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智能配電柜中電力監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計及應用

瀏覽次數(shù):1529更新日期:2016-10-13

徐霜

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(shè)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、投資少等優(yōu)點,具有廣泛的應用前景。

 

關(guān)鍵詞:人機界面;智能儀表;電力監(jiān)控;智能配電柜

 

0 引言

    智能配電柜是一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(shè)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(shè)計一套智能智能電力監(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(shè)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(shè)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?qū)С鲆粋€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(shè)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(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(shè)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(shè)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(shè)備的運行狀況及用電情況,對所設(shè)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(shè)計方案

3.1參考標準

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)備標準的共用技術(shù)要求》

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

20077556-Q-604       《工業(yè)自動化產(chǎn)品安全要求第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(shè)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(shè)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(guān)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(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(guān)

 

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(zhuǎn)、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(shè)備連接,并在觸摸屏中進行數(shù)據(jù)庫變量配置、界面設(shè)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(shè)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(shè)備運行狀況,便于用于實時了解現(xiàn)場設(shè)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(shè)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(shè)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(shè)備的用電狀況,便于用戶實時了解用電設(shè)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(jié)果在觸摸屏存盤數(shù)據(jù)瀏覽構(gòu)建中顯示,便于用戶對設(shè)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(shè)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(shè)備的電壓、電流、功率、頻率、功率因數(shù)等參數(shù)越限及通訊故障實現(xiàn)報警功能,并進行實時記錄,便于用戶了解現(xiàn)場設(shè)備運行參數(shù)超過設(shè)定值的狀況及設(shè)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(shè)備數(shù)據(jù)采集、顯示和設(shè)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(shè)備運行狀態(tài),并實時顯示,便于設(shè)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(shè)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(jié)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),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(shè)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(shè)備的用電狀況及運行狀態(tài),對現(xiàn)場的用電設(shè)備進行統(tǒng)一管理,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(shè)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(shè)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)了智能化配電的優(yōu)勢,具有廣泛的應用前景。

 

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(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.

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