智能化低壓配電系統(tǒng)的原理特點(diǎn)及應(yīng)用分析

傳統(tǒng)的低壓配電控制方式，主要是通過斷路器、接觸器、熔斷器、控制繼電器、互感器及各種模擬指針儀表（電流表、電壓表、功率表、電能表）等組合成的低壓開關(guān)控制柜來實(shí)現(xiàn)配電的控制、保護(hù)、監(jiān)視等功能。這種傳統(tǒng)的開關(guān)柜以人工直接操作為主，如要進(jìn)行計(jì)算機(jī)智能管理，則需采用電量變送器及微處理器或來實(shí)現(xiàn)。由于大量采用電量變送器，存在成本高、接線復(fù)雜、功能簡(jiǎn)單、精度低和可靠性差等缺點(diǎn)。現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的發(fā)展對(duì)低壓配電系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性及其智能化管理提出了更高的要求，而微處理器技術(shù)的廣泛應(yīng)用及計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可靠性的大幅度提高，使智能化低壓電器元件得到快速發(fā)展，智能化低壓電氣管理系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。

一、系統(tǒng)的基本組成原理

智能化低壓配電系統(tǒng)最大程度利用了數(shù)字時(shí)代的技術(shù)成果，它以現(xiàn)有的斷路器、接觸器、繼電器等為控制基礎(chǔ)，結(jié)合新型的智能電力儀表、監(jiān)控模塊、現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)視器件和后臺(tái)監(jiān)視器件、網(wǎng)絡(luò)I/O，實(shí)現(xiàn)對(duì)配電主回路和各分路的電壓、電流、有功功率、無功功率、功率因數(shù)、頻率、電量等電參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，對(duì)控制電器的分合進(jìn)行控制和監(jiān)視。同時(shí)，配合通信網(wǎng)絡(luò)和各種完善的遠(yuǎn)程監(jiān)控軟件，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)低壓配電系統(tǒng)的“四遙”功能

1）遙測(cè)：實(shí)時(shí)采集各種電參數(shù)，顯示和分析，并生成報(bào)表。（2）遙信：實(shí)時(shí)監(jiān)視控制電器的運(yùn)行狀態(tài)，提示故障和報(bào)警信息，記錄并打印。（3）遙控：控制相應(yīng)電器動(dòng)作，記錄操作的時(shí)間、類型和操作對(duì)象等。（4）遙調(diào)：對(duì)各智能模塊的運(yùn)行參數(shù)值和故障報(bào)警保護(hù)值進(jìn)行整定。

智能化低壓配電系統(tǒng)主要由以下幾個(gè)部分組成（見圖1）。

圖1 智能化低壓配電系統(tǒng)

（1）監(jiān)控主機(jī)。監(jiān)控主機(jī)通過通信及數(shù)據(jù)采集前端機(jī)獲得來自保護(hù)及監(jiān)控智能裝置和現(xiàn)場(chǎng)智能裝置的信息，并下達(dá)控制指令，由保護(hù)及監(jiān)控智能裝置和現(xiàn)場(chǎng)智能裝置實(shí)現(xiàn)對(duì)變配電設(shè)備的保護(hù)和測(cè)控功能。監(jiān)控主機(jī)完成圖形監(jiān)視、報(bào)表生成、曲線分析、系統(tǒng)管理等功能。

（2）通信及數(shù)據(jù)采集前端機(jī)。通信及數(shù)據(jù)采集前端機(jī)用于與底層現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備通信并實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集，以及同工廠DCS系統(tǒng)的接口。通信及數(shù)據(jù)采集前端機(jī)兼容工程所涉及的有關(guān)設(shè)備和系統(tǒng)的通信協(xié)議。

（3）現(xiàn)場(chǎng)智能裝置?，F(xiàn)場(chǎng)智能裝置完成低壓開關(guān)的開關(guān)量采集（遙信）、模擬量采集（遙測(cè)）、開關(guān)操作（遙控）、開關(guān)保護(hù)、電動(dòng)機(jī)保護(hù)等功能，以及電量采集和開關(guān)分合位置的開關(guān)量采集（遙信）等。

（4）通信網(wǎng)絡(luò)。它是系統(tǒng)中關(guān)鍵部分。它像整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)的神經(jīng)網(wǎng)一樣，系統(tǒng)各部分通過通信網(wǎng)絡(luò)連接，在保證可靠性和抗干擾能力的前提下，通信介質(zhì)采用屏蔽雙絞線或光纖。

二、智能化低壓配電系統(tǒng)的主要特點(diǎn)

智能化低壓配電系統(tǒng)由低壓開關(guān)設(shè)備具有通信功能的智能化元件經(jīng)數(shù)字通信與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)連接，實(shí)現(xiàn)變電站低壓開關(guān)設(shè)備運(yùn)行管理的自動(dòng)化、智能化。系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集、數(shù)字通信、遠(yuǎn)程操作與程序控制、保護(hù)定值管理、事件記錄與告警、故障分析、各類報(bào)表及設(shè)備維護(hù)信息管理等功能。針對(duì)低壓電氣系統(tǒng)直接面向控制終端，設(shè)備多、分布廣，而且現(xiàn)場(chǎng)條件復(fù)雜，系統(tǒng)本身及設(shè)備頻繁操作、故障脫扣等產(chǎn)生的強(qiáng)電磁及諧波干擾等特點(diǎn)，智能化監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)能實(shí)現(xiàn)面向?qū)ο蟮牟僮髂Ｊ?，具有?qiáng)抗干擾能力，主要控制功能由設(shè)備層智能化元件完成，形成網(wǎng)絡(luò)集成式全分布控制系統(tǒng)，以滿足系統(tǒng)運(yùn)行的實(shí)時(shí)、快速及可靠性的要求。系統(tǒng)中的低壓智能化元件就其功能而言總體上可分為：電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)、開關(guān)保護(hù)與控制及電動(dòng)機(jī)控制等。由于現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的應(yīng)用，系統(tǒng)中智能化元件可不依賴計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)而獨(dú)立運(yùn)行，極大地提高系統(tǒng)運(yùn)行的實(shí)時(shí)性和可靠性，滿足低壓電器設(shè)備運(yùn)行管理的需要及工廠生產(chǎn)過程控制的要求。

（1）智能化。低壓配電系統(tǒng)由低壓配電開關(guān)配以具有通信功能的智能測(cè)控保護(hù)裝置比如網(wǎng)絡(luò)電力儀表 、微機(jī)無功補(bǔ)償控制裝置、微機(jī)電動(dòng)機(jī)保護(hù)裝置等 經(jīng)數(shù)字通信與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)連接 ，實(shí)現(xiàn)配電站開關(guān)設(shè)備運(yùn)行管理的 自動(dòng)化、智能化。實(shí)施智能化配電系統(tǒng)可以有效地保障供電可靠性和供電品質(zhì) ，為連續(xù)性的 自動(dòng)化生產(chǎn)提供保證 ，有利于合理安排生產(chǎn)計(jì)劃 ，優(yōu)化負(fù)荷分配 ，節(jié)約電力成本以及檢修成本。相比傳統(tǒng)型配電系統(tǒng) ，智能化配電系統(tǒng)具有以下優(yōu)勢(shì)數(shù)字化 這是智能測(cè)控保護(hù)裝置區(qū)別于傳統(tǒng)儀表的根本性標(biāo)志。由于采用了高速微處理器芯片以及高精度數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片 ，現(xiàn)場(chǎng)的各種被測(cè)參量全部采用了數(shù)字化處理 ，因而在大大提高測(cè)量和保護(hù)精度、減少產(chǎn)品分散性的同時(shí) ，也大大提高了實(shí)時(shí)性、穩(wěn)定性和可靠性。

（2）多功能化。智能測(cè)控保護(hù)裝置擺脫了傳統(tǒng)元件功能單一的弱點(diǎn) ，集測(cè)量 、控制、保護(hù)等多種功能于一體 ，完全取代了指針式電量表、變送器、信號(hào)燈 、繼電器等常規(guī)元件 ，并大量減少了柜內(nèi)的二次接線 ，使得系統(tǒng)更加緊湊 ，安裝和調(diào)試省時(shí) 、快捷 、方便。

（3）網(wǎng)絡(luò)化。智能測(cè)控保護(hù)裝置一般具備數(shù)字通信接口 ，通過網(wǎng)絡(luò)與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行互聯(lián) ，可在監(jiān)控計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)字通信、遠(yuǎn)程操作與程序控制、保護(hù)定值管理、事件記錄與報(bào)等、故障分析、各類報(bào)表及設(shè)備維護(hù)信息管理等多種功能 ，實(shí)現(xiàn)配電系統(tǒng)的無人值守和遠(yuǎn)程監(jiān)控 ，這也是傳統(tǒng)方式無法企及的重要功能。

三、智能配電系統(tǒng)在某廣場(chǎng)的典型應(yīng)用

某廣場(chǎng)智能配電系統(tǒng)，有很多特殊需求：（1）由于配電柜要求全封閉結(jié)構(gòu)，要求元件集成程度高，最少的元件實(shí)現(xiàn)最多的功能。（2）要求實(shí)現(xiàn)低壓配電網(wǎng)絡(luò)的遙測(cè)（監(jiān)視元件所在點(diǎn)的電流、電壓、功率、電量等參數(shù)，并且記錄故障信息）、遙信（監(jiān)視開關(guān)的分合閘狀態(tài)以及撫掌狀態(tài)）、遙調(diào)（遠(yuǎn)程對(duì)元件的保護(hù)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整）。（3）通信系統(tǒng)可靠，通信數(shù)據(jù)無障礙快速準(zhǔn)確傳輸，預(yù)留無線通信接口，保留以后無線通信的要求。

根據(jù)某廣場(chǎng)周圍的情況，所有的廣場(chǎng)照明控制景觀用電以及其他臨時(shí)用電等要求最高可靠性的供電，還需對(duì)所有的低壓配電設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視。推薦使用集成測(cè)量和通信功能的NSXMCCB以及UC100通信元件以充分滿足高集成度的需求，減少開關(guān)柜內(nèi)的元件數(shù)量，大大節(jié)省開關(guān)柜內(nèi)元件的安裝體積某廣場(chǎng)的低壓配電系統(tǒng)智能網(wǎng)絡(luò)配置如圖2所示。

圖2 智能配電箱配置圖

由NSX構(gòu)成的ATS電源切換系統(tǒng)，為配電箱里所有的負(fù)載提供最可靠的電源保證。當(dāng)主回路側(cè)電源失電時(shí)，電源切換系統(tǒng)迅速切換到備用電源側(cè)，由備用電源為負(fù)載供電，保證供電的連續(xù)性。

智能配電箱中，所有的NSX MCCB采用Mi-crologic5系列的脫扣單元，NSX通過內(nèi)置互感器技術(shù)可以提供精確的全參數(shù)的電力測(cè)量，大大減少了配電箱中測(cè)量表計(jì)的元件數(shù)量。NSX還可提供故障診斷和歷史記錄功能，清晰記錄下配電箱中各個(gè)負(fù)荷點(diǎn)的歷史運(yùn)行情況，若出現(xiàn)故障，記錄故障出現(xiàn)的時(shí)間、故障電流的大小、故障的類型，幫助維護(hù)人員提供詳細(xì)的數(shù)據(jù)分析。

UC100為智能配電箱提供可靠的數(shù)據(jù)傳輸通道，并根據(jù)供電局的需求，定制通信功能?？梢约磿r(shí)采集所有檢測(cè)數(shù)據(jù)包括電流、電壓、功率、頻率等數(shù)據(jù)以及斷路器的狀態(tài)，定期上傳電量、故障歷史記錄等信息;若出現(xiàn)故障，故障信息優(yōu)先上傳另外，應(yīng)為網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)展升級(jí)預(yù)留無線通信接口。

某智能配電箱的配置，合理利用了NSX高集成度的特性，實(shí)現(xiàn)了低壓配電網(wǎng)絡(luò)全面的電能管理功能。

四、總結(jié)

隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，以及企業(yè)對(duì)自動(dòng)化和輸配電系統(tǒng)相結(jié)合的需求的增長，低壓配電系統(tǒng)的智能化設(shè)計(jì)順應(yīng)了科學(xué)、合理地使用電力能源，節(jié)能降耗的時(shí)代潮流，是一種必然的發(fā)展趨勢(shì)。智能化低壓配電系統(tǒng)在我國正在向小型化、多功能方向發(fā)展，現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的不斷發(fā)展與應(yīng)用將逐步提高智能化低壓電器產(chǎn)品在網(wǎng)絡(luò)上的兼容性和系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。

但智能化低壓配電系統(tǒng)的生產(chǎn)商眾多，系統(tǒng)的配置方式也不盡相同，但系統(tǒng)的功能應(yīng)當(dāng)是相同和相近的。工程設(shè)計(jì)者應(yīng)當(dāng)根據(jù)具體工程的設(shè)計(jì)特點(diǎn)提出系統(tǒng)詳細(xì)的技術(shù)參數(shù)和系統(tǒng)功能要求。在設(shè)計(jì)中需堅(jiān)持標(biāo)準(zhǔn)化、先進(jìn)性、兼容性和可擴(kuò)展性的選用原則。