网络电力仪表在智能配电系统中的应用.pdf

网络 电力仪 表在 智 能配 电系统 中的应 用 T h e Ap p l i c a t i o n o f Di g i t a l El e c t r i c Me t e r W i t h C o mmu n i c a t i o n Bu s i n I n t e l l i g e n t Di s h b u t i o n S y s t e m 上海杰诣通用电器有限公司 厉无咎 中国市政 工程 西北设计研 究院浙 江分院 杜英志 瑞士 D A E ( 中国) 公司 徐瑞新 智能配电系统是通过通讯网络 系统将若 干个 栗用了智能型元器件的开关柜组合成 的一套具有 遥测 、 遥控 、 遥讯和遥调功能的系统 在智能配电 系统中， 网络电力仪表是最重要的组成部分之一。 一 、智能配电系统对网络电力 仪表的要求 从 8 0年代末到 9 O年代初 ， 随着计算机技术、 微电子技术 、 电力电子技术 、 网络通信技术、 抗干扰 技术等的迅速发展 ， 特别是网络通讯技术的发展使 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 ， 电就是所谓的把强电控 制 与微电子技术 、 计算机技术 、 网络通讯技术相结 合 ， 从 而出现 了智能型开关柜 如： G E公 司的 M P A C T断路器 ， A B B公司的 F系列断路器 ， 西门子公 司的 3 g N 系 列 断 路 器 美 国 电 力 自动 化 公 司 ( & 4 P ) 的 D P M 4 0 0系列网络 电力仪表 ， 瑞士 D A E公 司的 E P M系列智能监测仪表等 这些智能元器件 都是 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微型控制计算机。 同时都具有通信接口 可连接通信网络与上位计算 机通信形成智能配电系统。而综合 了这些功 能的 开关柜就称为智能开关柜 在智能配电监控系统 中， 网络电力仪表是最重 要的系统组成单元之一。网络电力仪表是一种 由 计算机控制， 具有通信接口， 可对配电回路的状态 段参量进行监视 并能控制配电回路的通断状态的 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。如： A A P公司的 D P M 4 0 0系 列 ， D A E公司的 E P M4 0 0系列 ， 这些产 品具备完善 的监测 、 控 制、 通讯的功能 ， 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。 一 个完善的中低压配电监控系统刘于网络电 力仪表有着较高要求 ， 主要功能及性能指标如下 ： 1 电参数测量方式 交流采样 ， 真有效值测量。 2 输入及测量精度 输A电压 ： 最大线 电压 7 5 0 V； 输入电流等级： 5 A； 测量精度 ： 0 5 ； 频率范围： 4 5 6 5 H z 。 3 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。也有多种产品可单独测量部 分参数 如 ： 电压、 电流等 及具有数字量输A输 出 和模拟量输A输出接 口， 以适应不同需要。 4 温度范围 考虑到现场的环境因素为： 一7 0 7 O 。 5 仪表电源 ： 具备从 2 2 0 V到 1 2 V， 交流或直流 的多种供 电方式。并具备多种抗干扰措施 ， 如瑞士 D A E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 。 6 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 的控制命令来控制现场开关的操 作。可选的网络接 口一般有 R S 2 3 2 、 R S 4 8 5 、 C A N B U S 等等； 通讯协议有 M O D E B U S R T U ， P R O F I B U S D P D e v i c e N e t 等等 较为普及， 并且各大厂商 均支持的方式为： R S 4 8 5 ， MO D E B U S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。 电力系统的保护一般情况下应该采用单独的 保护专用单元， 以确保保护动作的可靠性， 及时性 和相对独立性。 二、 网络电力仪表与原有方案的比较 在网络 电力仪表 出现之前 ， 为了测量 电参 数 ： 诲 电器技术2 o 0 2 加 1 5 7 维普资讯 http:/ 既电监控系统 中大量采用 的是 电量变送器加 P L C 或工控机的方案 如图 J 上部所示 _l_ - l二 囊 迥 一 F _： 二 二l I _ 瞬 】 电量变送器枷 P I c( 或 2 控机 ) 曲方案框 这种方案应用成熟 ， 产 品众多， 为配电监控系 统的发展起了巨大作用 ， 但是存在着许多不可避免 的缺点 ： 1 占地空 间大 接线 复杂 。如果测 量三相线 电压 、 相 电压 、 电流， 有功功率 、 无功功率 、 视在功 率 、 功率因数 、 频率等参 数， 这共 需变送器至少 1 4 台， 输人接线 4 o多条 输 出至 P L C的 42 0 r r t 信 号线 2 8 条 ， 联接线总数达近 7 0 条。 2 故障率 高， 调试困难 虽 然 目前 变送器的 质量 日益提高 ， 但是 由于接线复杂 、 设备种类繁多 导致易于发生故障 并且由于一般交送器上无显 示 ， 安装后不知道是否正确 ， 调试 困难 ， 导致施工周 期 长。 3 电压互感器( n ) 、 电流互感器( T A) 的负载 太重 ， 影响系统稳定性。 4 电力线中的谐波分量对于变送器 的精度影 响较大。 5 由于需要对变送器送出的 42 0 m A电流进 行 A D采样 ， 要求就地放置一台 P L C或工控机 ， 成 本较高。 网络电力仪表的出现解决了以上问题 ， 并且使 系统结构更为简洁、 高教 ， 见图 1 的下部。 采用网络电力仪表的系统具有如下优点 ： 1 体积小， 接线简单 一 个表可以监测几十个参数， 从而大大减少接 5 8 上梅 电器技术2 0 ( 1 2 N O 1 口 口 线数 日， 并且可把 网络电力仪表直接放在测量端 ， 利用网络连接 2 稳定性好 ， 不受谐波干扰 网络电力仪表采用交流采样 、 真有效值方式 ， 不受谐波干扰 ， 系统稳定性好。 3 系统组成简单， 易于维护 如 ： 瑞 士 D A E公 司提 供从 全参数 测量 仪 表 E P M 4 0 0到专测电流的仪表 P S M3 4 0 适用于各种不 同需求的场合 ， 并且提供完善的软 件支持 ， 非常适 用于配电柜、 开关柜的升级换代 4 功能更多、 更强 除了具备完善的电量监测 、 通讯网络功能外 有 的产品还有谐渡分析功能、 故障纪录功 能， 如 ： D A E公 司的 E P M 4 2 f J ， A A P公司的 D P N 4 0 0 。 三、 典型的网络电力仪表应用方案 这里 以瑞士 D A E公 司的产 品为例 ， 介绍在典 型的应用中如何选用合适 的网络电力仪表。 监控 系统结构如图 2 所示 。 选用的产品为： D A E ： E P M4 2 O 一测量三相 电压 、 电流 、 有功 、 无 功、 功率 因数、 频率 、 电能等等， 精度 0 5 ， P 4 8 5 接 口， M O D E B U S协议。 P s M 3 3 o _ 坝0 量三 相 电压 、 电流 ， R S 4 8 5接 口， M O D E B U S协议 。 l I l 一 一 一 维普资讯 http:/ s R 1 I I 5 l O 一开关量输A输 出革元 t $ 4 8 5接 口， MO D E B U S协泌 图 2 配】 监到系统纽戚 案 s R T u 5 3 【 卜 开关 量， 模 拟 量 输人 输 出单 元 ， P , $ 4 8 5接 口， MO D E B U S协议。 s E c 一根据需要选用合适的保护单元的型号。 D P M 4 0 0 - - 测量三相电压 、 电流 、 有功 、 无功 、 功 率因数 、 频 率 、 电能等 等， 4 D I ， 2 D O， 精 度 0 2 ， R S 4 8 5 ， M O D E B U S 协 I 义。 由于产品型号较多 ， 可以选用最符合需要的产 品， 大大降低系统成本。 监控系统具备如下功能 ： 1 系统具 有对各 配 电回路的 电流、 电压 、 功 率、 频率、 功率因数等参量以及运行状态进行遥测 的功能 ， 并能把这些状态和数据在上位计算机进行 处理 、 分析、 判断和显示 。 2 系统具有根据各配电回路的运行状态及指 令对智能型控制器 、 断路器进行远距离遥控器操作 的功 能 。 3 系统 由网络 电力 仪表 的通 信功 能组成 网 络 与上位计算机通信。 4 系统具有由上位计算机根据指令或计算机 童 “J 壁 6 v哥 拒 。 +PSM3 0 0c T c T l_j J L一 0 0 DRM4 的分析判断对智能元 器件的设定值和故障保护值 进行遥调的功能。 采用 网络电力仪表使智 能配电系统的组成简 洁 、 高效 ， 系统性能稳定 ， 给用户带来以下好处 ： 1 可改善配电系统管理 。具有纪录以前事件 的功能 以了解每天或季节负载特性。可以迅速地 对负载输A需求做 出响应 。在系统 内可优化能量 消耗的分配 可以均衡负载 以减少潜在 的停 电事 件。 2 可以根据系统内设备维修运行情况安排维 修计划， 按计划维修， 减少维修成本。 3 可以对潜在 的事 故进行 预报警 ， 并 及时处 理以避免事故的出现 ， 节省时间 ， 减少损失 。 4 可以随 时了解 到有关故障信息 ， 来 指导维 修， 减少故障的处理时间 5 可以把 各配电 回路或设备 的运行情况 ( 含 运行数据) 以报表方式或以图形方式进行显示， 并 可保存在磁盘上或打印出来， 进行 日报和月报， 提 高工作效率 。 上海 电器技术2 O 0 2 N O 1 5 9 维普资讯 http:/