智能電力監控儀表在地鐵配電系統中的應用

《智能電力監控儀表在地鐵配電系統中的應用》
概述
隨著地鐵系統的安全運營管理對電氣設備控制自動化和智能化程度的要求越來越高，利用現代電子技術、傳感器技術、通訊技術、計算機及網絡技術，將電力設備在正常及事故情況下的監測、保護、控制、電力計量同集散控制系統DCS、PLC、融合在一起，達到高層次、高透明度的良好管理，已成為一種必然趨勢和發展方向。
在數字化的時代，INTERNET風靡全球，網絡改變著全世界。它正式宣布數字化網絡（以太網）時代已經來臨。這意味著一切運行和經營管理方式均需數字化，并且必須與電腦、通信相融合，所以地鐵低壓配電系統監控管理已成為必然。
配電系統自動化的需求（智能開關柜的最優化組合）
1、 配電自動化的發展過程
從80年代末到90年代初，隨著計算機技術、微電子技術、電力電子技術、抗干擾技術等新技術的迅速發展，特別是網絡通訊技術的發展使得電力自動化技術得到了空前發展。各大公司開始把這些技術應用于配電系統，也就是所謂的把強電控制與微電子技術、計算機技術、網絡通訊技術相結合，從而誕生了智能型開關柜及相關產品，如德國西門子公司SIVACON系列，英國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，智能型開關柜及智能配電系統在我國的應用已經由起步階段進入到成熟階段，尤其是2001年8月頒布的“低壓智能配電標準草案”更起到了推波助瀾的作用，智能型開關柜革命性地改變了傳統開關柜的概念；具有多功能、數字化、網絡化、智能化、結構緊湊、易于維護等特點，它可以滿足電力工業未來的需求，具有預防/避免事故發生、強化企業內部能源考核、減少設備維護和檢修時間、實現數據資源共享等諸多優點，為企事業單位的現代化管理提供了堅實、可靠的基礎，“一次投資，終身受益”，真正保證用戶的投資利益不受損害。
智能型開關柜是以智能電力儀表替代模擬指針式儀表、繼電器、電度表，通過其網絡通訊接口與中央控制室的計算機系統聯網，從而可以實現對各供配電回路的電壓、電流、有功功率、無功功率、功率因數、頻率、電度量等電參數進行監測以及對斷路器的分合狀態、故障信息進行監視，對斷路器的分合狀態進行控制，配合各種完善的遠程監控軟件，從而實現“四遙”：
● 遙測：通過計算機實時對系統進行電壓、電流、有功功率、無功功率、功率因數、頻率等進行不斷的采集、分析、處理、記錄，顯示曲線、棒圖，自動生成報表。
● 遙信：可以實時對開關的運行狀態、保護動作等開關量進行監視，計算機實時顯示和自動報警，并對各柜內開關的狀態、事故跳閘、過流、速斷、溫度等動作進行實時記錄、打印。
● 遙控：通過計算機屏幕選擇相應的站號、開關號、合/分閘等信息，并在屏幕上將要選擇的開關的狀態反饋回來，確認后執行，實時記錄操作的時間、類型和開關號等。
● 遙調：用于設定各種智能模塊的運行參數，既計算機根據屏幕操作指令或計算機根據對系統分析判斷結果，對智能模塊的設定值和故障保護值進行遠程整定。
智能配電系統就是與智能型開關柜與計算機監控系統的組合應用，其配置可根據具體工程的需要，既可配置成全智能型器件及監控裝置的開關柜，又可配置成全部使用傳統電器元件及監控裝置的開關柜，同時也能混合配置。給用戶選用提供了較大的靈活性，以滿足不同層次的需要。

2、 智能開關柜采用變送器加PLC與采用智能電力儀表的比較：
在原有的開關內配置電流變送器、電壓變送器配合PLC實現對開關內電參數的采集及數據上傳，其存在的突出缺點是：
　①體積大，接線復雜，如果測量三相線電壓、相電壓、電流、有功功率、無功功率、功率因數、頻率等參數，需配置變送器在10數臺，輸入接線可達40多條，輸出PLC的4～20mA信號線近30條，總數可達70條左右。
　②成本較高，投資較大，對變送器送出的4～20mA電流需要進行A/D采樣，要求就地設置一臺PLC或工控機，初始投資大。
　③穩定性能和精度差。由于電壓互感PT、電流互感器CT后面帶許多變送器，使PT、CT二次負載太大，使得系統測量穩定性和精度差。
　④故障率高，調試困難。由于接線復雜，設備種類繁多，易發生故障。一般變送器上無顯示，無法判斷安裝后是否正確，造成調試復雜困難，施工周期長。
　⑤諧波影響變送器的精度。由于電網中諧波的污染愈重，對變送器的影響愈重，從而使系統的精度受到影響。
采用智能電力儀表實現對開關內電參數的采集及數據上傳，其突出特點是：
①體積小，接線簡單，一只表可監測幾十個參數，大大減少了接線數量。
　 ②功能齊全，監測電參量多。如珠海派諾電子有限公司生產的PMAC720多功能電力儀表，具有變送器、數顯、數字接口的功能，對各電參量交流采樣后，經CPU數據處理，大屏幕直接顯示；并配有RS485數字通訊接口；具有設置倍率，接裝附表和與微機數據交換等功能，可作為“一次表”，也可作為“二次儀表”、“三次儀表”。
　 ③穩定性好，不受諧波干擾。智能監控儀表均采用交流采樣，其有效值方式，且采用數字接口RS485，具有光電隔離作用，因此系統穩定性好。
　 ④三表合一，減少占屏面積，且省去變送器柜，較“變送器加A/D卡”方案投資較少。
3、智能開關柜采用智能通訊斷路器與采用智能電力儀表的比較：
ABB的E3系列智能斷路器經常被用于低壓供配電系統中，作進線斷路器、母聯分段斷路器和部分大電流（重要）出線回路的斷路器開關。這些回路中往往要求測量三相電流、電壓、頻率、功率因數、有功功率、無功功率、有功電度、無功電度等電力參數，在智能供配電系統中又要求“遙測”這些電量，甚至有的要求“遙信”、“遙控”、“遙調”這種斷路器開關。
結合 E3系列斷路器開關的自身特點及對供電回路的要求作如下比較:

保護功能 PR111 PR112 PR113 PR112+PMAC720
過載保護-反時限長延時間跳閘 ● ● ● ●
S選擇型短路保護-反時時限短延時跳閘 ● ● ● ●
I 瞬時短路保護-可調跳閘電流門限 ● ● ● ●
接地故障保護 漏電 ● ● ● ●
電源接地回路 ● ● ●
T ：過熱保護 ● ● ●
V ：欠電壓保護 ● ● ●
F ：相不平衡保護 ● ●
P ：反相能量流動保護 ● ●
D ：定相保護 ● ●
L和S的熱記憶功能 ● ● ●
監測電量
電流（相、中性、接地故障） ● ● ●
觸頭損耗 ● ● ●
操作次數 ● ● ●
剩余電壓 ● ●
電網頻率 ● ●
有效功率、無效功率、視在功率 ● ●
功率因數 ● ●
有效能量、無效能量、視在能量 ● ●
諧波失真 ● ●
事件附注及資料儲存
可記錄時間發生時間 ● ● ●
可把事件順序儲存 ● ● ●
可記錄動作次數及接點磨損 ● ● ●
與中央監控系統聯絡
可以遙控的方式設定保戶功能，單元的配置及通訊參數 ● ● ●
可傳送測量值，斷路器的狀態及警報到中央監控系統 ● ● ●
可傳送電路器發生的事件及維護資料到中央監控系統 ● ● ●
自我測試
警報及脫口器超溫跳閘 ● ● ●
因微處理器故障引起的報警 ● ● ●
用戶界面
使用DIP開關設定參數 ● ● ●
使用鍵盤及液晶體預示屏設定參數 ● ● ●
L及S的報警預示功能 ● ● ●
對所有保護的預報警及自我監控完全處理 ● ● ●
具有READ及EDIT功能的設定鍵 ● ● ●
負載控制（帶輔助單元）
通過電流值來確定斷路器對負載連接或不連接 ● ● ●
區域選擇型
通過功能S和G被激活而實現 ● ● ●
通過功能d被激活而實現（方向式保護） ●
自動化功能
對斷路器開關合、分及儲能狀態的遙信 ●
對斷路器開關合、分及儲能狀態的遙控 ●
智能配電柜的功能
四遙功能（遙測電量參數、遙信開關狀態、遙控開關、遙調裝置設置參數）
故障預警（事故發生前及時消除事故隱患）和事故記錄功能（分析事故原因）
電能消耗的分配和統計（電費分解到各個部門，利于內部核算）
電能質量的監測（避免設備非預期損壞）
數據記錄和方便快捷的報表生成（便于統計分析）
實現無人值守的配電站（防火防盜，保證設備安全）
等。。
PMAC智能電力儀表滿足地鐵惡劣環境的應用
1、PMAC系列智能電力儀表的技術指標：


尺寸 89.5(w)×89.5(h)×55(l)mm
防護等級 操作面板： IP54
側面和后部： IP20
測量 三相星形，三相三角
電源 190 ～ 250Vac 50/60Hz
85 ～ 265Vac 或 80 ～ 300Vdc


參數 測量范圍 精度
電壓 直接測量: 220V相/380V線 0.2%
電流 CT一次側：0-999，000A
CT二次側：1A或5A
功率 每相功率測量范圍：0-100MW/Mvar
總功率測量范圍：0-300 MW/Mvar
電度 0．05-999，999，99.9KWH/Kvar 1.0%
頻率 45-65HZ 0.01Hz


電 磁 特 性
靜電抗擾性試驗 IEC 61000-4-2,Level 3
輻射抗擾性試驗 IEC 61000-4-3,Level 3
電快速瞬變脈沖群抗擾性試驗 IEC 61000-4-4,Level 3
浪涌抗擾性試驗（1，2/50μs～8/20μs） IEC 61000-4-5,Level 3
傳導射頻干擾試驗 EN 55022,Class B
輻射射頻干擾試驗 EN 55022,Class B

2、PMAC系列智能電力儀表的功能選型：


序列 功能 PMAC720 PMAC600B PMAC600A PMAC9900E PMAC3000/3032
實時測量值 相電壓 / 可選 可選 /
線電壓 / / / /
電流 / 可選 可選 /
有功功率 / 可選 可選 /
無功功率 / / / /
視在功率 / / / /
功率因數 / 可選 可選 /
頻率 / 可選 可選 /
能量 有功電度 / 可選 /
無功電度 / / /
視在電度 / / /
復費率統計 選配
電能質量 電壓三相不平衡度 / /
電流三相不平衡度 / /
電壓總諧波 選配
電流總諧波 選配
電壓、電流奇次諧波 選配
數據 時間順序記錄（SOE） 選配 可選 /
故障錄波
開關量輸入（DI） 選配 可選 可選 / 16-32
繼電器控制輸出（DO） 選配 可選 可選 / 16-32
限值報警輸出 選配 /
模擬量輸入（4-20Ma/0-5v） 選配 可選 7
模擬量輸出（4-20Ma/0-5v） 可選
通訊 RS485接口 / 可選 可選 / /
MODBUS規約 / / / / /
PROFIBUS規約 /

3、PMAC系列智能電力儀表的配置方案：
見附件一
四、地鐵配電系統應用中的電磁兼容問題：
地鐵用戶由于電磁干擾強烈，電力儀表的電磁兼容性好壞直接影響到系統正常使用，輕則儀表CPU頻繁復位影響正常工作，重則造成儀表損壞。許多產品制造廠家由于技術與測試設備的局限性產不能完全克服此類問題。珠海派諾公司較早就配置了 （EMC）試驗設備，并很好的解決了上述問題，我們認為在諸多抗擾度的影響量中，最主要是影響量是快速瞬變干擾（電快速脈沖群），其產生原因是用戶不同負載的開關投切造成在局部電網中產生高頻快速電脈沖，具有突發性。因此，在設計過程中的電源配置、器件選擇、工藝布置均采用了獨特技術，沒利用任何附加器件如濾波器等。即使儀器外部電磁干擾強烈，波形快速瞬變4000V脈沖群時，儀器仍然保證正常工作。