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DQZHAN技術訊：智能化低壓配電系統組成原理及典型應用

傳統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控制柜來實現配電的控制、保護、監視等功能。這種傳統的開關柜以人工直接操作為主,如要進行計算機智能管理,則需采用電量變送器及微處理器或來實現。由于大量采用電量變送器,存在成本高、接線復雜、功能簡單、精度低和可靠性差等缺點。現代工業技術的發展對低壓配電系統運行的可靠性及其智能化管理提出了更高的要求,而微處理器技術的廣泛應用及計算機系統可靠性的大幅度提高,使智能化低壓電器元件得到快速發展,智能化低壓電氣管理系統應運而生。

一、系統的基本組成原理

智能化低壓配電系統*大程度利用了數字時代的技術成果,它以現有的斷路器、接觸器、繼電器等為控制基礎,結合新型的智能電力儀表、監控模塊、現場監視器件和后臺監視器件、網絡I/O,實現對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、頻率、電量等電參數的實時監測,對控制電器的分合進行控制和監視。同時,配合通信網絡和各種完善的遠程監控軟件,從而實現對低壓配電系統的“四遙”功能:(1)遙測:實時采集各種電參數,顯示和分析,并生成報表。(2)遙信:實時監視控制電器的運行狀態,提示故障和報警信息,記錄并打印。(3)遙控:控制相應電器動作,記錄操作的時間、類型和操作對象等。(4)遙調:對各智能模塊的運行參數值和故障報警保護值進行整定。

智能化低壓配電系統主要由以下幾個部分組成(見圖1)。

圖1 智能化低壓配電系統

(1)監控主機。監控主機通過通信及數據采集前端機獲得來自保護及監控智能裝置和現場智能裝置的信息,并下達控制指令,由保護及監控智能裝置和現場智能裝置實現對變配電設備的保護和測控功能。監控主機完成圖形監視、報表生成、曲線分析、系統管理等功能。

(2)通信及數據采集前端機。通信及數據采集前端機用于與底層現場設備通信并實現實時數據采集,以及同工廠DCS系統的接口。通信及數據采集前端機兼容工程所涉及的有關設備和系統的通信協議。

(3)現場智能裝置。現場智能裝置完成低壓開關的開關量采集(遙信)、模擬量采集(遙測)、開關操作(遙控)、開關保護、電動機保護等功能,以及電量采集和開關分合位置的開關量采集(遙信)等。

(4)通信網絡。它是系統中關鍵部分。它像整個監控系統的神經網一樣,系統各部分通過通信網絡連接,在保證可靠性和抗干擾能力的前提下,通信介質采用屏蔽雙絞線或光纖。

二、智能化低壓配電系統的主要特點

智能化低壓配電系統由低壓開關設備具有通信功能的智能化元件經數字通信與計算機系統網絡連接,實現變電站低壓開關設備運行管理的自動化、智能化。系統可實現數據的實時采集、數字通信、遠程操作與程序控制、保護定值管理、事件記錄與告警、故障分析、各類報表及設備維護信息管理等功能。針對低壓電氣系統直接面向控制終端,設備多、分布廣,而且現場條件復雜,系統本身及設備頻繁操作、故障脫扣等產生的強電磁及諧波干擾等特點,智能化監控系統應能實現面向對象的操作模式,具有強抗干擾能力,主要控制功能由設備層智能化元件完成,形成網絡集成式全分布控制系統,以滿足系統運行的實時、快速及可靠性的要求。系統中的低壓智能化元件就其功能而言總體上可分為:電能質量監測、開關保護與控制及電動機控制等。由于現場總線技術的應用,系統中智能化元件可不依賴計算機網絡而獨立運行,極大地提高系統運行的實時性和可靠性,滿足低壓電器設備運行管理的需要及工廠生產過程控制的要求。

(1)智能化。低壓配電系統由低壓配電開關配以具有通信功能的智能測控保護裝置比如網絡電力儀表 、微機無功補償控制裝置、微機電動機保護裝置等 經數字通信與計算機系統網絡連接 ,實現配電站開關設備運行管理的 自動化、智能化。實施智能化配電系統可以有效地保障供電可靠性和供電品質 ,為連續性的 自動化生產提供保證 ,有利于合理安排生產計劃 ,優化負荷分配 ,節約電力成本以及檢修成本。相比傳統型配電系統 ,智能化配電系統具有以下優勢數字化 這是智能測控保護裝置區別于傳統儀表的根本性標志。由于采用了高速微處理器芯片以及高精度數模轉換芯片 ,現場的各種被測參量全部采用了數字化處理 ,因而在大大提高測量和保護精度、減少產品分散性的同時 ,也大大提高了實時性、穩定性和可靠性。

(2)多功能化。智能測控保護裝置擺脫了傳統元件功能單一的弱點 ,集測量 、控制、保護等多種功能于一體 ,完全取代了指針式電量表、變送器、信號燈 、繼電器等常規元件 ,并大量減少了柜內的二次接線 ,使得系統更加緊湊 ,安裝和調試省時 、快捷 、方便。

(3)網絡化。智能測控保護裝置一般具備數字通信接口 ,通過網絡與計算機系統進行互聯 ,可在監控計算機上實現數據的實時采集、數據處理、數據存儲、數字通信、遠程操作與程序控制、保護定值管理、事件記錄與報等、故障分析、各類報表及設備維護信息管理等多種功能 ,實現配電系統的無人值守和遠程監控 ,這也是傳統方式無法企及的重要功能。

三、智能配電系統在某廣場的典型應用

某廣場智能配電系統，有很多特殊需求:(1)由于配電柜要求全封閉結構，要求元件集成程度高，*少的元件實現*多的功能。(2)要求實現低壓配電網絡的遙測(監視元件所在點的電流、電壓、功率、電量等參數，并且記錄故障信息)、遙信(監視開關的分合閘狀態以及撫掌狀態)、遙調(遠程對元件的保護參數進行調整)。(3)通信系統可靠，通信數據無障礙快速準確傳輸，預留無線通信接口，保留以后無線通信的要求。

根據某廣場周圍的情況，所有的廣場照明控制景觀用電以及其他臨時用電等要求*高可靠性的供電，還需對所有的低壓配電設備進行監視。推薦使用集成測量和通信功能的NSXMCCB以及UC100通信元件以充分滿足高集成度的需求，減少開關柜內的元件數量，大大節省開關柜內元件的安裝體積某廣場的低壓配電系統智能網絡配置如圖2所示。

由NSX構成的ATS電源切換系統，為配電箱里所有的負載提供*可靠的電源保證。當主回路側電源失電時，電源切換系統迅速切換到備用電源側，由備用電源為負載供電，保證供電的連續性。

智能配電箱中，所有的NSX MCCB采用Mi-crologic5系列的脫扣單元，NSX通過內置互感器技術可以提供**的全參數的電力測量，大大減少了配電箱中測量表計的元件數量。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負荷點的歷史運行情況，若出現故障，記錄故障出現的時間、故障電流的大小、故障的類型，幫助維護人員提供詳細的數據分析。

UC100為智能配電箱提供可靠的數據傳輸通道，并根據供電局的需求，定制通信功能。可以即時采集所有檢測數據包括電流、電壓、功率、頻率等數據以及斷路器的狀態，定期上傳電量、故障歷史記錄等信息;若出現故障，故障信息優先上傳另外，應為網絡的擴展升級預留無線通信接口。

某智能配電箱的配置，合理利用了NSX高集成度的特性，實現了低壓配電網絡**的電能管理功能。

四、總結

隨著信息技術的不斷發展,以及企業對自動化和輸配電系統相結合的需求的增長,低壓配電系統的智能化設計順應了科學、合理地使用電力能源，節能降耗的時代潮流，是一種必然的發展趨勢。智能化低壓配電系統在我國正在向小型化、多功能方向發展，現場總線技術的不斷發展與應用將逐步提高智能化低壓電器產品在網絡上的兼容性和系統運行的可靠性。

但智能化低壓配電系統的生產商眾多,系統的配置方式也不盡相同,但系統的功能應當是相同和相近的。工程設計者應當根據具體工程的設計特點提出系統詳細的技術參數和系統功能要求。在設計中需堅持標準化、先進性、兼容性和可擴展性的選用原則。