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應(yīng)用設(shè)計(jì)

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智能配電柜中電力監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及應(yīng)用

智能配電柜中電力監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及應(yīng)用

2016/10/13 16:34:20

      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(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)一套智能智能電力監(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鲆粋€(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)間最短為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)品安全要求第1部分:總則》

      20077556-Q-604       《工業(yè)自動(dòng)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(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)精確查詢,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,能夠全面的監(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)一管理,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)了智能化配電的優(yōu)勢(shì),具有廣泛的應(yīng)用前景。

      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.

      作者簡(jiǎn)介

      張小莉,女,本科。任職單位:現(xiàn)任職于安科瑞電氣股份有限公司

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