低压配电仪

摘 要：分析低压电流互感器的原理，介绍了准确级和准确级限值的概念，同时并在此基础上，结合工程实例分析。低压电流互感器在低压测量、计量、继电保护、系统监测、接地保护等方面的选用。关键词：低压配电系统 低压电流互感器 工作原理 准确级 准确级限值 选型1　 引言　　随着我国电力工业中城网及农网的改造，以及低压配电系统的自动化程度不断提高，电流互感器作为低压配电系统中的一种重要电气元件，已被广泛地应用于测量、计量、继电保护、系统监测、接地保护和各种电力系统分析之中，本文对此进行初步的探讨。2　 低压电流互感器工作原理　　低压电流互感器的工作原理如图1所示，电流互感器的一次绕组串联在被测线路中，I1为线路电流即电流互感器的一次电流，N1为电流互感器的一次匝数，I2电流互感器二次电流（通常为5A、1A），N2为电流互感器的二次匝数，Z2e为二次回路设备及连接导线阻抗。当一次电流从电流互感器P1端流进，P2端出，在二次Z2e接通的情况下，由电磁感应原理，电流互感器二次绕组有电流I2从S1流过，经Z2e至S2，形成闭合回路。由此可得电流在理想状态下I1×N1=I2×N2，所以有I1/I2=N1/N2=K，K为电流互感器的变比。3.1 测量用电流互感器3.1.1 测量用电流互感器是为指示仪表、积分仪表和其他类似电器提供电流的电流互感器　　测量用电流互感器广泛用于对低压配电系统电流的测量，主要准确（对电流互感器给定的等级）级有：0.2、0.5、1、3、5等，目前应用比较广泛的测量用互感器主要为母线式电流互感器，安装方便，而且其型号、规格繁多，可根据不同规格的母排或线缆选用最经济合理的电流互感器，表（一）以AKH-0.66型电流互感器，分析测量用电流互感器的运用及特点。表（一）　AKH-0.66测量用电流互感器技术参数表 电流互感器型号输入、输出主要特点AKH-0.66/I型输入：5-3000A输出：0-5A（0-1A）适用用于多（单）根电缆或单根母排穿越，适用面广AKH-0.66/II型输入：150-6300A输出：0-5A（0-1A）适用用于多根母排或多根电缆穿越，适用面广，二次接线端与母排安装水平面平行。AKH-0.66/III型输入：250-6300A输出：0-5A（0-1A）具备II型特点，精度高，容量大，适用于相间距离小的场合，二次接线端与母排安装水平面垂直。AKH-0.66/M8型输入：5-150A输出：0-5A（0-1A）适用于小电流空间场所，为接线式电流互感器。AKH-0.66/K型输入：100-6300A输出：0-5A（0-1A）用于项目改造，无须拆一次母线，安装方便，为用户节省人力、财力，提高改造效率。AKH-0.66/S型输入：5-6300A输出两组：一组0-5A（0-1A），另一组AC0-20mA双路输出，一路用于电流的测量，另一路用于远传，用于系统监测，与遥测单元配合使用，为用户节约成本。AKH-0.66/SM型输入：5-6300A输出两组：一组0-5A（0-1A），另一组DC4-20mA双路输出，一路用于电流的测量，另一路用于远传，用于系统监测，与自控仪表如PLC配合使用，为用户节约成本，辅助电源DC24V由PLC供电。3.1.2 测量用电流互感器在低压配电系统中的问题及应用实例　　测量用电流互感器在低压配电系统中二次输出5A和1A的选择，是一些电气工程师经常遇到的问题。　　2009年12月山东聊城某化工厂，各生产车间环境多为爆炸性环境，各车间电气控制室不安装在车间内，而是安装在离各车间较远的公共电气控制室，来实现对系统电流信息的集中采集，现场电流互感器与控制室之间距离大约200米，有的甚至300米，二次传输导线为2.5平方毫米，使用的电流互感器有AKH-0.66/30I 200/5A 0.5级 5VA 穿心1匝 等许多规格，使用的电流表为CL72-AI，该项目比较大，该项目在将完工，部分工程试运行时，发现所有电流表显示与现场电流完全不准确。　　经分析，电流互感器额定容量就是电流互感器额定二次电流I2e，通过二次回路额定负载Z2e时所消耗的视在功率S2e，即，S2e=I2e²Z2e； 因数显表消耗的视在功率只有0.05VA，很小，所以我们可以不考虑 ，Z2e=ρ.2L/S=0.0176Ω. mm²/m×2×200 m /2.5=2.82Ω，S2e= I2e²Z2e=5A²×2.82Ω=70.5VA，远远大于电流互感器的额定容量5VA，所以此时应该选择200/1A的电流互感器，2010年2月份该项目更换了所有的比5A电流互感器，同时由于电流表为数显表，变比可以重新设定为200/1，使整个系统恢复正常。　　从本实例可以得出电流互感器接数显电流表时，传输距离对比如表（二）表（二）　传输距离对比二次导线截面积（mm²）额定二次电流（A）互感器容量（VA）单程传输距离（m）1.552.54.211062.55514.21[td=

摘 要：介绍一种基于数字式智能仪表在配电系统改造中的应用，现场层采用智能数显仪表（SCADA）采集配电现场的U、I、P、COS¢、 Ep等电参量和开关信号；现场仪表组网通讯并远传至后台监控系统，同时通过智能仪表的输出控制继电器，远程控制断路器的合、分闸操作，达到低压配电系统的自动化综合管理。关键词：低压智能配电系统 Acrel-2000 型 三遥 RS485通讯0　 概述 　　胜利油田物探院配电室于1992年建成投产，已安全运行16年，配电系统分为高、低压两大部分，高压部分有聊城甲线和淄博甲线两条10KV进线，有6台1250KVA有载调压变压器。物探院属于重要电力负荷用户，主要包括网络二楼处理机房机群及其配套用电设备；网络三楼解释机房、局域网服务器及其配套用电设备、局信息中心ERP机房计算机及其配套用电设备；综合楼处理和解释机房用电设备；制冷机组及其配套用电设备以及全院的生产，生活用电。　　高、低压一次设备是十四年前安装的，原配电系统采用的是MS-2801数据库定义系统，所用备件多，通讯线接点多，易出故障，操作系统是Windows NT 4.0，应用、维护起来比较繁琐。近几年来随着全院电力负荷的增加和SP2机群的扩容，变压器容量和配电回路开关的容量和数量已不能满足当前用电负荷的需求，并且设备严重老化，断路器分断能力差；另外，供电公司正在进行油田线路升压，原6KV进线已升为10KV，原低压母线和变压器出线开关容量不够，电容补偿柜也已老化，起不到无功补偿的作用。为了保证全院科研、生产的正常运行，我们对低压配电系统进行了一次全面的系统改造。　　由于物探院属于一级供电用户，供电系统要求绝对安全、可靠。根据场地设备实现远程监控和集中管理的要求，改造后的配电系统采用了Acrel-2000型低压智能配电系统实现对高低压设备的遥测、遥信、遥控即“三遥”功能。　　Acrel-2000型低压智能配电系统，充分利用了现代电子技术、计算机技术、网络技术和现场总线技术的最新发展，对变配电系统进行分散数据采集和集中监控管理。对配电系统的二次设备进行组网，通过计算机和通讯网络，将分散的配电所的现场设备连接为一个有机的整体，实现电网运行的远程监控和集中管理。1　 配电监控系统构成　　间隔层主要的设备为：多功能网络电力仪表、开关量、模拟量采集模块和智能断路器等。这些装置分别对应相应的一次设备安装在电气柜内，这些装置均采用RS485通讯接口，通过现场MODBUS总线组网通讯，实现数据现场采集。　　中间层主要为：通讯服务器，其主要功能为把分散在现场采集装置集中采集，同时远传至站控层，完成现场层和站控层之间的数据交互。　　站控层：设有高性能工业计算机、显示器、UPS电源、打印机、报警蜂鸣器等设备。监控系统安装在计算机上，集中采集显示现场设备运行状况，以人机交互的形式显示给用户，同时用户可以通过系统软件发送指令至现场设备，实现远程遥控功能。　　以上网络仪表均采用RS485接口和MODBUS-RTU通讯协议，RS485采用屏蔽线传输，一般都采用二根连线，接线简单方便；通讯接口是半双工通信即通信的双方都可以接收、发送数据但是在同一时刻只能发送或接收数据，数据最高传输速率为10Mbps。RS-485接口是采用平衡驱动器和差分接收器的组合，抗噪声干扰能力增强，总线上允许连接多达32个设备，最大传输距离为1.2km。2　 监控系统的主要功能　　1)数据采集与处理　　数据采集是配电监控的基础，数据采集主要由底层多功能网络仪表采集完成，实现远程数据的本地实时显示。需要完成采集的信号包括：三相电压U、三相电流I、频率Hz、功率P、功率因数COSφ、电度Ep、远程设备运行状态等数据。　　数据处理主要是把按要求采集到的电参量实时准确的显示给用户，达到配电监控的自动化化和智能化要求，同时把采集到的数据存入数据库供用户查询。　　2)人机交互　　系统提供简单、易用、良好的用户使用界面。采用全中文界面，CAD图形显示低压配电系统电气一次主接线图，显示配电系统设备状态及相应实时运行参数，画面定时轮巡切换；画面实时动态刷新；模拟量显示；开关量显示；连续记录显示等　　3)故障报警及事故追忆　　在配电系统发生运行故障时，会及时发出声光报警提示用户及时响应故障回路，同时自动记录事件发生的时间地点，以被用户查询，追忆故障原因。　　4)数据库建立与查询　　主要完成遥测量和遥信量定时采集，并且建立数据库，定期生成报表，以供用户查询打印。　　5)用户权限管理　　针对不同级别的用户，设置不同的权限组，防止因人为误操作给生产，生活带来的损失，实现配电系统的安全，可靠运行。　　6)电能成本管理　　自动进行日、月、年的电能统计，可以进行尖、峰、平、谷时段设定，实现具有电能分时计费功能，同时生成日、月、年报表。　　7)运行负荷曲线　　定时采集进线及重要回路电流负荷参量，自动生成运行负荷趋势曲线的，方便用户及时了解设备的运行负荷状况。3　 案例分析　　胜利油田物探研究院低压配电系统主要有6台10kv/0.4kv配电变压器，本系统主要负责对低压进线及相应配出回路的实时动态监控。　　进线回来采用ACR320EK多功能网络电力仪表，其是针对电力系统、工矿企业、公共设施、智能大厦的电力监控需求而设计的网络电力仪表，它能测量所有常规电力参数，如：三相电压、电流、有功功率、无功功率，功率因数、频率、有功电度、无功电度等多种电参量。并且本仪表带有4路光电隔离开关量输入接点和2路继电器控制输出接点，这些接点可以配合智能断路器实现断路器的遥信、遥控操作。该系列网络电力仪表主要应用于变电站自动化、配电网自动化、小区电力监控、工业自动化、能源管理系统及智能建筑等领域。　　重要配出回路采用ACR100K系列网络电力仪表，该仪表主要完成三相电流、三相电压、有功电度的测量以及开关信号的检测和继电器遥控输出。　　一般配出回路采用Pz42-AI/KC系列网络仪表，该仪表主要完成三相电流测量、开关信号检测和继电器遥控输出。　　图(1)为系统主监控画面，实时显示遥测数值，断路器运行状态信息，运行事件报警，画面快捷切换，系统功能菜单等主要功能。　　①遥测：主要监测运行设备的电参量，其中包括：进线三相电压，电流，功率，功率因数，电能，频率等电参量及配出回路的三相电流；　　②遥信：实现显示现场设备的运行状态主要包括：开关的分、合闸运行状态和通讯故障报警；　　③遥控：主要实现对智能断路器的远程分/合闸操作，所有操作均要通过严格的权限验证，以防止运行人员误操作。　　报表统计功能：主要完成对进线回路的事件记录报表（见图（2））；远程抄表（见图（3））以及用电统计报表统计（见图　　负荷曲线：定时采集进线回路的电流参量，同时生成趋势曲线（见图（5）），实时了解设备负荷状况，同时为事故追忆提供依据。图（5）　趋势曲线4　 系统特点　　通讯线接点少，画面显示直观，数据刷新快，及时反应现场设备的运行状况，同时系统操作简单，方便用户使用。5　 结束语　　目前该系统已经成功投入运行近半年，系统运行安全、稳定，极大的方便了用户的使用。随着社会的快速发展，用户对供配电自动化和智能化的要求越来越高，实现配电室的无人职守已经成为未来配电自动化发展的一个方向；ACREL-2000型低压智能配电系统是解决供配电高质量运行的良好配电系统之一，通过系统的运行，可以实现和保障配电系统的可靠、安全、稳定运行，并在此基础上降低设备运行成本，提高配电自动化质量。

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。