采用网络电力仪表实现对现有变配电设施的智能化改造
日期: 2018-12-18一、现有变配电设施的状况
在工矿、企业及楼宇中， 电力的供应对生产、工作的正常进行有着非常重要的作用。而传统的开关柜不仅配有数十个或更多的模拟指针仪表，大量继电器的使用使生产、储存、维修极不方便，并且以人的操作为主，无法实现计算机智能管理， 对于较为复杂的控制逻辑实现起来比较困难。随着现代工业的发展，对电气设备控制自动化和智能化程度的要求越来越高，利用现代电子技术、传感器技术、通信技术、计算机及网络技术，将电力设备在正常及事故情况下的监测、保护、控制、电力计量同工厂集散控制系统DCS、企业资源计划ERP融合在一起， 以达到良好的管理， 已成为一种必然趋势和发展方向。
从20世纪80年代末到90年代初，随着计算机技术、微电子技术、电力电子技术、抗干扰技术等新技术的迅速发展，特别是网络通信技术的应用使得自动化技术得到了空前发展。各大公司开始把这些技术应用于配电系统， 也就是所谓的把强电控制与微电子技术、计算机技术、网络通信技术相结合，从而出现了智能型开关柜。这些智能元器件都是以微处理器为核心，具有测量、变换、保护、控制等功能，实际上就是一个现场控制计算机。 同时都具有通信接口，可连接通信网络与上位计算机通信形成智能型开关柜，从而组成智能配电系统。智能型配电系统不仅可以使企业减员增效，而且使上位管理更简单、便捷，与传统的低压配电柜组成的自动配电系统相比， 并不增加太多成本，智能型配电系统逐步替代传统配电系统将是市场趋势。
从20世纪80年代末到90年代初，随着计算机技术、微电子技术、电力电子技术、抗干扰技术等新技术的迅速发展，特别是网络通信技术的应用使得自动化技术得到了空前发展。各大公司开始把这些技术应用于配电系统， 也就是所谓的把强电控制与微电子技术、计算机技术、网络通信技术相结合，从而出现了智能型开关柜。这些智能元器件都是以微处理器为核心，具有测量、变换、保护、控制等功能，实际上就是一个现场控制计算机。 同时都具有通信接口，可连接通信网络与上位计算机通信形成智能型开关柜，从而组成智能配电系统。智能型配电系统不仅可以使企业减员增效，而且使上位管理更简单、便捷，与传统的低压配电柜组成的自动配电系统相比， 并不增加太多成本，智能型配电系统逐步替代传统配电系统将是市场趋势。
二、现有变配电设施实现智能配电管理改造的方法和特点
• 1．为实现智能配电管理需要对现有变配电设施进行改造。这时需要考虑以下特点
· 现有变配电设施在生产生活中运行正常，起到了重大作用，还有着较长时间的使用寿命，完全更换既不经济，也不可能。
· 对现有的变配电设施进行改造，并且尽可能不要改动现有的变配电设施结构。
· 智能配电系统应具备良好的开放性和适应性。
• 2．实现智能配电功能需要采用先进的网络电力仪表技术
在智能配电监控系统中，网络电力仪表是目前最重要的系统组成之一。网络电力仪表是一种由计算机控制，具有通信接口，通过连接开关柜中的电压互感器、电流互感器，可对配电回路的电参量进行采集测量，通过连接断路器中的状态触点可对开关柜的运行状态进行监视，并依据关开状态可控制配电回路的通断动作的一种智能元器件。这种网络电力仪表主要用于采用普通断路器的开关柜和配电柜中，使得配电柜中的各配电回路具有智能功能，并能使各配电回路连接到智能监控网络中。与现有开关柜系统结合， 由计算机进行智能化管理，从而实现集中数据处理、集中监控、集中分析及集中调度的中低压智能配电系统。典型的网络电力仪表有瑞士DAE公司的ACUVIM系列、GE公司的POM系列等。一个完善的中低压配电监控系统对于网络电力仪表有着较高要求，主要功能及性能指标如下：
· 电参数测量方式：交流采样，真有效值测量。
· 输人及测量精度：输人电压，最大线电压750V；输人电流等级，5A；测量精度，0．5％；频率范围，45～65Hz。
· 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、视在功率、功率因数、频率等参数及运行状态。也应该有多种系列产品单独测量部分参数，如电压、电流等，以适应不同需要。
· 温度范围：考虑到现场的环境因素， 应该为一20。I=～70。I=。
· 仪表电源：应该具备从220V到12V，交流到直流的多种供电方式，并具备多种抗干扰措施，如瑞士DAE公司的系列产品就具备电源软启动的功能，以保护仪表不受电源冲击。
· 通信功能：具有网络接口，可以与上位计算机进行数据交换，并接受上位机的控制命令来控制断路器的操作。可选的网络接口一般有RS232、RS485、CAN—BUS等等；通信协议有Modebus—RTU等较为普及，并且各大厂商均支持的方式为RS485、Modebus协议。这种网络电力仪表特别适用于对原先已有的配电柜和采用普通断路器的配电柜进行智能化的改造，大大提高配电柜的原有层次。以上产品应既可以盘面分散安装，也可以集中组屏安装。
· 现有变配电设施在生产生活中运行正常，起到了重大作用，还有着较长时间的使用寿命，完全更换既不经济，也不可能。
· 对现有的变配电设施进行改造，并且尽可能不要改动现有的变配电设施结构。
· 智能配电系统应具备良好的开放性和适应性。
• 2．实现智能配电功能需要采用先进的网络电力仪表技术
在智能配电监控系统中，网络电力仪表是目前最重要的系统组成之一。网络电力仪表是一种由计算机控制，具有通信接口，通过连接开关柜中的电压互感器、电流互感器，可对配电回路的电参量进行采集测量，通过连接断路器中的状态触点可对开关柜的运行状态进行监视，并依据关开状态可控制配电回路的通断动作的一种智能元器件。这种网络电力仪表主要用于采用普通断路器的开关柜和配电柜中，使得配电柜中的各配电回路具有智能功能，并能使各配电回路连接到智能监控网络中。与现有开关柜系统结合， 由计算机进行智能化管理，从而实现集中数据处理、集中监控、集中分析及集中调度的中低压智能配电系统。典型的网络电力仪表有瑞士DAE公司的ACUVIM系列、GE公司的POM系列等。一个完善的中低压配电监控系统对于网络电力仪表有着较高要求，主要功能及性能指标如下：
· 电参数测量方式：交流采样，真有效值测量。
· 输人及测量精度：输人电压，最大线电压750V；输人电流等级，5A；测量精度，0．5％；频率范围，45～65Hz。
· 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、视在功率、功率因数、频率等参数及运行状态。也应该有多种系列产品单独测量部分参数，如电压、电流等，以适应不同需要。
· 温度范围：考虑到现场的环境因素， 应该为一20。I=～70。I=。
· 仪表电源：应该具备从220V到12V，交流到直流的多种供电方式，并具备多种抗干扰措施，如瑞士DAE公司的系列产品就具备电源软启动的功能，以保护仪表不受电源冲击。
· 通信功能：具有网络接口，可以与上位计算机进行数据交换，并接受上位机的控制命令来控制断路器的操作。可选的网络接口一般有RS232、RS485、CAN—BUS等等；通信协议有Modebus—RTU等较为普及，并且各大厂商均支持的方式为RS485、Modebus协议。这种网络电力仪表特别适用于对原先已有的配电柜和采用普通断路器的配电柜进行智能化的改造，大大提高配电柜的原有层次。以上产品应既可以盘面分散安装，也可以集中组屏安装。
三、智能配电管理系统的典型实现方案
本方案以瑞士DAE公司生产的智能配电系统方案为例，选用DAE网络电力仪表及智能配电网络软件实现智能配电管理系统，该方案在上海中科集团的IDCS智能开关柜系统上已得到实现。
• 1．针对不同供电回路实现智能化的方法
11主进线回路或重要回路
这些回路电流一般较大、分支较多，在配电系统中处于主要地位。需要监测三相电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数、频率、有功电度和无功电度等主要的电量参数；另外需要监视断路器的分合闸状态、报警信号等信息量，并对断路器的
分合闸动作进行控制。该类回路选用瑞士ACUVIM网络自动仪表增强型，能实现以上全部功能。21一般进线回路或支路
这些回路电流不大，在配电系统中处于一般地位。一般只需监测一相或三相电流的变化情况，对于断路器、开关一般进线回路或支路主要为状态监视。
该类回路选用瑞士DAE公司经济型网络电力仪表配合完成，能实现以上全部功能。瑞士DAE网络电力仪表可适用国内、国外断路器，如与西门子、施耐德、ABB、GE等公司的产品以及DW 系列可以很好的连接。
• 2．现场总线在开关柜上选用不同的网络电力仪表后，通过现场总线，这些仪表将开关柜的运行信息传到中央主机，计算机中的智能配电软件实现下面提到的具体功能，系统结构示意如图1。
• 1．针对不同供电回路实现智能化的方法
11主进线回路或重要回路
这些回路电流一般较大、分支较多，在配电系统中处于主要地位。需要监测三相电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数、频率、有功电度和无功电度等主要的电量参数；另外需要监视断路器的分合闸状态、报警信号等信息量，并对断路器的
分合闸动作进行控制。该类回路选用瑞士ACUVIM网络自动仪表增强型，能实现以上全部功能。21一般进线回路或支路
这些回路电流不大，在配电系统中处于一般地位。一般只需监测一相或三相电流的变化情况，对于断路器、开关一般进线回路或支路主要为状态监视。
该类回路选用瑞士DAE公司经济型网络电力仪表配合完成，能实现以上全部功能。瑞士DAE网络电力仪表可适用国内、国外断路器，如与西门子、施耐德、ABB、GE等公司的产品以及DW 系列可以很好的连接。
• 2．现场总线在开关柜上选用不同的网络电力仪表后，通过现场总线，这些仪表将开关柜的运行信息传到中央主机，计算机中的智能配电软件实现下面提到的具体功能，系统结构示意如图1。
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