智能化低壓配電系統(tǒng)是用通信網(wǎng)絡(luò)把眾多的帶有通信接口的低壓配電和控制設(shè)備與主計(jì)算機(jī)連接起來(lái)，由計(jì)算機(jī)進(jìn)行智能化管理，來(lái)實(shí)現(xiàn)集中數(shù)據(jù)處理、集中監(jiān)控、集中分析及集中調(diào)度的低壓配電系統(tǒng)。
此類(lèi)產(chǎn)品國(guó)內(nèi)外電氣公司有很多，國(guó)外公司的如：施耐德公司的powerlogic電力監(jiān)控系統(tǒng)，abb公司的esd 2000變電站監(jiān)控系統(tǒng)等；國(guó)內(nèi)公司的如：上海安科瑞電氣有限公司的acrel-3000型變配電監(jiān)控系統(tǒng)，珠海派諾電子有限公司的西格瑪監(jiān)控系統(tǒng)等。下面以上海安科瑞電氣有限公司的acrel-3000型變配電監(jiān)控系統(tǒng)為例介紹一下智能化低壓配電系統(tǒng)。
一、系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)
acrel-3000電力監(jiān)控系統(tǒng)是將現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)應(yīng)用于低壓配電綜合系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)配電系統(tǒng)智能化，提高了控制系統(tǒng)的信息處理能力和運(yùn)行可靠性，同時(shí)節(jié)省了系統(tǒng)的硬件和布線費(fèi)用，方便了用戶(hù)對(duì)系統(tǒng)的組態(tài)、管理和維護(hù)，該系統(tǒng)采用三層的網(wǎng)絡(luò)分布式結(jié)構(gòu)，是智能型低壓配電系統(tǒng)較為常見(jiàn)的三層結(jié)構(gòu)，它包括站控管理層、網(wǎng)絡(luò)通訊層和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層。如圖1所示。
1. 站控管理層
站控管理層針對(duì)配電系統(tǒng)的管理人員，是人機(jī)交互的直接窗口，用來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)配電和監(jiān)控設(shè)備以及智能型元器件的監(jiān)控、保護(hù)和控制通信，也是系統(tǒng)的最上層部分。主要由系統(tǒng)軟件和必要的硬件設(shè)備，如工業(yè)級(jí)計(jì)算機(jī)、打印機(jī)、ups電源等組成。系統(tǒng)軟件具有良好的人機(jī)交互界面，對(duì)采集的現(xiàn)場(chǎng)各類(lèi)數(shù)據(jù)信息自動(dòng)經(jīng)過(guò)計(jì)算處理，并以圖形、數(shù)顯、聲音等方式反映現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)行狀況。
圖1：acrel-3000電力監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)分布式結(jié)構(gòu)
2. 通訊控制層
通訊控制層主要是由通訊服務(wù)器、通訊前置機(jī)、hmi及總線網(wǎng)絡(luò)組成。該層是數(shù)據(jù)信息交換的橋梁，負(fù)責(zé)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備回送的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行采集、分類(lèi)和存儲(chǔ)等工作的同時(shí)，轉(zhuǎn)達(dá)上位機(jī)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的各種控制命令。
該層是智能化低壓配電系統(tǒng)的關(guān)鍵部分，它就像整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)的神經(jīng)網(wǎng)一樣，把各現(xiàn)場(chǎng)配電和控制設(shè)備與主計(jì)算機(jī)連接起來(lái)。在通信網(wǎng)絡(luò)的通信介質(zhì)方面，應(yīng)用較多的有光纖、同軸電纜及屏蔽雙絞線。目前應(yīng)用的基本上屏蔽雙絞線，硬件接口為rs-485通信接口。
3. 現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層
現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層是連接于網(wǎng)絡(luò)中用于電量參數(shù)采集測(cè)量的各類(lèi)型的帶通信接口的智能型元器件、多功能電力儀表和保護(hù)裝置等，也是構(gòu)建該配電系統(tǒng)必不可少的基本組成元素。不僅肩負(fù)著采集數(shù)據(jù)的重任，同時(shí)也是執(zhí)行后臺(tái)控制命令的終端元件。
設(shè)備層的元器件安裝在低壓開(kāi)關(guān)柜中，按照它們對(duì)系統(tǒng)的重要性不同，對(duì)元器件的選擇可以采用不同的方式。
①重要回路
重要回路如低壓開(kāi)關(guān)柜中的進(jìn)線斷路器、聯(lián)絡(luò)斷路器、重要的大電流饋電回路，宜選擇智能型框架斷路器，如施耐德公司的masterpact mt系列框架斷路器，abb公司的new emax系列框架斷路器，常熟開(kāi)關(guān)制造有限公司的cw2系列框架斷路器等。該類(lèi)型的斷路器配置帶通信接口的控制單元，主要功能包括：具有長(zhǎng)延時(shí)、短延時(shí)、瞬時(shí)過(guò)流、接地故障、欠壓的保護(hù)等；在斷路器上可顯示電流、電壓、功率、有功電能、無(wú)功電能、功率因數(shù)、頻率等電量參數(shù)的運(yùn)行狀態(tài)，故障信息等；通過(guò)通信接口與上位計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，并可接受上位機(jī)的命令；實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程電量參數(shù)的測(cè)量、斷路器運(yùn)行狀態(tài)（合、分、故障、報(bào)警等）的監(jiān)控、由上位機(jī)對(duì)斷路器進(jìn)行遙控分合閘操作，由上位機(jī)對(duì)斷路器的設(shè)備參數(shù)和保護(hù)值進(jìn)行遙調(diào)的四遙功能。
②普通回路
普通回路常亦可以選用智能型斷路器，鑒于智能型斷路器價(jià)格不菲，為了降低工程成本，常采用普通斷路器配置智能型多功能電力監(jiān)控儀表的組合方式，使配電柜中的普通回路具有智能功能，并能使各配電回路連接到智能監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)中。
圖2：acr220efl智能型多功能電力儀表與塑殼斷路器接線圖
智能型多功能電力監(jiān)控儀表是一種由計(jì)算機(jī)控制，具有通信接口，可對(duì)配電回路的狀態(tài)及電參量進(jìn)行監(jiān)視，并能控制配電回路的通斷狀態(tài)的一種智能型元件。這類(lèi)儀表目前國(guó)內(nèi)外有許多品牌，如施耐德公司pm800系列，上海安科瑞公司的acr系列，江陰斯菲爾公司的pd194系列。上海安科瑞公司acr220efl智能型多功能電力儀表與塑殼斷路器具體接線見(jiàn)圖2。這種回路取代了常規(guī)傳統(tǒng)回路的很多元件，如電流表、電壓表、功率表、電能表、電力變送器等，大量減少了柜內(nèi)的二次接線，而實(shí)現(xiàn)了更多的功能。
主要有功能有：
測(cè)量和顯示功能：能夠測(cè)量并顯示配電回路的相電壓、線電壓、線電流、有功功率、無(wú)功功率、功率因數(shù)、四象限（復(fù)費(fèi)率）電能、頻率等參數(shù)及運(yùn)行狀態(tài)、故障報(bào)警信息及各參數(shù)值；
存儲(chǔ)功能：可記錄并查詢(xún)近期12個(gè)月電能、最大需量及soe事件記錄；
通信功能：具有網(wǎng)絡(luò)接口，可與上位計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，并可接受上位機(jī)的命令來(lái)控制斷路器的操作。
另外需要指明的是，由于這些回路的斷路器不是智能型的，因此不具備對(duì)斷路器的運(yùn)行及保護(hù)參數(shù)進(jìn)行遙調(diào)的功能，即只能實(shí)現(xiàn)遙測(cè)、遙信、遙控三遙功能。
③mcc回路
mcc即電動(dòng)機(jī)控制回路，選用智能型電動(dòng)機(jī)保護(hù)器，可以為電動(dòng)機(jī)提供完善的保護(hù)，最大限度地保證設(shè)備運(yùn)行的可靠性與安全性，是新一代智能化、網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化的電動(dòng)機(jī)保護(hù)器。目前國(guó)內(nèi)外產(chǎn)品有很多品牌，如abb公司的m101、m102系列，西門(mén)子公司的3uf50系列，上海安科瑞電氣公司的ard3系列，蘇州萬(wàn)龍集團(tuán)公司的st500系列等。
智能型電動(dòng)機(jī)保護(hù)器與接觸器、電動(dòng)機(jī)起動(dòng)器等電器元件配合主要用于：直接起動(dòng)、可逆直接起動(dòng)、星-三角起動(dòng)、自耦變壓器起動(dòng)、軟起動(dòng)等。
主要功能包括：
顯示功能：可以顯示回路的的相電壓、線電壓、線電流、功率因數(shù)、有功功率、無(wú)功功率、頻率及各種保護(hù)的設(shè)定值，運(yùn)行狀態(tài)和報(bào)警、故障信息等。
存儲(chǔ)功能：能存儲(chǔ)近期的運(yùn)行狀態(tài)、故障、報(bào)警信息及各參數(shù)值。
保護(hù)功能：具有過(guò)載、堵轉(zhuǎn)、欠載、溫度、斷相、不平衡、欠電壓、過(guò)電壓、接地或漏電等保護(hù)功能。
通信功能：可連接到通信網(wǎng)絡(luò)上，與上位機(jī)通信，把運(yùn)行狀態(tài)、參數(shù)、保護(hù)及故障狀況送往上位機(jī)，并可接受上位機(jī)的起動(dòng)、停車(chē)以及設(shè)定值、保護(hù)值的重新設(shè)定等操作。
智能型電動(dòng)機(jī)保護(hù)器主要用于抽出式低壓開(kāi)關(guān)柜，每臺(tái)低壓柜單臺(tái)電動(dòng)機(jī)容量在15kw以?xún)?nèi)的回路數(shù)可達(dá)36回路（如mns型抽出式開(kāi)關(guān)柜），其參數(shù)設(shè)置可以在控制器面板上用觸摸開(kāi)關(guān)直接進(jìn)行設(shè)置，也可以手持編程器進(jìn)行設(shè)置。
④變頻器、軟起動(dòng)器回路
變頻器、軟起動(dòng)器是帶有通信接口的全數(shù)字化電動(dòng)機(jī)控制產(chǎn)品，該類(lèi)產(chǎn)品在大功率的電動(dòng)機(jī)起動(dòng)或調(diào)速方面應(yīng)用十分廣泛。變頻器如施耐德公司的atv系列，abb公司的acs系列，西門(mén)子公司的mmv/mdv系列等；軟起動(dòng)器如施耐德公司的ats48系列，abb公司的pss/pst系列，西門(mén)子公司的3rw系列等。
把變頻器、軟起動(dòng)器直接裝入開(kāi)關(guān)柜中，作為開(kāi)關(guān)柜的主要元器件成為標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品。這種產(chǎn)品目前應(yīng)用很多，它即可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)的控制，又可通過(guò)變頻器、軟起動(dòng)器本身所帶的通信接口與整個(gè)智能配電系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)連接起來(lái)，為上位機(jī)提供電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行參數(shù)和運(yùn)行狀態(tài)，并可接受上位機(jī)的控制命令，實(shí)現(xiàn)智能化控制。
二、系統(tǒng)的應(yīng)用軟件
acrel-3000電力監(jiān)控組態(tài)軟件是對(duì)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集與過(guò)程控制的專(zhuān)用軟件，整套系統(tǒng)軟件具有開(kāi)放性、擴(kuò)展性、實(shí)時(shí)性和安全可靠性。最大特點(diǎn)是能以靈活多樣的“組態(tài)方式”而不是編程方式來(lái)進(jìn)行系統(tǒng)集成，它提供了良好的用戶(hù)開(kāi)發(fā)界面和簡(jiǎn)捷的工程實(shí)現(xiàn)方法，只要將其預(yù)設(shè)置的各種軟件模塊進(jìn)行簡(jiǎn)單的“組態(tài)”，便可以非常容易的實(shí)現(xiàn)和完成監(jiān)控層的各項(xiàng)功能。系統(tǒng)提供完善的用戶(hù)權(quán)限及口令控制,對(duì)重要的操作設(shè)置雙重驗(yàn)證。應(yīng)用軟件提供完善的監(jiān)控、分析及系統(tǒng)管理手段，具備圖形化的操作界面和數(shù)據(jù)庫(kù)生成、維護(hù)工具。系統(tǒng)還具有數(shù)據(jù)備份和恢復(fù)功能,數(shù)據(jù)庫(kù)具有開(kāi)放性、全中文界面,便于用戶(hù)生成、修改數(shù)據(jù)庫(kù),具有不同級(jí)別與權(quán)限的限制和防護(hù)措施。
三、系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)
acrel-3000電力監(jiān)控系統(tǒng)具有以下技術(shù)指標(biāo)：
◇ 重要遙測(cè)更新周期：＜2s
◇ 一般遙測(cè)更新周期：＜3s
◇ 事故時(shí)遙信變位傳送時(shí)間：≤1s
◇ 事故推畫(huà)面時(shí)間：＜2s
◇ 遙信變位：＜1s
◇ 遙控過(guò)程完成：＜3s
◇ 模擬量測(cè)量綜合誤差：＜0.5%
◇ 電網(wǎng)頻率測(cè)量誤差：＜0.01hz
◇ 調(diào)用畫(huà)面響應(yīng)時(shí)間：1s~3s
◇ 單元控制裝置接受命令到開(kāi)始執(zhí)行時(shí)間：≤1s
◇ 網(wǎng)絡(luò)速率：100兆或1000兆
◇ 事件記錄正確率：≥99.9%
◇ 遙信正確率：100%
◇ 遙控正確率：100%
◇ 遙調(diào)正確率：100%
◇ 遙測(cè)正確率：≥99.9%
◇ 海拔高度：≤4000m
◇ 工作環(huán)境溫度范圍：-20℃~+65℃
◇ 存儲(chǔ)環(huán)境溫度范圍：-40℃~+85℃
◇ 相對(duì)濕度：≤95%（25℃）
◇ 在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)容量支持到10000點(diǎn)基本保持以下系統(tǒng)指標(biāo)：
◇ 系統(tǒng)使用壽命：≥10年
◇系統(tǒng)平均無(wú)故障時(shí)間：系統(tǒng)mtbf≥30000小時(shí)
◇cpu負(fù)載：正常情況下負(fù)荷率≤15%（任意5分鐘內(nèi)平均）
事故情況下負(fù)荷率≤35%（任意1分鐘內(nèi)平均）
四、系統(tǒng)的功能
智能低壓配電系統(tǒng)具有以下功能：
1、控制功能
所有遙控操作具有2 層操作：第1 層控制設(shè)置在工作站；第2 層控制設(shè)置在開(kāi)關(guān)柜上。操作人員可以通過(guò)開(kāi)關(guān)柜上的轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)進(jìn)行選擇：是在工作站上位機(jī)通過(guò)微機(jī)的鍵盤(pán)，鼠標(biāo)器對(duì)控制對(duì)象進(jìn)行分合操作,還是在開(kāi)關(guān)柜上就地對(duì)受控對(duì)象進(jìn)行控制。
2、監(jiān)測(cè)功能
① 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集
通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)低壓柜上的智能元器件采集各進(jìn)出線回路的電流、電壓、功率、頻率、功率因數(shù)等電參量，對(duì)配電回路斷路器運(yùn)行狀態(tài)、電動(dòng)機(jī)回路的接觸器狀態(tài)進(jìn)行遙測(cè),并能把這些狀態(tài)和數(shù)據(jù)在上位機(jī)進(jìn)行處理、分析、判斷和顯示。
② 數(shù)據(jù)處理
系統(tǒng)對(duì)所采集的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理及監(jiān)測(cè),根據(jù)交流電壓、電流量計(jì)算有功、
無(wú)功功率;電能量累加,電能量峰、平、谷計(jì)算；各采集量的最大值、最小值計(jì)算,限值比較計(jì)算。
③ 事件順序記錄及處理
事件順序記錄(soe) 包括:各保護(hù)動(dòng)作信號(hào)、斷路器合分閘變位信號(hào)、成功的控制操作、設(shè)備報(bào)警、設(shè)備狀態(tài)變位。當(dāng)事件順序記錄數(shù)據(jù)變位時(shí),系統(tǒng)應(yīng)將事件發(fā)生的時(shí)刻、性質(zhì)、名稱(chēng)記錄在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù),使用方認(rèn)為有必要時(shí),可方便地選定范圍輸出到打印機(jī)上。
④ 異常報(bào)警
系統(tǒng)對(duì)采集到的各實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測(cè),所檢測(cè)數(shù)據(jù)與定義的正常參數(shù)狀態(tài)不符合時(shí)予以報(bào)警。報(bào)警形式具有聲、光閃爍,報(bào)警條文顯示等功能。當(dāng)報(bào)警狀態(tài)返回正常時(shí),報(bào)警信號(hào)自動(dòng)消失,而報(bào)警條文轉(zhuǎn)入歷史數(shù)據(jù)庫(kù)中。
⑤ 歷史數(shù)據(jù)記錄
系統(tǒng)將保護(hù)動(dòng)作、受控對(duì)象的控制操作、狀態(tài)變位、遙測(cè)越限、設(shè)備異常記錄這幾種類(lèi)型數(shù)據(jù)的操作時(shí)間、步驟、結(jié)果、故障數(shù)據(jù)作為歷史數(shù)據(jù),按具體類(lèi)型分別作存盤(pán)處理,以便事件的追憶或分析。
⑥ 運(yùn)行監(jiān)測(cè)和運(yùn)行管理
配電監(jiān)控系統(tǒng)能夠在計(jì)算機(jī)界面顯示系統(tǒng)主接線結(jié)線、設(shè)備狀態(tài)、電氣測(cè)量參數(shù)、運(yùn)行報(bào)警信號(hào)等。運(yùn)行人員可進(jìn)行事故查尋,查詢(xún)歷史數(shù)據(jù)和事件記錄。
在監(jiān)控主機(jī)、工作站實(shí)現(xiàn)下述人機(jī)聯(lián)系功能:設(shè)備控制的閉鎖與投運(yùn)；生成、修改各種報(bào)表及畫(huà)面；生成、修改實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)參數(shù)；設(shè)備的控制操作；
屏幕顯示：在人機(jī)工作站可用鼠標(biāo)或鍵盤(pán)選擇各種屏幕顯示,屏幕顯示采用多窗口方式,畫(huà)面在局部可放大或縮小。屏幕顯示的內(nèi)容包括:主接線圖(實(shí)時(shí)顯示開(kāi)關(guān)狀態(tài)、電流、功率、母線電壓等主要運(yùn)行參數(shù))；各種運(yùn)行工況圖(包括重要測(cè)量值的趨勢(shì)曲線圖、日負(fù)荷曲線圖、電流、功率的曲線圖)；事故及報(bào)警信息; 控制操作過(guò)程記錄(包括操作人、操作時(shí)間、內(nèi)容) ；各類(lèi)運(yùn)行日?qǐng)?bào)表、月報(bào)表及運(yùn)行日志等；系統(tǒng)可根據(jù)要求形成各種形式的文字報(bào)表。
3、其他功能
系統(tǒng)具備模塊自診斷、程序自恢復(fù)功能。系統(tǒng)和設(shè)備發(fā)生故障時(shí),立即發(fā)出故障報(bào)警,避免引起遙控誤動(dòng)和遙信誤發(fā)。