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随着国民经济的高速发展和先进科技在民用建筑领域的普遍应用,民用建筑工程已经开始逐渐向智能化方向发展。配电系统作为建筑物实现智能化的一个基本要素,同样要求实现智能化。智能化变配电系统一般由智能型配电开关柜、通信总线和后台管理中心构成,并与建筑物BA系统联网。系统典型结线示意图如图1所示。

智能配电开关柜的系统设计及设备选型直接决定整个智能配电系统的各项性能指标,如技术的先进性、功能的完整性和系统的经济性等。配电柜的智能化可以通过选用功能完备的智能型断路器,或选用普通型的断路器配合智能电力仪表来实现。对于设计人员来说,应该在满足系统功能的前提下设计经济、合理的配电方案,这就面临着各种电器元件的选型与配合问题。本文仅就智能断路器与智能电力仪表的配合设计为例,阐述以下观点(文中各种产品的描述均引自相关厂家的产品说明) 。

以ZN63A - 12 (VS1 - 12)型高压真空断路器为例。该断路器是我国自主开发的产品,功能完全达到ABB公司生产的VD4 - 12型高压断路器,且具有良好的性价比,现已成为我国高压断路器领域中的主流产品之一。但是,该高压真空断路器本身不具备通信功能,若应用在智能化的供电和配电系统中实现智能化的遥信、遥控,必须配以相应的网络电力监控装置,如集“三遥”功能于一体的智能电力仪表,可实现如下功能:
(1) 对断路器开关的合闸状态、分闸状态、储能状态、工作位置指示、试验位置指示及接地开关分合状态等的“遥信”。
(2) 对断路器开关的合闸、分闸、储能等的“遥控”。
(3) 对断路器回路的电流、电压、频率、功率因数、有功功率、无功功率、有功电度、无功电度等电力参数的“遥测”。
在新建工程的高压配电系统中可选择采取传统的继电器保护或“纯”保护方式(不带测控部分的微机保护) ,并选用系列智能电力仪表和相应的智能配电监控软件组成自动化系统,既能节约大量的工程项目的投资,又可满足供配电系统对高压保护的要求。

目前,在国内低压配电开关市场中有各种品牌的产品,其中市场份额较大的中高档开关主要有ABB公司和施耐德公司的产品,下面就以这两家公司的产品为例进行论述。

低压断路器为例E3 系列智能型低压断路器提供PR111、PR112、PR113型控制装置(即电子脱扣器) 。其中PR111型为基本型,具有基本线路保护功能。PR111～PR113 型均可选配通信接口,使之具有实现后台中央监控并与建筑物智能管理系统相互通信的功能。
根据厂家报价, 3种控制装置价格相差较大。选配PR113型比选配PR112型的E3断路器平均价格高出约3万元。但是选用PR112 型智能脱扣器的E3断路器配合适当的智能电力仪表,可以比选配PR113型的平均价格低约2. 5万元,而功能等同于选配PR113型的E3断路器。E3系列智能断路器经常被用于低压配电系统中,作为进线柜、母联分段柜和部分大电流回路的断路器开关。这些回路中往往要求测量三相电流、电压、频率、功率因数、有功功率、无功功率、有功电度、无功电度等电力参数,在智能供配电系统中又要求“遥测”这些量,有的甚至要求“遥信”、“遥控”、“遥调”相应的断路器。
结合E3系列断路器的自身特点及供配电对回路的需求,在以下情况时建议(在此只对“遥测”要求作说明,其余“三遥”功能可参照选择。其中,智能电力仪表以瑞士DAE公司产品为例,其功能如表1所示) :
表1　瑞士DAE公司智能电力仪表功能
•  产品名称功能描述
EPM420 同时测量并显示三相电压、电流、有功功率、无功功率、视在功率、功率因数、频率、有功电度和无功电度,精度0. 5 % ,标准RS - 485通信接口,Modbus2RTU通信协议,尺寸144 mm ×144 mmEPM450 内部测量至31 次谐波, 其余功能同EPM420
•  ( 1) 所选E3 型断路器配PR111 型控制装置。若只要求对断路器开关及其回路一般电力参数的“遥测”,每条E3 断路器回路中配装一台EPM420型智能电力仪表即可。若只要求对断路器开关及其回路一般电力参数和电力品质(谐波)的“遥测”,每条E3 断路器回路中配装一台EPM450型智能电力仪表即可。
•  (2) 所选E3 型断路器配PR113 型控制装置。将所选配PR113型控制装置的E3型断路器换成选配PR112型控制装置的E3型断路器,再配一台EPM420 (或EPM450)型智能电力仪表,这样平均每台E3型断路器价格可以下降约2. 5万元,对整个工程造价节省程度可想而知。对于一般的智能配电工程,在选用ABB公司的E3型断路器时,只要选配PR111型控制装置即可满足低压回路的三段保护要求,再加配瑞士DAE公司的EPM420 型智能电力仪表即可满足低压回路的各种电力参数遥测的要求。对于要求功能完备的智能配电工程,无须选用PR113型微处理器,只要选配PR112型控制装置即可满足低压回路各种主要的保护要求。再加配瑞士DAE公司的EPM420型智能电力仪表即可满足低压主要回路的各种电力参数遥测的要求。这样不仅节省工程造价,而且接线维护方便。

MasterpactMT系列智能型低压断路器(简称为MT系列断路器)是施耐德公司继Masterpact之后在国内强力推广的新型断路器。所配的智能型控制装置分为Micrologic A、Micrologic P、Micro2logic H三种。其保护功能配置基本类同于ABB公司相应产品。Micrologic A 主要测量IA 、IB、IC和IN ;Micrologic P主要测量电压、电流、有功功率、无功功率、有功电度、无功电度、功率因数、频率、电压峰值、电流峰值、功率因数最大值和最小值、电压和频率的最小和最大值、电压和电流不平衡相序;Micrologic H主要测量电能质量,如基波、畸变、直到第51次谐波的幅值和相位。由上可知, Micrologic A 近似于多功能电流表;Micrologic P近似于多功能功率表;MicrologicH近似于多功能谐波表。对这3种类型的控制单元的价格:同等保护功能的控制单元Micrologic P比Micrologic A价位高出约1. 5万元;同等保护功能的控制单元Mi2crologic H比Micrologic A价位高出约2. 5万元。另外,在智能配电系统中仅选用MasterpactMT系列断路器,要实现后台中央监控并与智能建筑设备管理中心联网通信就必须选配通信模块选件。以Modbus COM通信选件为例,须另加0. 5万元。而目前市场上的智能电力仪表一般均自带RS -485通信接口,遵循Modbus2RTU标准通信协议,无须增加通信模块选件即可轻易接入中央监控系统。相应的断路器与智能电力仪表的配合选型说明可参照本文有关ABB公司Emax系列断路器的论述。

由以上两例可见,进行智能建筑低压配电工程智能化设计时,在满足供配电设计规范及系统智能化设计要求的前提下,只要选择中低档的智能低压断路器并配上合适的智能电力仪表,即可达到或超过同类品牌高档智能低压断路器所具有的功能,而且工程造价会大大降低。