力監控管理系統為例，提出利用觸摸屏和智能儀表、電動(dòng)機保護器及斷路器模塊等設計一套智能智能電力監控管理系統^[1]應用于配電柜進(jìn)線(xiàn)、饋線(xiàn)、出線(xiàn)回路中，對配電柜各個(gè)回路用電設備運行參數及運行狀況實(shí)現實(shí)時(shí)監測、管理。

1項目介紹

    電力監控系統能夠通過(guò)使用電力儀表來(lái)監測各回路設備的用電情況，通過(guò)集中采集顯示終端來(lái)實(shí)時(shí)顯示、存儲，并能夠導出一個(gè)工作周期的數據，便于進(jìn)行系統和電力數據分析，能夠為配電柜提供分析設備運行狀況及用電情況的依據，本智能配電柜電力監控系統項目基于用戶(hù)對現場(chǎng)配電柜進(jìn)線(xiàn)、饋線(xiàn)、出線(xiàn)回路設備及用電情況監控的需求，采用昆侖通態(tài)觸摸屏TPC1062K與安科瑞智能儀表P72L-E4/KC、P80L-E4/KC及電動(dòng)機保護器ARD2F-100A/CKQ，實(shí)現對智能配電柜的進(jìn)線(xiàn)、饋線(xiàn)、出線(xiàn)回路用電設備運行過(guò)程中三相電壓、電流、有功功率、無(wú)功功率、視在功率、電能數據的實(shí)時(shí)監測顯示、數據存盤(pán)、導出功能，實(shí)時(shí)顯示回路的通斷狀態(tài)，并對電機設備的過(guò)載、不平衡、欠載、接地等故障進(jìn)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(jìn)線(xiàn)、饋線(xiàn)、出線(xiàn)回路實(shí)時(shí)監控管理。

2用戶(hù)需求

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

實(shí)時(shí)顯示:

    進(jìn)線(xiàn)柜：通過(guò)觸摸屏實(shí)時(shí)采集進(jìn)線(xiàn)柜回路智能儀表P80L-E4/KC電壓、電流、功率及電能等數據，直觀(guān)的顯示出總電源進(jìn)線(xiàn)柜的負荷用電情況；

    饋線(xiàn)柜：主要采集饋線(xiàn)柜回路電壓、電流、功率及電能參數，便于用戶(hù)實(shí)時(shí)了解外部所需電源的用電狀況；

    出線(xiàn)柜：通過(guò)P72L-E4/KC交流儀表采集出線(xiàn)柜單個(gè)回路的交流電流、電壓、功率等參數，并利用電動(dòng)機保護器ARD2F對出線(xiàn)回路電機進(jìn)行數據監測和保護；

    曲線(xiàn)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(xiàn)趨勢圖；

    事件報警:實(shí)現進(jìn)線(xiàn)柜、饋線(xiàn)柜、出線(xiàn)柜電壓、電流、功率、頻率、功率因數等參數的越限報警；

    電能管理:完成對回路各儀表的電力參數集抄功能，可查詢(xún)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，報表存儲時(shí)間短為1S，并自動(dòng)生成符合客戶(hù)管理需求的用電報表，報表能夠在觸摸屏上實(shí)現電能實(shí)時(shí)查詢(xún)；

    數據導出:實(shí)現各儀表電力參數按照客戶(hù)要求的時(shí)間進(jìn)行自動(dòng)、手動(dòng)導出，導成Excel形式到U盤(pán)，供客戶(hù)對電能統計、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(kāi)關(guān)設備和控制設備標準的共用技術(shù)要求》

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

20077556-Q-604         《工業(yè)自動(dòng)化產(chǎn)品安全要求0部分:記錄儀表的安全要求》

GB/T 16656.46-2010     《工業(yè)自動(dòng)化系統與集成及產(chǎn)品數據表達與交換》

DL/T 814-2002           《配電自動(dòng)化系統功能規范》

DL/T634-2002            《遠動(dòng)設備和系統傳輸規約基本遠動(dòng)任務(wù)配套標準》

DL/T 814-2002           《配電自動(dòng)化系統功能規范》

DL/T645-1997            《多功能電能表通信規約》

3.2系統介紹

    整個(gè)系統設備主要包括人機界面、智能儀表P72L-E4/KC、P80L-E4/KC、電動(dòng)機保護器ARD2F-100A/CKQ及開(kāi)關(guān)電源，通過(guò)屏蔽雙絞線(xiàn)將配電柜進(jìn)線(xiàn)回路、饋線(xiàn)回路、出線(xiàn)回路各個(gè)儀表連接至集中采集顯示終端，對現場(chǎng)數據的采集、實(shí)時(shí)顯示、參數存盤(pán)、故障記錄，實(shí)現智能型配電柜系統的電力監測管理，系統總體架構如下圖1所示。

圖1 系統總體結構圖

3.3 設備選型

4 系統功能
    上位機采用觸摸屏TPC1062K，通過(guò)觸摸屏^[2]與現場(chǎng)設備連接，并在觸摸屏中進(jìn)行數據庫變量配置、界面設計等，完成在上位機中監控現場(chǎng)智能儀表P72L-E4/KC、P80L-E4/KC、ARD2F電動(dòng)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)回路用電設備運行狀況，便于用于實(shí)時(shí)了解現場(chǎng)設備狀況，對于出現的故障及時(shí)處理，并在觸摸屏上實(shí)現設備的分合閘控制，實(shí)現遠程遙控操作，系統圖顯示界面如下圖2所示。

圖2  系統圖顯示界面

4.2 數據采集顯示

    觸摸屏采集智能配電柜進(jìn)線(xiàn)回路P80L-E4/KC智能電測表、饋線(xiàn)回路的P72L-E4/KC智能儀表、出線(xiàn)回路的電動(dòng)機保護器ARD2F-100A/CKQ及P72L-E4/KC交流電測儀表、三相電壓、三相電流、頻率、功率因數、有功功率、無(wú)功功率、視在功率、電能等參數，并在人機界面實(shí)時(shí)準確顯示，方便用戶(hù)及時(shí)了解系統各個(gè)設備運行參數以及進(jìn)行能耗監測管理，具體數據如圖3至圖5所示。

圖3  進(jìn)線(xiàn)回路數據顯示界面

圖4  饋線(xiàn)回路數據顯示界面

圖5  出線(xiàn)回路數據顯示界面

4.3 曲線(xiàn)顯示

    電力監控系統將智能配電柜進(jìn)線(xiàn)回路P80L-E4/KC智能儀表、饋線(xiàn)回路P72L-E4/KC電測表、出線(xiàn)回路低壓電機保護器ARD2F及P72L-E4/KC智能電測表^[3]的三相電流傳給人機界面用曲線(xiàn)的形式表現，為用戶(hù)提供實(shí)時(shí)曲線(xiàn)，幫助用戶(hù)了解設備的用電狀況，便于用戶(hù)實(shí)時(shí)了解用電設備，具體曲線(xiàn)界面如圖6至圖8所示。

圖6  進(jìn)線(xiàn)柜曲線(xiàn)顯示界面

圖7  饋線(xiàn)柜曲線(xiàn)顯示界面

圖8  出線(xiàn)柜曲線(xiàn)顯示界面

4.4 數據存盤(pán)

    系統采集配電柜進(jìn)線(xiàn)回路、饋線(xiàn)回路及出線(xiàn)回路各個(gè)儀表數據并按照時(shí)間段進(jìn)行歷史數據查詢(xún)，選擇時(shí)間間隔對系統采集的歷史數據查詢(xún)，同時(shí)對出線(xiàn)回路電動(dòng)機運行過(guò)程中出現的故障進(jìn)行實(shí)時(shí)存盤(pán)，查詢(xún)結果在觸摸屏存盤(pán)數據瀏覽構建中顯示，便于用戶(hù)對設備運行參數及運行狀況實(shí)時(shí)了解，同時(shí)能實(shí)現對數據的導出，便于用于了解各個(gè)設備歷史運行狀況，存盤(pán)數據界面如下圖9、圖10所示。

圖9  電參數存盤(pán)界面

圖10  電能存盤(pán)界面

4.5 故障記錄

    通過(guò)觸摸屏的遙測對智能配電柜進(jìn)線(xiàn)回路、饋線(xiàn)回路、出線(xiàn)回路各個(gè)設備的電壓、電流、功率、頻率、功率因數等參數越限及通訊故障實(shí)現報警功能，并進(jìn)行實(shí)時(shí)記錄，便于用戶(hù)了解現場(chǎng)設備運行參數超過(guò)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 系統特點(diǎn)

    完善的數據采集功能，實(shí)現對智能配電柜的全部用電設備數據采集、顯示和設備的運行狀況分析，配電柜的數據采集由通訊模塊實(shí)現，數據由通訊采集傳送至后臺監控。

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

    系統運行可靠，提供智能配電柜進(jìn)線(xiàn)、饋線(xiàn)、出線(xiàn)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(jìn)行應急處理。

實(shí)現遠程遙控，在觸摸屏上進(jìn)線(xiàn)分合閘控制，減輕現場(chǎng)運行人員的勞動(dòng)強度，提高安全運行水平^[4]。

6 結束語(yǔ)

    智能配電柜作為配電柜，除了配電管理外，還具有運行管理與安全管理的功能，能夠的監測系統的各項運行參數，的提高了整個(gè)配電系統的可靠性，智能配電柜中電力監控系統的設計應用，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)地監控配電柜各個(gè)回路設備的用電狀況及運行狀態(tài)，對現場(chǎng)的用電設備進(jìn)行統一管理，免去工作人員到現場(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控系統對各種用電設備的歷史運行數據進(jìn)行管理分析，整個(gè)系統既保證了現場(chǎng)設備的安全運行，具有較高的系統可靠性，又提高了配電柜配電質(zhì)量和管理水平，因此，電力監控系統在智能配電柜的應用，充分體現了智能化配電的優(yōu)勢，具有廣泛的應用前景。

參考文獻：

[1].周中等編著(zhù). 智能電網(wǎng)用戶(hù)端電力監控與電能管理系統產(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

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