智能配电仪

随着配电系统的发展，智能配电回路中各种仪表向集成化和网络化发展的方向是越来越清晰。目前单回路集成化的优势已经出现，但是对多个回路的集成还未产生。　　本文将要介绍的是最新开发的AMC系列多回路智能监控单元在智能配电出线回路中的应用。该系列监控单元主要应用于多个配电出线回路的电参量的监测，它将回路中的母线电压、多个配出回路的电流、功率、电能和各个回路的开关状态集中测量、显示、并通讯输出，实现了对监控要求较简单的配电出线回路的集中测量和监视，一个AMC多回路监控单元就能实现上述多个回路的监测功能，大大方便了系统的接线、安装、调试；节约了用户的投资，降低了系统成本等优点，必将引领国内外智能配电领域的发展方向，成为智能配电中出线回路监控系统的发展主流。

0　 引言　　当前，国内很多建筑配电仍普遍采用干式变电器配以低压电缆分接箱实现分散供电，给整个系统的运行管理带来了很多的不便。计算机技术和网络通信技术的日趋成熟，配电系统测量、控制等功能智能化、网络化是发展的必然趋势，配电系统运行中的各种问题可以通过微机全面解决。　　智能化配电系统由开关配以具有通信功能的智能化元件，经数字通信与计算机系统网络连接，实现对分散分布的低压电缆分接箱内开关设备运行进行自动化管理。系统可实现数据的实时采集、数字通信、远程操作与程序控制及设备维护信息管理等功能。1　 项目概况　　上海核工程研究设计院是隶属于中国核工业集团公司的重点研究设计单位,该院新建大楼系统分为配电室和楼层部分，配电室高压部分采用ACR330ELH采集谐波数据，WHD72采集温湿度数据；低压进线侧采用ACR320ELH采集谐波、功率因数等数据， ACR220EK网络电力仪表采集测量电流，开关状态由辅助触点接入ACR220EK仪表的DI（开关量输入）接口。楼层部分由ACR220E采集电能数据。所有电参量数据由仪表的通讯接口经RS-485总线传给上位机，实现遥测、遥控和遥信功能。 2　 系统拓扑结构　　上海核工院电力监控系统的拓扑结构如图1。系统多采用分布式结构，按功能或区域进行划分，模块化设计。整个系统一般分为三层，即现场层、中间层、主控层。　　现场层主要任务是将现场的各种配电系统的运行参数进行采集和测量，并将采集和测量的各种数据传输给监控系统。其主要设备是：ACR330ELH、ACR320ELH谐波表，WHD72D温湿度仪表、 ACR220EK网络电力仪表，装设在现场的电缆分接箱内。上述设备均相互独立完成各自的功能，不依赖主控计算机运行，所有仪表都具备RS-485 通信接口，通过现场的RS-485总线将检测到的各项电参数和状态信号实时传输到中间层的数据处理单元。　　中间层位于现场层与主控层之间，由光电隔离器、串口服务器构成，现场485总线通过光电隔离器串口服务器与交换机相连，完成现场层设备与主控计算机之间的网络通信联接、数据交换。　　主控层位于中控室或值班室，配置高性能、高可靠性工业级计算机、UPS不间断电源、打印机、报警装置等。Acrel-3000电力监控软件安装在主控计算机上，通过软件的人机界面和各种管理功能实现对整个配电系统的实时监控。　　上海核工院新建楼层监控中心位于1层消控室，配电室位于地下2层车库，距离不超过1200米，直接通过铺设RS-485总线进行通讯即可，考虑到现场地理位置及走线方便合理等问题，采用8路RS-485网络可将所有配电室监控点覆盖；楼层部分考虑到走线方便问题，采用3路RS-485网络，通过竖井、吊顶拉到消控室。3　 Acrel-3000电力监控组态软件解决方案 　　Acrel-3000电力监控组态软件是对现场生产数据进行采集与过程控制的专用软件，最大的特点是能以灵活多样的“组态方式”而不是编程方式来进行系统集成，它提供了良好的用户开发界面和简捷的工程实现方法，只要将其预设置的各种软件模块进行简单的“组态”，便可以非常容易地实现和完成监控层的各项功能，比如在分布式网络应用中，所有应用（例如趋势曲线、报警等）对远程数据的引用方法与引用本地数据完全相同，通过“组态”的方式可以缩短自动化工程师的系统集成的时间，提高集成效率。　　该系统实施后，实现了各类用电设备的电能报表，各用电回路的实时电参量遥测，重要回路的电能质量（含谐波）分析，以及重要回路的负荷用电趋势等功能，图表分别见图2、图3、图4。4　 结束语　　在电力监控系统中配置网络电力仪表，具有实施简明，投资少等显著优点，可以方便和实时地监控配电系统的运行状态，对现场的用电设备进行统一管理，免去工作人员到现场记录的繁琐工作，系统对各种用电设备的历史运行数据和状态进行管理分析，便于维护人员明确设备状况，制定详细的设备维护计划，减少工作人员，提高效率。同时，根据建立的电能计量体系，可以了解、分析建筑总体能耗，提出降耗计划，采取节能降耗措施，逐步提高用电效率。

摘 要：针对馈线众多的低压配电线路，采用多功能电力监控仪表实现遥测、遥信、遥控及电能的测量管理，成本高、投资大。本文介绍一种基于ARTU四遥单元，实现对终端配电线路进行遥测、遥信、遥控、遥脉的智能配电方案。该方案具有成本低、投资少、安装接线简便等优点，有利于低压智能配电的进一步推广和应用。关键字：ARTU四遥单元 低压智能配电 应用1　 引言　　随着对生命、财产安全及电器节能管理考核的日趋重视，低压配电需要智能监控的应用场合越来越广泛。目前采用多功能电力监控仪表，对低压配电回路电流、电能进行遥测，对断路器的合闸、脱扣状态进行遥信和记录，并利用上位机软件通过仪表对断路器进行控制。虽然该方案能满足低压智能配电的要求，但每一馈线均需一台监控仪表，成本高、投资大，用户难以承受。　　本文介绍在传统的低压配电线路上，增加ARTU四遥单元，实现对低压配电智能化低成本的多回路监控。2　 产品特点　　ARTU四遥单元包括遥测单元、遥脉单元、遥信单元、遥控单元四个规格。外观见图1，采用DIN35mm导轨安装。前端带通信指示和信号运行通道指示2组信号灯，通信有两路RS485接口，一路用于通用参数的设置及调试，另一路用于读取和设置“四遥”值。产品顶端设有拨码开关窗口，可通过拨码开关设置产品通讯地址和波特率。辅助电源有24Vdc或220Vac/dc两种供选择，整机功耗小于5W，防护等级达IP20。产品符合JB/T10388-2002《带总线通信功能的智能测控节点产品通用技术条件》、GB/T7261-2000《继电器及装置基本试验方法》和GB/T13729-2002《远动终端设备》标准。3.1 ARTU-M32遥测单元3.1.1 产品功能　　ARTU-M32能同时采信32路交流或直流模拟信号，如0-20mA ac、0-5V dc、4-20mA dc等模拟量，经AC/DC转换，与上位机通讯RS485总线连接进行数据交换。32路双色指示灯用于指示每路输入信号的当前状态，绿灯表示正常状态，红灯表示紧急状态，黄色表示警示状态。遥测刷新速度小于1s，精度达0.5。3.1.2 产品应用　　以检测16路馈线的工作电流为例，一次方案见图2（a），电流互感器采用AKH-0.66S低压双绕组互感器，用于电流采集，一次侧额定电流5A-6300A，二次输出有2个绕组，一组输出0-5A（或1A），给99T1、6L等指针表作当地显示电流值，另一组输出交流0-20mA，给ARTU-M32单元远传遥测，见图2（b），电流测量回路通过指针表显示各馈线回路相应的电流值，遥测回路利用通讯端口远程集中显示各回路电流值。3.2.1 产品功能　　ARTU-P32遥脉单元采集32路电能脉冲信号，通过RS485总线与上位机连接进行数据交换，具有计数值掉电保护功能。脉冲宽度大于10ms，最大累积脉冲数4294967296个。上位机采集得到的电能脉冲数除以该回路电能表的脉冲常数（imp/kWh），就为该回路的电能数据。该遥脉单元还有GPS校时功能。3.2.2 产品应用　　以计量32个馈线电能为例，电能表采用DTM862-2型，一次方案见图3(a)，电能脉冲采集二次见图3(b)。使用传统的机械式电能表附带脉冲接口，利用智能化的脉冲接收装置实现远程集中式抄表功能。3.3.1 产品功能　　ARTU-K32可接受32路有源或无源接点，把开关量信号转换为数字信号，经通讯实现和上位机监控系统的数据交换，32个通道扫描一周所需时间为1ms，可记录2000组事件容量，带GPS校时功能。3.3.2 产品应用　　1台ARTU-K32可以监控8条马达回路或16路照明回路的工作状态。以监测马达回路为例，一次方案见图4(a)，由配辅助、故障触点的NS断路器、LC1交流接触器、LR2热继电器和AKH-0.66P保护型互感器组成。每条马达回路监测4组节点，即断路器合闸、故障触点，电机运行（接触器）状态触点，电机热过载（热继电器）触点，1台ARTU-K32监测8条马达回路。见图4（b），通过现场启停按钮控制马达的运行与停车，现场红、绿指示灯同步显示马达的工作状态，遥信单元则可通过监测各元件触点的动作值远程显示马达的工作状态。ARTU-J16通过RS485总线与上位机相连，作为远程继电器输出模块，用于接收计算机指令，执行系统的遥控操作或自动控制，继电器输出共16路，继电器触点容量5A/250VAC或5A/30VDC，遥控准确率100%，可记录1600组事件顺序记录，带GPS校时功能。3.4.2 产品应用　　以1台ARTU-J16控制8路低压馈线为例，CM1断路器配电动机操作机构，一次方案见图5（a），控制方式见图5(b)。启停按钮现场手动控制各回路断路器的合、分闸，遥控单元通过通讯接口集中控制8路断路器的工作状态，实现断路器就地与远程两地控制的工作模式。4　 应用实例　　以某工程为例，需监控32条低压馈线并组网，其中16路为照明回路、16路为马达回路，每条馈线均需测量三相电流、电能，并进行故障记录、防误跳。每条馈线的A相、C相电流采用AKH-0.66S双绕组互感器采集，32条馈线用2台ARTU-M32遥测单元测量并远程，B相电流默认为A相与C相的平均值；每条馈线的电能计量采用DTM862-2电度表，用1台ARTU-P32采集电能脉冲信号，并将数据上传，实现电能无人抄表。用1台ARTU-K32监测16路照明回路开关状态，2台ARTU-K32监测16路马达回路工作状况，并实现事件记录。用4台ARTU-J16控制32条馈线的断路器防误跳，1台ARTU-J16控制16条马达回路的接触器，控制马达运行状态。　　当多个ARTU组网使用时，最后一个的RS485的A和B端子上应并接入一个终端匹配电阻R，以保证通讯阻抗匹配，终端匹配电阻一般在120Ω-10kΩ之间，布线不同终端匹配电阻可能会不同。正确接入RS485总线，并连接至上位机。上位机根据模块的站号和波特率，按规约格式下发命令。此时模块的通信指示灯闪烁，表明模块已收到上位机命令并应答，即通讯已经建立，见图6。　　采用该方案的硬件成本如下：64只AKH-0.66S双绕组电流互感器，约增加成本10560元，2台ARTU-M32遥测单元，成本7200元，1台ARTU-P32遥脉单元成本为3500元，3台ARTU-K32遥信单元，成本10500元，5台ARTU-J16遥控单元成本19500元。32块DTM862-2成本为8000元。如果使用智能化的网络仪表来实现以上功能，需要选用ACR210E（测量三相电流及有功电能，带通讯接口）配2DI/2DO（2路遥信2路遥控）的方案，马达回路由于需要监测的参数较多，需要配4DI/4DO（4路遥信4路遥控）的开关量模块，32只此款仪表成本85760元，相比第一种方案增加成本44.7%。5　 结束语　　2007年12月，国家继电保护及自动化设备质量监督检验中心对ARTU四遥单元产品性能指标、电磁兼容、通讯规约进行测试检验，符合相关要求。该产品已在青海油田供水供电公司、苏州税务大厦、内蒙古镶黄旗林煤矿等工程配电监控系统中得到应用，降低了投资成本，产生了较好的社会和经济效益。