《智能電力監(jiān)控儀表在地鐵配電系統(tǒng)中的應(yīng)用》
概述
隨著地鐵系統(tǒng)的安全運營管理對電氣設(shè)備控制自動化和智能化程度的要求越來越高，利用現(xiàn)代電子技術(shù)、傳感器技術(shù)、通訊技術(shù)、計算機及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，將電力設(shè)備在正常及事故情況下的監(jiān)測、保護、控制、電力計量同集散控制系統(tǒng)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(fā)展方向。
在數(shù)字化的時代，INTERNET風靡全球，網(wǎng)絡(luò)改變著全世界。它正式宣布數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)（以太網(wǎng)）時代已經(jīng)來臨。這意味著一切運行和經(jīng)營管理方式均需數(shù)字化，并且必須與電腦、通信相融合，所以地鐵低壓配電系統(tǒng)監(jiān)控管理已成為必然。
配電系統(tǒng)自動化的需求（智能開關(guān)柜的最優(yōu)化組合）
1、 配電自動化的發(fā)展過程
從80年代末到90年代初，隨著計算機技術(shù)、微電子技術(shù)、電力電子技術(shù)、抗干擾技術(shù)等新技術(shù)的迅速發(fā)展，特別是網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)的發(fā)展使得電力自動化技術(shù)得到了空前發(fā)展。各大公司開始把這些技術(shù)應(yīng)用于配電系統(tǒng)，也就是所謂的把強電控制與微電子技術(shù)、計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)相結(jié)合，從而誕生了智能型開關(guān)柜及相關(guān)產(chǎn)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(guān)柜及智能配電系統(tǒng)在我國的應(yīng)用已經(jīng)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(guān)柜革命性地改變了傳統(tǒng)開關(guān)柜的概念；具有多功能、數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化、結(jié)構(gòu)緊湊、易于維護等特點，它可以滿足電力工業(yè)未來的需求，具有預(yù)防/避免事故發(fā)生、強化企業(yè)內(nèi)部能源考核、減少設(shè)備維護和檢修時間、實現(xiàn)數(shù)據(jù)資源共享等諸多優(yōu)點，為企事業(yè)單位的現(xiàn)代化管理提供了堅實、可靠的基礎(chǔ)，“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(guān)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(wǎng)絡(luò)通訊接口與中央控制室的計算機系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，從而可以實現(xiàn)對各供配電回路的電壓、電流、有功功率、無功功率、功率因數(shù)、頻率、電度量等電參數(shù)進行監(jiān)測以及對斷路器的分合狀態(tài)、故障信息進行監(jiān)視，對斷路器的分合狀態(tài)進行控制，配合各種完善的遠程監(jiān)控軟件，從而實現(xiàn)“四遙”：
● 遙測：通過計算機實時對系統(tǒng)進行電壓、電流、有功功率、無功功率、功率因數(shù)、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(guān)的運行狀態(tài)、保護動作等開關(guān)量進行監(jiān)視，計算機實時顯示和自動報警，并對各柜內(nèi)開關(guān)的狀態(tài)、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(yīng)的站號、開關(guān)號、合/分閘等信息，并在屏幕上將要選擇的開關(guān)的狀態(tài)反饋回來，確認后執(zhí)行，實時記錄操作的時間、類型和開關(guān)號等。
● 遙調(diào)：用于設(shè)定各種智能模塊的運行參數(shù)，既計算機根據(jù)屏幕操作指令或計算機根據(jù)對系統(tǒng)分析判斷結(jié)果，對智能模塊的設(shè)定值和故障保護值進行遠程整定。
智能配電系統(tǒng)就是與智能型開關(guān)柜與計算機監(jiān)控系統(tǒng)的組合應(yīng)用，其配置可根據(jù)具體工程的需要，既可配置成全智能型器件及監(jiān)控裝置的開關(guān)柜，又可配置成全部使用傳統(tǒng)電器元件及監(jiān)控裝置的開關(guān)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(guān)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(guān)內(nèi)配置電流變送器、電壓變送器配合PLC實現(xiàn)對開關(guān)內(nèi)電參數(shù)的采集及數(shù)據(jù)上傳，其存在的突出缺點是：
?、袤w積大，接線復(fù)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(shù)、頻率等參數(shù)，需配置變送器在10數(shù)臺，輸入接線可達40多條，輸出PLC的4～20mA信號線近30條，總數(shù)可達70條左右。
?、诔杀据^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(shè)置一臺PLC或工控機，初始投資大。
?、鄯€(wěn)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(tǒng)測量穩(wěn)定性和精度差。
?、芄收下矢撸{(diào)試困難。由于接線復(fù)雜，設(shè)備種類繁多，易發(fā)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(diào)試復(fù)雜困難，施工周期長。
?、葜C波影響變送器的精度。由于電網(wǎng)中諧波的污染愈重，對變送器的影響愈重，從而使系統(tǒng)的精度受到影響。
采用智能電力儀表實現(xiàn)對開關(guān)內(nèi)電參數(shù)的采集及數(shù)據(jù)上傳，其突出特點是：
①體積小，接線簡單，一只表可監(jiān)測幾十個參數(shù)，大大減少了接線數(shù)量。
　 ②功能齊全，監(jiān)測電參量多。如珠海派諾電子有限公司生產(chǎn)的PMAC720多功能電力儀表，具有變送器、數(shù)顯、數(shù)字接口的功能，對各電參量交流采樣后，經(jīng)CPU數(shù)據(jù)處理，大屏幕直接顯示；并配有RS485數(shù)字通訊接口；具有設(shè)置倍率，接裝附表和與微機數(shù)據(jù)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(wěn)定性好，不受諧波干擾。智能監(jiān)控儀表均采用交流采樣，其有效值方式，且采用數(shù)字接口RS485，具有光電隔離作用，因此系統(tǒng)穩(wěn)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(guān)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(jīng)常被用于低壓供配電系統(tǒng)中，作進線斷路器、母聯(lián)分段斷路器和部分大電流（重要）出線回路的斷路器開關(guān)。這些回路中往往要求測量三相電流、電壓、頻率、功率因數(shù)、有功功率、無功功率、有功電度、無功電度等電力參數(shù)，在智能供配電系統(tǒng)中又要求“遙測”這些電量，甚至有的要求“遙信”、“遙控”、“遙調(diào)”這種斷路器開關(guān)。
結(jié)合 E3系列斷路器開關(guān)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(diào)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(jiān)測電量
電流（相、中性、接地故障） ● ● ●
觸頭損耗 ● ● ●
操作次數(shù) ● ● ●
剩余電壓 ● ●
電網(wǎng)頻率 ● ●
有效功率、無效功率、視在功率 ● ●
功率因數(shù) ● ●
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(fā)生時間 ● ● ●
可把事件順序儲存 ● ● ●
可記錄動作次數(shù)及接點磨損 ● ● ●
與中央監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)
可以遙控的方式設(shè)定保戶功能，單元的配置及通訊參數(shù) ● ● ●
可傳送測量值，斷路器的狀態(tài)及警報到中央監(jiān)控系統(tǒng) ● ● ●
可傳送電路器發(fā)生的事件及維護資料到中央監(jiān)控系統(tǒng) ● ● ●
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(guān)設(shè)定參數(shù) ● ● ●
使用鍵盤及液晶體預(yù)示屏設(shè)定參數(shù) ● ● ●
L及S的報警預(yù)示功能 ● ● ●
對所有保護的預(yù)報警及自我監(jiān)控完全處理 ● ● ●
具有READ及EDIT功能的設(shè)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(qū)域選擇型
通過功能S和G被激活而實現(xiàn) ● ● ●
通過功能d被激活而實現(xiàn)（方向式保護） ●
自動化功能
對斷路器開關(guān)合、分及儲能狀態(tài)的遙信 ●
對斷路器開關(guān)合、分及儲能狀態(tài)的遙控 ●
智能配電柜的功能
四遙功能（遙測電量參數(shù)、遙信開關(guān)狀態(tài)、遙控開關(guān)、遙調(diào)裝置設(shè)置參數(shù)）
故障預(yù)警（事故發(fā)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(tǒng)計（電費分解到各個部門，利于內(nèi)部核算）
電能質(zhì)量的監(jiān)測（避免設(shè)備非預(yù)期損壞）
數(shù)據(jù)記錄和方便快捷的報表生成（便于統(tǒng)計分析）
實現(xiàn)無人值守的配電站（防火防盜，保證設(shè)備安全）
等。。
PMAC智能電力儀表滿足地鐵惡劣環(huán)境的應(yīng)用
1、PMAC系列智能電力儀表的技術(shù)指標：


尺寸 89.5(w)×89.5(h)×55(l)mm
防護等級 操作面板： IP54
側(cè)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(shù) 測量范圍 精度
電壓 直接測量: 220V相/380V線 0.2%
電流 CT一次側(cè)：0-999，000A
CT二次側(cè)：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(dǎo)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(shù) / 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(fù)費率統(tǒng)計 選配
電能質(zhì)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(shù)據(jù) 時間順序記錄（SOE） 選配 可選 /
故障錄波
開關(guān)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(guī)約 / / / / /
PROFIBUS規(guī)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(tǒng)應(yīng)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(tǒng)正常使用，輕則儀表CPU頻繁復(fù)位影響正常工作，重則造成儀表損壞。許多產(chǎn)品制造廠家由于技術(shù)與測試設(shè)備的局限性產(chǎn)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(shè)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(chǎn)生原因是用戶不同負載的開關(guān)投切造成在局部電網(wǎng)中產(chǎn)生高頻快速電脈沖，具有突發(fā)性。因此，在設(shè)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(shù)，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。