智能配電柜中電力監控系統的設計及應用

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、電機保護器而設計實現的智能配電柜進線、饋線、出線各回路分散式采集和集中控制管理的電力監控系統，系統實現了人機界面在智能配電柜中無人管理的功能，省去了值班人員現場操作的繁復性，減少人工操作的誤差性，提高了供電質量和管理水平，具有簡明實用、投資少等優點，具有廣泛的應用前景。

關鍵詞：人機界面；智能儀表；電力監控；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據的配電柜，為終端能源監測系統提供測量數據，通過顯示單元，實時反映電力參數及電能質量數據，并通過數字通訊至后臺控制系統，以達到對整個配電系統的實時監控和運行質量的管理，而電力監控系統作為當今配電產業智能化的發展趨勢，是配電自動化控制非常重要的組成部分，主要功能包括：數據采集和顯示、數據記錄、導出、現場設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控管理系統為例，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計一套智能智能電力監控管理系統^[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備運行參數及運行狀況實現實時監測、管理。

1 項目介紹

    電力監控系統能夠通過使用電力儀表來監測各回路設備的用電情況，通過集中采集顯示終端來實時顯示、存儲，并能夠導出一個工作周期的數據，便于進行系統和電力數據分析，能夠為配電柜提供分析設備運行狀況及用電情況的依據，本智能配電柜電力監控系統項目基于用戶對現場配電柜進線、饋線、出線回路設備及用電情況監控的需求，采用昆侖通態觸摸屏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，實現對智能配電柜的進線、饋線、出線回路用電設備運行過程中三相電壓、電流、有功功率、無功功率、視在功率、電能數據的實時監測顯示、數據存盤、導出功能，實時顯示回路的通斷狀態，并對電機設備的過載、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、出線回路實時監控管理。

2 用戶需求

    通過對配電柜進行監測管理，了解設備的運行狀況及用電情況，對所設計的電力監控系統提出以下需求：

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、功率及電能等數據，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，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，并利用電動機保護器ARD2F對出線回路電機進行數據監測和保護；

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:實現進線柜、饋線柜、出線柜電壓、電流、功率、頻率、功率因數等參數的越限報警；

電能管理:完成對回路各儀表的電力參數集抄功能，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電能實時查詢；

數據導出:實現各儀表電力參數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，供客戶對電能統計、打印。

3 設計方案

3.1參考標準

GB/T3797-2008        《電氣控制設備》

GB/T11022-1999      《高壓開關設備和控制設備標準的共用技術要求》

20077566-Q-604       《工業自動化產品安全要求第1部分:總則》

20077556-Q-604       《工業自動化產品安全要求第10部分:記錄儀表的安全要求》

GB/T 16656.46-2010    《工業自動化系統與集成及產品數據表達與交換》

DL/T 814-2002        《配電自動化系統功能規范》

DL/T634-2002        《遠動設備和系統傳輸規約基本遠動任務配套標準》

DL/T 814-2002        《配電自動化系統功能規范》

DL/T645-1997        《多功能電能表通信規約》

3.2系統介紹

    整個系統設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，對現場數據的采集、實時顯示、參數存盤、故障記錄，實現智能型配電柜系統的電力監測管理，系統總體架構如下圖1所示。

圖1 系統總體結構圖

3.3 設備選型

4 系統功能

    上位機采用觸摸屏TPC1062K，通過觸摸屏^[2]與現場設備連接，并在觸摸屏中進行數據庫變量配置、界面設計等，完成在上位機中監控現場智能儀表PZ72L-E4/KC、PZ80L-E4/KC、ARD2F電動機保護器、斷路器等配電設備用電情況及運行狀況的功能。

4.1 系統圖顯示

在觸摸屏實時顯示智能配電柜各個回路用電設備運行狀況，便于用于實時了解現場設備狀況，對于出現的故障及時處理，并在觸摸屏上實現設備的分合閘控制，實現遠程遙控操作，系統圖顯示界面如下圖2所示。

圖2  系統圖顯示界面

4.2 數據采集顯示

    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、有功功率、無功功率、視在功率、電能等參數，并在人機界面實時準確顯示，方便用戶及時了解系統各個設備運行參數以及進行能耗監測管理，具體數據如圖3至圖5所示。

圖3  進線回路數據顯示界面

圖4  饋線回路數據顯示界面

圖5  出線回路數據顯示界面

4.3 曲線顯示

    電力監控系統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，為用戶提供實時曲線，幫助用戶了解設備的用電狀況，便于用戶實時了解用電設備，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 數據存盤

    系統采集配電柜進線回路、饋線回路及出線回路各個儀表數據并按照時間段進行歷史數據查詢，選擇時間間隔對系統采集的歷史數據查詢，同時對出線回路電動機運行過程中出現的故障進行實時存盤，查詢結果在觸摸屏存盤數據瀏覽構建中顯示，便于用戶對設備運行參數及運行狀況實時了解，同時能實現對數據的導出，便于用于了解各個設備歷史運行狀況，存盤數據界面如下圖9、圖10所示。

 圖9  電參數存盤界面

 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、出線回路各個設備的電壓、電流、功率、頻率、功率因數等參數越限及通訊故障實現報警功能，并進行實時記錄，便于用戶了解現場設備運行參數超過設定值的狀況及設備運行狀況，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 系統特點

    完善的數據采集功能，實現對智能配電柜的全部用電設備數據采集、顯示和設備的運行狀況分析，配電柜的數據采集由通訊模塊實現，數據由通訊采集傳送至后臺監控。

    安全運行監視，操作人員借助觸摸屏系統人機界面，監視智能配電柜的進線、饋線、出線回路的設備運行狀態，并實時顯示，便于設備在運行狀態發生變更時及時進行分析和處理。

    系統運行可靠，提供智能配電柜進線、饋線、出線回路主要設備的運行狀態報警記錄顯示，便于操作人員對于故障報警和事故狀態進行應急處理。

    實現遠程遙控，在觸摸屏上進線分合閘控制，減輕現場運行人員的勞動強度，提高安全運行水平^[4]。

6 結束語

    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，能夠的監測系統的各項運行參數，的提高了整個配電系統的可靠性，智能配電柜中電力監控系統的設計應用，在智能配電柜配置網絡電力儀表，可以方便和實時地監控配電柜各個回路設備的用電狀況及運行狀態，對現場的用電設備進行統一管理，免去工作人員到現場記錄、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控系統對各種用電設備的歷史運行數據進行管理分析，整個系統既保證了現場設備的安全運行，具有較高的系統可靠性，又提高了配電柜配電質量和管理水平，因此，電力監控系統在智能配電柜的應用，充分體現了智能化配電的優勢，具有廣泛的應用前景。

參考文獻：

[1].周中等編著. 智能電網用戶端電力監控與電能管理系統產品選型及解決方案[M]. 北京. 機械工業出版社. 2011.10

[2].昆侖通態觸摸屏MCGS初級、中級教程. 2013.4

[3].劉美集. 配電柜的智能化電能監控系統[J]. 電氣自動化技術, 2007(3):102~105.

[4].彭良超, 劉潔芳等. 配電柜智能化監控系統[J]. 電子產品技術, 2010(8):183~185.