智能配电柜中电力监控系统的设计及应用

温刚

安科瑞电气股份有限公司

摘要：本文介绍基于人机界面和智能电测仪表、电机保护器而设计实现的智能配电柜进线、馈线、出线各回路分散式采集和集中控制管理的电力监控系统，系统实现了人机界面在智能配电柜中无人管理的功能，省去了值班人员现场操作的繁复性，减少人工操作的误差性，提高了供电质量和管理水平，具有简明实用、投资少等优点，具有广泛的应用前景。

0 引言

    智能配电柜是一种综合采集所有能源数据的配电柜，为终端能源监测系统提供高精度测量数据，通过显示单元，实时反映电力参数及电能质量数据，并通过数字通讯至后台控制系统，以达到对整个配电系统的实时监控和运行质量的有效管理，而电力监控系统作为当今配电产业智能化的发展趋势，是配电自动化控制非常重要的组成部分，主要功能包括：数据采集和显示、数据记录、导出、现场设备运行状况实时显示、记录等。

    本文以某电器公司智能配电柜电力监控管理系统为例，提出利用触摸屏和智能仪表、电动机保护器及断路器模块等设计一套智能智能电力监控管理系统[1]应用于配电柜进线、馈线、出线回路中，对配电柜各个回路用电设备运行参数及运行状况实现实时监测、管理。

1 项目介绍

    电力监控系统能够通过使用电力仪表来监测各回路设备的用电情况，通过集中采集显示终端来实时显示、存储，并能够导出一个工作周期的数据，便于进行系统和电力数据分析，能够为配电柜提供分析设备运行状况及用电情况的依据，本智能配电柜电力监控系统项目基于用户对现场配电柜进线、馈线、出线回路设备及用电情况监控的需求，采用昆仑通态触摸屏tpc1062k与安科瑞智能仪表pz72l-e4/kc、pz80l-e4/kc及电动机保护器ard2f-100a/ckq，实现对智能配电柜的进线、馈线、出线回路用电设备运行过程中三相电压、电流、有功功率、无功功率、视在功率、电能数据的实时监测显示、数据存盘、导出功能，实时显示回路的通断状态，并对电机设备的过载、不平衡、欠载、接地等故障进行故障报警与记录，既能保证智能配电柜的正常运行，又能对配电柜的进线、馈线、出线回路实时监控管理。

2 用户需求

    通过对配电柜进行监测管理，了解设备的运行状况及用电情况，对所设计的电力监控系统提出以下需求：

实时显示:

进线柜：通过触摸屏实时采集进线柜回路智能仪表pz80l-e4/kc电压、电流、功率及电能等数据，直观的显示出总电源进线柜的负荷用电情况；

馈线柜：主要采集馈线柜回路电压、电流、功率及电能参数，便于用户实时了解外部所需电源的用电状况；

出线柜：通过pz72l-e4/kc交流仪表采集出线柜单个回路的交流电流、电压、功率等参数，并利用电动机保护器ard2f对出线回路电机进行数据监测和保护；

曲线分析:实时显示各个电气柜的电流（或功率）实时曲线趋势图；

事件报警:实现进线柜、馈线柜、出线柜电压、电流、功率、频率、功率因数等参数的越限报警；

电能管理:完成对回路各仪表的电力参数集抄功能，可查询历史时刻各回路的有功功率值、无功功率值、用电量（kwh）、功率因素、每相电流及电压值，报表存储时间Zui短为1s，并自动生成符合客户管理需求的用电报表，报表能够在触摸屏上实现电能实时查询；

数据导出:实现各仪表电力参数按照客户要求的时间进行自动、手动导出，导成excel形式到u盘，供客户对电能统计、打印。

3 设计方案

3.1参考标准

gb/t3797-2008        《电气控制设备》

gb/t11022-1999      《高压开关设备和控制设备标准的共用技术要求》

20077566-q-604       《工业自动化产品安全要求第1部分:总则》

20077556-q-604       《工业自动化产品安全要求第10部分:记录仪表的安全要求》

gb/t 16656.46-2010    《工业自动化系统与集成及产品数据表达与交换》

dl/t 814-2002        《配电自动化系统功能规范》

dl/t634-2002        《远动设备和系统传输规约基本远动任务配套标准》

dl/t 814-2002        《配电自动化系统功能规范》

dl/t645-1997        《多功能电能表通信规约》

3.2系统介绍

    整个系统设备主要包括人机界面、智能仪表pz72l-e4/kc、pz80l-e4/kc、电动机保护器ard2f-100a/ckq及开关电源，通过屏蔽双绞线将配电柜进线回路、馈线回路、出线回路各个仪表连接至集中采集显示终端，对现场数据的采集、实时显示、参数存盘、故障记录，实现智能型配电柜系统的电力监测管理，系统总体架构如下图1所示。

图1 系统总体结构图

3.3 设备选型

应用场景	产品需求	产品型号	产品描述
进线回路	进线开关	pz80l-e4/kc	三相电流、三相电压、有功功率、无功功率、功率因数、有功电能等电参量测量
馈线回路	低压电机保护	ard2f	电机起动超时、过载、堵转、断相、不平衡、欠载、接地/漏电、阻塞、过压、欠压、绕组超温等保护
出线回路	低压出线	pz72l-e4/kc	三相电流电压、有功功率、无功功率、视在功率、功率因数、有功电能等电参数的测量
电力监控回路	触摸屏	tpc1062k	采用10.4英寸高亮度液晶显示屏，四线电阻式触摸屏，预装mcgs嵌入式组态软件，具备强大图像显示和数据处理功能

4 系统功能

    上位机采用触摸屏tpc1062k，通过触摸屏[2]与现场设备连接，并在触摸屏中进行数据库变量配置、界面设计等，完成在上位机中监控现场智能仪表pz72l-e4/kc、pz80l-e4/kc、ard2f电动机保护器、断路器等配电设备用电情况及运行状况的功能。

4.1 系统图显示

在触摸屏实时显示智能配电柜各个回路用电设备运行状况，便于用于实时了解现场设备状况，对于出现的故障及时处理，并在触摸屏上实现设备的分合闸控制，实现远程遥控操作，系统图显示界面如下图2所示。

图2  系统图显示界面

4.2 数据采集显示

    触摸屏采集智能配电柜进线回路pz80l-e4/kc智能电测表、馈线回路的pz72l-e4/kc智能仪表、出线回路的电动机保护器ard2f-100a/ckq及pz72l-e4/kc交流电测仪表、三相电压、三相电流、频率、功率因数、有功功率、无功功率、视在功率、电能等参数，并在人机界面实时准确显示，方便用户及时了解系统各个设备运行参数以及进行能耗监测管理，具体数据如图3至图5所示。

图3  进线回路数据显示界面

图4  馈线回路数据显示界面

图5  出线回路数据显示界面

4.3 曲线显示

    电力监控系统将智能配电柜进线回路pz80l-e4/kc智能仪表、馈线回路pz72l-e4/kc电测表、出线回路低压电机保护器ard2f及pz72l-e4/kc智能电测表[3]的三相电流传给人机界面用曲线的形式表现，为用户提供实时曲线，帮助用户了解设备的用电状况，便于用户实时了解用电设备，具体曲线界面如图6至图8所示。

图6  进线柜曲线显示界面

      图7  馈线柜曲线显示界面

   图8  出线柜曲线显示界面

4.4 数据存盘

    系统采集配电柜进线回路、馈线回路及出线回路各个仪表数据并按照时间段进行历史数据查询，选择时间间隔对系统采集的历史数据查询，同时对出线回路电动机运行过程中出现的故障进行实时存盘，查询结果在触摸屏存盘数据浏览构建中显示，便于用户对设备运行参数及运行状况实时了解，同时能实现对数据的导出，便于用于了解各个设备历史运行状况，存盘数据界面如下图9、图10所示。

 图9  电参数存盘界面

 图10  电能存盘界面

4.5 故障记录

    通过触摸屏的遥测对智能配电柜进线回路、馈线回路、出线回路各个设备的电压、电流、功率、频率、功率因数等参数越限及通讯故障实现报警功能，并进行实时记录，便于用户了解现场设备运行参数超过设定值的状况及设备运行状况，事件报警记录界面如下图11所示。

 图11  事件报警记录界面

5 系统特点

    完善的数据采集功能，实现对智能配电柜的全部用电设备数据采集、显示和设备的运行状况分析，配电柜的数据采集由通讯模块实现，数据由通讯采集传送至后台监控。

    安全运行监视，操作人员借助触摸屏系统人机界面，监视智能配电柜的进线、馈线、出线回路的设备运行状态，并实时显示，便于设备在运行状态发生变更时及时进行分析和处理。

    系统运行可靠，提供智能配电柜进线、馈线、出线回路主要设备的运行状态报警记录显示，便于操作人员对于故障报警和事故状态进行应急处理。

    实现远程遥控，在触摸屏上进线分合闸控制，减轻现场运行人员的劳动强度，提高安全运行水平[4]。

6 结束语

    智能配电柜作为精密配电柜，除了配电管理外，还具有运行管理与安全管理的功能，能够全面的监测系统的各项运行参数，有效的提高了整个配电系统的可靠性，智能配电柜中电力监控系统的设计应用，在智能配电柜配置网络电力仪表，可以方便和实时地监控配电柜各个回路设备的用电状况及运行状态，对现场的用电设备进行统一管理，免去工作人员到现场记录、操作的繁琐工作，减少人员工作量，同时，智能配电柜中电力监控系统对各种用电设备的历史运行数据进行管理分析，整个系统既保证了现场设备的安全运行，具有较高的系统可靠性，又提高了配电柜配电质量和管理水平，因此，电力监控系统在智能配电柜的应用，充分体现了智能化配电的优势，具有广泛的应用前景。

参考文献：

[1].周中等编著. 智能电网用户端电力监控与电能管理系统产品选型及解决方案[m]. 北京. 机械工业出版社. 2011.10

[2].昆仑通态触摸屏mcgs初级、中级教程. 2013.4

[3].刘美集. 配电柜的智能化电能监控系统[j]. 电气自动化技术, 2007(3):102~105.

[4].彭良超, 刘洁芳等. 配电柜智能化监控系统[j]. 电子产品技术, 2010(8):183~185.

作者简介

温刚，男，本科。任职单位：现任职于安科瑞电气股份有限公司
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