智能化低压配电系统设计
时间：2023-03-13作者：佚名
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智能化低压配电系统是用通信网络把众多的带有通信接口的低压配电和控制设备与主计算机连接起来，由计算机进行智能化管理，来实现集中数据处理、集中监控、集中分析及集中调度的低压配电系统。 此类产品国内外电气公司有很多，国外公司的如：施耐德公司的Powerlogic电力监控系统，ABB公司的ESD 2000变电站监控系统等；国内公司的如：上海安科瑞电气有限公司的Acrel-3000型变配电监控系统，珠海派诺电子有限公司的西格玛监控系统等。下面以上海安科瑞电气有限公司的Acrel-3000型变配电监控系统为例介绍一下智能化低压配电系统。 一、系统的组成结构 Acrel-3000电力监控系统是将现场总线技术应用于低压配电综合系统，实现配电系统智能化，提高了控制系统的信息处理能力和运行可靠性，同时节省了系统的硬件和布线费用，方便了用户对系统的组态、管理和维护，该系统采用三层的网络分布式结构，是智能型低压配电系统较为常见的三层结构，它包括站控管理层、网络通讯层和现场设备层。如图1所示。 1. 站控管理层 站控管理层针对配电系统的管理人员，是人机交互的直接窗口，用来实现对配电和监控设备以及智能型元器件的监控、保护和控制通信，也是系统的最上层部分。主要由系统软件和必要的硬件设备，如工业级计算机、打印机、ups电源等组成。系统软件具有良好的人机交互界面，对采集的现场各类数据信息自动经过计算处理，并以图形、数显、声音等方式反映现场的运行状况。 图1：Acrel-3000电力监控系统网络分布式结构  2. 通讯控制层
通讯控制层主要是由通讯服务器、通讯前置机、hmi及总线网络组成。该层是数据信息交换的桥梁，负责对现场设备回送的数据信息进行采集、分类和存储等工作的同时，转达上位机对现场设备的各种控制命令。 该层是智能化低压配电系统的关键部分，它就像整个监控系统的神经网一样，把各现场配电和控制设备与主计算机连接起来。在通信网络的通信介质方面，应用较多的有光纤、同轴电缆及屏蔽双绞线。目前应用的基本上屏蔽双绞线，硬件接口为RS-485通信接口。 3. 现场设备层 现场设备层是连接于网络中用于电量参数采集测量的各类型的带通信接口的智能型元器件、多功能电力仪表和保护装置等，也是构建该配电系统必不可少的基本组成元素。不仅肩负着采集数据的重任，同时也是执行后台控制命令的终端元件。 设备层的元器件安装在低压开关柜中，按照它们对系统的重要性不同，对元器件的选择可以采用不同的方式。 ① 重要回路 重要回路如低压开关柜中的进线断路器、联络断路器、重要的大电流馈电回路，宜选择智能型框架断路器，如施耐德公司的Masterpact MT系列框架断路器，ABB公司的New Emax系列框架断路器，常熟开关制造有限公司的CW2系列框架断路器等。该类型的断路器配置带通信接口的控制单元，主要功能包括：具有长延时、短延时、瞬时过流、接地故障、欠压的保护等；在断路器上可显示电流、电压、功率、有功电能、无功电能、功率因数、频率等电量参数的运行状态，故障信息等；通过通信接口与上位计算机进行数据交换，并可接受上位机的命令；实现远程电量参数的测量、断路器运行状态（合、分、故障、报警等）的监控、由上位机对断路器进行遥控分合闸操作，由上位机对断路器的设备参数和保护值进行遥调的四遥功能。 ② 普通回路 普通回路常亦可以选用智能型断路器，鉴于智能型断路器价格不菲，为了降低工程成本，常采用普通断路器配置智能型多功能电力监控仪表的组合方式，使配电柜中的普通回路具有智能功能，并能使各配电回路连接到智能监控网络中。  图2：ACR220EFL智能型多功能电力仪表与塑壳断路器接线图 智能型多功能电力监控仪表是一种由计算机控制，具有通信接口，可对配电回路的状态及电参量进行监视，并能控制配电回路的通断状态的一种智能型元件。这类仪表目前国内外有许多品牌，如施耐德公司PM800系列，上海安科瑞公司的ACR系列，江阴斯菲尔公司的PD194系列。上海安科瑞公司ACR220EFL智能型多功能电力仪表与塑壳断路器具体接线见图2。这种回路取代了常规传统回路的很多元件，如电流表、电压表、功率表、电能表、电力变送器等，大量减少了柜内的二次接线，而实现了更多的功能。 主要有功能有： 测量和显示功能：能够测量并显示配电回路的相电压、线电压、线电流、有功功率、无功功率、功率因数、四象限（复费率）电能、频率等参数及运行状态、故障报警信息及各参数值； 存储功能：可记录并查询近期12个月电能、最大需量及SOE事件记录； 通信功能：具有网络接口，可与上位计算机进行数据交换，并可接受上位机的命令来控制断路器的操作。 另外需要指明的是，由于这些回路的断路器不是智能型的，因此不具备对断路器的运行及保护参数进行遥调的功能，即只能实现遥测、遥信、遥控三遥功能。 ③ MCC回路 MCC即电动机控制回路，选用智能型电动机保护器，可以为电动机提供完善的保护，最大限度地保证设备运行的可靠性与安全性，是新一代智能化、网络化、数字化的电动机保护器。目前国内外产品有很多品牌，如ABB公司的M101、M102系列，西门子公司的3UF50系列，上海安科瑞电气公司的ARD3系列，苏州万龙集团公司的ST500系列等。 智能型电动机保护器与接触器、电动机起动器等电器元件配合主要用于：直接起动、可逆直接起动、星-三角起动、自耦变压器起动、软起动等。 主要功能包括： 显示功能：可以显示回路的的相电压、线电压、线电流、功率因数、有功功率、无功功率、频率及各种保护的设定值，运行状态和报警、故障信息等。 存储功能：能存储近期的运行状态、故障、报警信息及各参数值。 保护功能：具有过载、堵转、欠载、温度、断相、不平衡、欠电压、过电压、接地或漏电等保护功能。 通信功能：可连接到通信网络上，与上位机通信，把运行状态、参数、保护及故障状况送往上位机，并可接受上位机的起动、停车以及设定值、保护值的重新设定等操作。 智能型电动机保护器主要用于抽出式低压开关柜，每台低压柜单台电动机容量在15kW以内的回路数可达36回路（如MNS型抽出式开关柜），其参数设置可以在控制器面板上用触摸开关直接进行设置，也可以手持编程器进行设置。 ④ 变频器、软起动器回路 变频器、软起动器是带有通信接口的全数字化电动机控制产品，该类产品在大功率的电动机起动或调速方面应用十分广泛。变频器如施耐德公司的ATV系列，ABB公司的ACS系列，西门子公司的MMV/MDV系列等；软起动器如施耐德公司的ATS48系列，ABB公司的PSS/PST系列，西门子公司的3RW系列等。 把变频器、软起动器直接装入开关柜中，作为开关柜的主要元器件成为标准产品。这种产品目前应用很多，它即可以实现对电动机的控制，又可通过变频器、软起动器本身所带的通信接口与整个智能配电系统网络连接起来，为上位机提供电动机的运行参数和运行状态，并可接受上位机的控制命令，实现智能化控制。 二、系统的应用软件 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，整套系统软件具有开放性、扩展性、实时性和安全可靠性。最大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”，便可以非常容易的实现和完成监控层的各项功能。系统提供完善的用户权限及口令控制,对重要的操作设置双重验证。应用软件提供完善的监控、分析及系统管理手段，具备图形化的操作界面和数据库生成、维护工具。系统还具有数据备份和恢复功能,数据库具有开放性、全中文界面,便于用户生成、修改数据库,具有不同级别与权限的限制和防护措施。 三、系统的技术指标 Acrel-3000电力监控系统具有以下技术指标： ◇ 重要遥测更新周期：＜2S ◇ 一般遥测更新周期：＜3S ◇ 事故时遥信变位传送时间：≤1S ◇ 事故推画面时间：＜2S ◇ 遥信变位：＜1S ◇ 遥控过程完成：＜3S ◇ 模拟量测量综合误差：＜0.5% ◇ 电网频率测量误差：＜0.01Hz ◇ 调用画面响应时间：1S~3S ◇ 单元控制装置接受命令到开始执行时间：≤1S ◇ 网络速率：100兆或1000兆 ◇ 事件记录正确率：≥99.9% ◇ 遥信正确率：100% ◇ 遥控正确率：100% ◇ 遥调正确率：100% ◇ 遥测正确率：≥99.9% ◇ 海拔高度：≤4000m ◇ 工作环境温度范围：-20℃~ 65℃ ◇ 存储环境温度范围：-40℃~ 85℃ ◇ 相对湿度：≤95%（25℃） ◇ 在实时数据库容量支持到10000点基本保持以下系统指标： ◇ 系统使用寿命：≥10年 ◇系统平均无故障时间：系统MTBF≥30000小时 ◇CPU负载：正常情况下负荷率≤15%（任意5分钟内平均） 事故情况下负荷率≤35%（任意1分钟内平均） 四、系统的功能 智能低压配电系统具有以下功能： 1、控制功能 所有遥控操作具有2 层操作：第1 层控制设置在工作站；第2 层控制设置在开关柜上。操作人员可以通过开关柜上的转换开关进行选择：是在工作站上位机通过微机的键盘，鼠标器对控制对象进行分合操作,还是在开关柜上就地对受控对象进行控制。 2、监测功能 ① 实时数据采集 通过现场低压柜上的智能元器件采集各进出线回路的电流、电压、功率、频率、功率因数等电参量，对配电回路断路器运行状态、电动机回路的接触器状态进行遥测,并能把这些状态和数据在上位机进行处理、分析、判断和显示。 ② 数据处理 系统对所采集的实时数据进行处理及监测,根据交流电压、电流量计算有功、 无功功率;电能量累加,电能量峰、平、谷计算；各采集量的最大值、最小值计算,限值比较计算。 ③ 事件顺序记录及处理 事件顺序记录(SOE) 包括:各保护动作信号、断路器合分闸变位信号、成功的控制操作、设备报警、设备状态变位。当事件顺序记录数据变位时,系统应将事件发生的时刻、性质、名称记录在实时数据库,使用方认为有必要时,可方便地选定范围输出到打印机上。 ④ 异常报警 系统对采集到的各实时数据进行检测,所检测数据与定义的正常参数状态不符合时予以报警。报警形式具有声、光闪烁,报警条文显示等功能。当报警状态返回正常时,报警信号自动消失,而报警条文转入历史数据库中。 ⑤ 历史数据记录 系统将保护动作、受控对象的控制操作、状态变位、遥测越限、设备异常记录这几种类型数据的操作时间、步骤、结果、故障数据作为历史数据,按具体类型分别作存盘处理,以便事件的追忆或分析。 ⑥ 运行监测和运行管理 配电监控系统能够在计算机界面显示系统主接线结线、设备状态、电气测量参数、运行报警信号等。运行人员可进行事故查寻,查询历史数据和事件记录。 在监控主机、工作站实现下述人机联系功能:设备控制的闭锁与投运；生成、修改各种报表及画面；生成、修改实时数据库参数；设备的控制操作； 屏幕显示：在人机工作站可用鼠标或键盘选择各种屏幕显示,屏幕显示采用多窗口方式,画面在局部可放大或缩小。屏幕显示的内容包括:主接线图(实时显示开关状态、电流、功率、母线电压等主要运行参数)；各种运行工况图(包括重要测量值的趋势曲线图、日负荷曲线图、电流、功率的曲线图)；事故及报警信息; 控制操作过程记录(包括操作人、操作时间、内容) ；各类运行日报表、月报表及运行日志等；系统可根据要求形成各种形式的文字报表。 3、其他功能 系统具备模块自诊断、程序自恢复功能。系统和设备发生故障时,立即发出故障报警,避免引起遥控误动和遥信误发。 |
