智能电力监控仪表在地铁配电系统中的应用

《智能电力监控仪表在地铁配电系统中的应用》
概述
随着地铁系统的安全运营管理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、通讯技术、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、电力计量同集散控制系统DCS、PLC、融合在一起，达到高层次、高透明度的良好管理，已成为一种必然趋势和发展方向。
在数字化的时代，INTERNET风靡全球，网络改变着全世界。它正式宣布数字化网络（以太网）时代已经来临。这意味着一切运行和经营管理方式均需数字化，并且必须与电脑、通信相融合，所以地铁低压配电系统监控管理已成为必然。
配电系统自动化的需求（智能开关柜的最优化组合）
1、 配电自动化的发展过程
从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，特别是网络通讯技术的发展使得电力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、网络通讯技术相结合，从而诞生了智能型开关柜及相关产品，如德国西门子公司SIVACON系列，英国ALSTOM公司GALAXIS和TRIMLINE系列，ABB公司HONOR系列，施耐德公司BLOKSET系列等。
目前，智能型开关柜及智能配电系统在我国的应用已经由起步阶段进入到成熟阶段，尤其是2001年8月颁布的“低压智能配电标准草案”更起到了推波助澜的作用，智能型开关柜革命性地改变了传统开关柜的概念；具有多功能、数字化、网络化、智能化、结构紧凑、易于维护等特点，它可以满足电力工业未来的需求，具有预防/避免事故发生、强化企业内部能源考核、减少设备维护和检修时间、实现数据资源共享等诸多优点，为企事业单位的现代化管理提供了坚实、可靠的基础，“一次投资，终身受益”，真正保证用户的投资利益不受损害。
智能型开关柜是以智能电力仪表替代模拟指针式仪表、继电器、电度表，通过其网络通讯接口与中央控制室的计算机系统联网，从而可以实现对各供配电回路的电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数、频率、电度量等电参数进行监测以及对断路器的分合状态、故障信息进行监视，对断路器的分合状态进行控制，配合各种完善的远程监控软件，从而实现“四遥”：
● 遥测：通过计算机实时对系统进行电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数、频率等进行不断的采集、分析、处理、记录，显示曲线、棒图，自动生成报表。
● 遥信：可以实时对开关的运行状态、保护动作等开关量进行监视，计算机实时显示和自动报警，并对各柜内开关的状态、事故跳闸、过流、速断、温度等动作进行实时记录、打印。
● 遥控：通过计算机屏幕选择相应的站号、开关号、合/分闸等信息，并在屏幕上将要选择的开关的状态反馈回来，确认后执行，实时记录操作的时间、类型和开关号等。
● 遥调：用于设定各种智能模块的运行参数，既计算机根据屏幕操作指令或计算机根据对系统分析判断结果，对智能模块的设定值和故障保护值进行远程整定。
智能配电系统就是与智能型开关柜与计算机监控系统的组合应用，其配置可根据具体工程的需要，既可配置成全智能型器件及监控装置的开关柜，又可配置成全部使用传统电器元件及监控装置的开关柜，同时也能混合配置。给用户选用提供了较大的灵活性，以满足不同层次的需要。

2、 智能开关柜采用变送器加PLC与采用智能电力仪表的比较：
在原有的开关内配置电流变送器、电压变送器配合PLC实现对开关内电参数的采集及数据上传，其存在的突出缺点是：
　①体积大，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、功率因数、频率等参数，需配置变送器在10数台，输入接线可达40多条，输出PLC的4～20mA信号线近30条，总数可达70条左右。
　②成本较高，投资较大，对变送器送出的4～20mA电流需要进行A/D采样，要求就地设置一台PLC或工控机，初始投资大。
　③稳定性能和精度差。由于电压互感PT、电流互感器CT后面带许多变送器，使PT、CT二次负载太大，使得系统测量稳定性和精度差。
　④故障率高，调试困难。由于接线复杂，设备种类繁多，易发生故障。一般变送器上无显示，无法判断安装后是否正确，造成调试复杂困难，施工周期长。
　⑤谐波影响变送器的精度。由于电网中谐波的污染愈重，对变送器的影响愈重，从而使系统的精度受到影响。
采用智能电力仪表实现对开关内电参数的采集及数据上传，其突出特点是：
①体积小，接线简单，一只表可监测几十个参数，大大减少了接线数量。
　 ②功能齐全，监测电参量多。如珠海派诺电子有限公司生产的PMAC720多功能电力仪表，具有变送器、数显、数字接口的功能，对各电参量交流采样后，经CPU数据处理，大屏幕直接显示；并配有RS485数字通讯接口；具有设置倍率，接装附表和与微机数据交换等功能，可作为“一次表”，也可作为“二次仪表”、“三次仪表”。
　 ③稳定性好，不受谐波干扰。智能监控仪表均采用交流采样，其有效值方式，且采用数字接口RS485，具有光电隔离作用，因此系统稳定性好。
　 ④三表合一，减少占屏面积，且省去变送器柜，较“变送器加A/D卡”方案投资较少。
3、智能开关柜采用智能通讯断路器与采用智能电力仪表的比较：
ABB的E3系列智能断路器经常被用于低压供配电系统中，作进线断路器、母联分段断路器和部分大电流（重要）出线回路的断路器开关。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”这些电量，甚至有的要求“遥信”、“遥控”、“遥调”这种断路器开关。
结合 E3系列断路器开关的自身特点及对供电回路的要求作如下比较:

保护功能 PR111 PR112 PR113 PR112+PMAC720
过载保护-反时限长延时间跳闸 ● ● ● ●
S选择型短路保护-反时时限短延时跳闸 ● ● ● ●
I 瞬时短路保护-可调跳闸电流门限 ● ● ● ●
接地故障保护 漏电 ● ● ● ●
电源接地回路 ● ● ●
T ：过热保护 ● ● ●
V ：欠电压保护 ● ● ●
F ：相不平衡保护 ● ●
P ：反相能量流动保护 ● ●
D ：定相保护 ● ●
L和S的热记忆功能 ● ● ●
监测电量
电流（相、中性、接地故障） ● ● ●
触头损耗 ● ● ●
操作次数 ● ● ●
剩余电压 ● ●
电网频率 ● ●
有效功率、无效功率、视在功率 ● ●
功率因数 ● ●
有效能量、无效能量、视在能量 ● ●
谐波失真 ● ●
事件附注及资料储存
可记录时间发生时间 ● ● ●
可把事件顺序储存 ● ● ●
可记录动作次数及接点磨损 ● ● ●
与中央监控系统联络
可以遥控的方式设定保户功能，单元的配置及通讯参数 ● ● ●
可传送测量值，断路器的状态及警报到中央监控系统 ● ● ●
可传送电路器发生的事件及维护资料到中央监控系统 ● ● ●
自我测试
警报及脱口器超温跳闸 ● ● ●
因微处理器故障引起的报警 ● ● ●
用户界面
使用DIP开关设定参数 ● ● ●
使用键盘及液晶体预示屏设定参数 ● ● ●
L及S的报警预示功能 ● ● ●
对所有保护的预报警及自我监控完全处理 ● ● ●
具有READ及EDIT功能的设定键 ● ● ●
负载控制（带辅助单元）
通过电流值来确定断路器对负载连接或不连接 ● ● ●
区域选择型
通过功能S和G被激活而实现 ● ● ●
通过功能d被激活而实现（方向式保护） ●
自动化功能
对断路器开关合、分及储能状态的遥信 ●
对断路器开关合、分及储能状态的遥控 ●
智能配电柜的功能
四遥功能（遥测电量参数、遥信开关状态、遥控开关、遥调装置设置参数）
故障预警（事故发生前及时消除事故隐患）和事故记录功能（分析事故原因）
电能消耗的分配和统计（电费分解到各个部门，利于内部核算）
电能质量的监测（避免设备非预期损坏）
数据记录和方便快捷的报表生成（便于统计分析）
实现无人值守的配电站（防火防盗，保证设备安全）
等。。
PMAC智能电力仪表满足地铁恶劣环境的应用
1、PMAC系列智能电力仪表的技术指标：


尺寸 89.5(w)×89.5(h)×55(l)mm
防护等级 操作面板： IP54
侧面和后部： IP20
测量 三相星形，三相三角
电源 190 ～ 250Vac 50/60Hz
85 ～ 265Vac 或 80 ～ 300Vdc


参数 测量范围 精度
电压 直接测量: 220V相/380V线 0.2%
电流 CT一次侧：0-999，000A
CT二次侧：1A或5A
功率 每相功率测量范围：0-100MW/Mvar
总功率测量范围：0-300 MW/Mvar
电度 0．05-999，999，99.9KWH/Kvar 1.0%
频率 45-65HZ 0.01Hz


电 磁 特 性
静电抗扰性试验 IEC 61000-4-2,Level 3
辐射抗扰性试验 IEC 61000-4-3,Level 3
电快速瞬变脉冲群抗扰性试验 IEC 61000-4-4,Level 3
浪涌抗扰性试验（1，2/50μs～8/20μs） IEC 61000-4-5,Level 3
传导射频干扰试验 EN 55022,Class B
辐射射频干扰试验 EN 55022,Class B

2、PMAC系列智能电力仪表的功能选型：


序列 功能 PMAC720 PMAC600B PMAC600A PMAC9900E PMAC3000/3032
实时测量值 相电压 / 可选 可选 /
线电压 / / / /
电流 / 可选 可选 /
有功功率 / 可选 可选 /
无功功率 / / / /
视在功率 / / / /
功率因数 / 可选 可选 /
频率 / 可选 可选 /
能量 有功电度 / 可选 /
无功电度 / / /
视在电度 / / /
复费率统计 选配
电能质量 电压三相不平衡度 / /
电流三相不平衡度 / /
电压总谐波 选配
电流总谐波 选配
电压、电流奇次谐波 选配
数据 时间顺序记录（SOE） 选配 可选 /
故障录波
开关量输入（DI） 选配 可选 可选 / 16-32
继电器控制输出（DO） 选配 可选 可选 / 16-32
限值报警输出 选配 /
模拟量输入（4-20Ma/0-5v） 选配 可选 7
模拟量输出（4-20Ma/0-5v） 可选
通讯 RS485接口 / 可选 可选 / /
MODBUS规约 / / / / /
PROFIBUS规约 /

3、PMAC系列智能电力仪表的配置方案：
见附件一
四、地铁配电系统应用中的电磁兼容问题：
地铁用户由于电磁干扰强烈，电力仪表的电磁兼容性好坏直接影响到系统正常使用，轻则仪表CPU频繁复位影响正常工作，重则造成仪表损坏。许多产品制造厂家由于技术与测试设备的局限性产不能完全克服此类问题。珠海派诺公司较早就配置了 （EMC）试验设备，并很好的解决了上述问题，我们认为在诸多抗扰度的影响量中，最主要是影响量是快速瞬变干扰（电快速脉冲群），其产生原因是用户不同负载的开关投切造成在局部电网中产生高频快速电脉冲，具有突发性。因此，在设计过程中的电源配置、器件选择、工艺布置均采用了独特技术，没利用任何附加器件如滤波器等。即使仪器外部电磁干扰强烈，波形快速瞬变4000V脉冲群时，仪器仍然保证正常工作。