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    智能化供配电系统应用中的新发展和若干问题

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      驿人编辑:

      自1997年建设部颁布了《建筑智能化系统工程设计管理暂行规定》(即〈97〉290号文件),作为智能建筑的重要组成部分,智能变配电系统开始引起了有关业主、开发商和设计院的重视。继各省、市、自治区相继发布执行相应的智能建筑设计标准。在一些重要项目的设计中开始采用智能变配电系统。近年来随着新技术的发展智能化供配电系统发展出了一些新的特点,也显现出了一些应该注意的问题。

      一、现阶段几种常见的智能化供配电系统方案

      从系统所采用的核心控制部件分,智能化供配电系统可分为基于工业PC和基于PLC的两大类。其他类型现分述如下:

      1. 由可编程序控制器(PLC)和带智能脱扣器及通讯口的智能型断路器构成的监控系统:

      图一所示的这种系统以可编程序控制器(PLC)作为核心控制部件,断路器则全部是智能型。PLC通过断路器所带的智能脱扣器及通讯口采集断路器的运行/故障状态和负载电流等运行参数,发出断路器接通/分断的控制命令。PLC又和监控计算机相连,通过计算机进行人-机对话,同时由计算机定时记录存储运行参数和所有的故障报警事件。

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        图一  由PLC和带智能脱扣器及通讯口的智能型断路器构成的监控系统原理框图

      2. 由可编程序控制器(PLC)和智能监控模块构成的监控系统:

      这种系统也以可编程序控制器作为核心控制部件,断路器则是加装了电动操作机构的普通断路器。PLC通过现场总线和智能监控模块对断路器进行监控。这种系统本质上与前一种是一样的,都是建立在断路器智能化的基础上,只是实现的方式不同。

      智能化供配电系统应用中的新发展和若干问题

      图二  由可编程序控制器(PLC)和智能监控模块构成的监控系统原理框图

      以上两种监控系统,由于可编程序控制器是一种适用于工业现场恶劣环境的控制器,抗干扰能力很强,可靠性很高,因此这样的监控系统不仅能对供配电系统进行监测,完全可以进行远程控制和自动切换等自动控制。但由于“智能型断路器”及“智能监控模块”价格相当高,推广应用受到限制。

      3. 用可编程序控制器(PLC)及远程I/O构成的监控系统:

      这种基于PLC系统的核心控制部件当然是可编程序控制器。根据系统的规模、对监控功能的要求和对系统可靠性要求的不同,这种监控系统的构成方式可以有很多种。但从本质上说都是用PLC使传统的配电柜实现智能化。通过PLC及远程I/O对配电柜内的断路器及其它设备的运行/故障状态和参数进行采集,同时又向它们发出操作和控制命令,实现远程控制和自动投切控制。PLC及远程I/O通过现场总线连接成现场总线控制系统。

      智能化供配电系统应用中的新发展和若干问题

       图三  用可编程序控制器(PLC)及远程I/O构成的监控系统

      此种监控系统的可靠性很高、抗干扰能力很强,只要在构成供配电监控系统时采用合理的系统结构和配置,解决好故障自动应急处理的问题,就可以保证智能化的供配电系统运行的可靠性大大高于传统的配电柜。

      4.  由工业PC和网络电力仪表、RTU构成的监控系统:

      这种系统的核心控制部件是工业PC。它经串行通讯接口通过现场总线与网络电力仪表、RTU相连。网络电力仪表采集电压、电流等电量,变换后的电压、电流、功率因数、有功功率、无功功率、有功电度和无功电度等参数则经通讯口输出。断路器的运行状态和故障脱扣状态等数字量信号由RTU进行采集,远程操作断路器通/断的控制命令则通过RTU的数字量输出口输出。由于网络电力仪表和RTU可以分散配置在配电柜中,因此这样的系统是一种集散式控制系统。

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      图四  由工业PC和网络电力仪表、RTU构成的监控系统原理框图

      本系统在技术上更先进可靠性较高,但它仍是基于工业PC的系统,因此多应用于以监测为主,以远程手动控制为辅的场合,一般不能进行自动切换。

      随着网络电力仪表功能的增加,数字量信号采集已可以由网络电力仪表功能承担而不再使用RTU设备。而得益于计算机网络应用的进一步加强和网络设备价格的下降,“工业PC和网络电力仪表、RTU构成的监控系统”在与通讯管理机(用于完成总线通讯与网络通讯的转换)结合后,形成了一种较新的电力监控系统。关于这类系统的构成,下面会详细阐述。

      二、工业PC和网络电力仪表、通讯管理机构成的网络监控系统

      此类智能化供配电系统从监控功能上可以分为三层:系统管理层、现场监控层和通讯链路层。智能化供配电系统的总体结构框图见图五。

      智能化供配电系统应用中的新发展和若干问题

      图五  工业PC和网络电力仪表、通讯管理机构成的网络监控系统

      控制中心属系统管理层。其中,数据库服务器负责对本系统所属的高压变电室、低压变电室、发电机房等的状态和参数进行数据处理与存储;操作员工作站可以监控整个供配电系统的运行情况;OPC服务器将智能化供配电系统采集的各主要设备的运行状态、耗电量、最大需求量等运行参数和故障跳闸等报警事件记录等重要信息按OPC方式上传,从而将智能化供配电系统集成纳入IBMS,且将IBMS作为整个子系统的灾备;WEB服务器负责将画面和数据在运行网上供给有权限的用户访问;此外,控制中心还可设有能动态、实时全面反映所有下属的开闭站、变电室和发电机房运行状况和主要运行参数的屏幕。

      位于每个高压变电室、低压变电室和发电机房的现场控制站则是现场监控层。它向上通过以太网连接系统管理层,向下通过工业控制现场总线连接所要监控的变配电设备。它将本站采集到的各种信息和数据,经过处理后上传到控制中心,当然现场监控层还接收来自控制中心的远程控制命令,对本站需要操作的设备的进行控制。

      此类智能化供配电系统不止可以对状态和参数进行数据处理与存储,也可以对供配电系统的各回路进行操作。其途径有两条其一是使用如图五中所示的PLC控制柜,通过PLC对各回路进行操作;另一种方法是使用有控制功能的网络电力仪表,通过仪表对各回路进行操作。

      此类系统与前文所属其他三类系统相比最大的特点在实现了一定监控功能的前提下造价较低。多应用于以监测为主,以远程手动控制为辅的场合,一般不能进行自动切换。

      三、智能化供配电系统设计中部分问题

      由于我国智能化供配电系统的应用尚处于初创阶段,部分智能化供配电系统设计中常出现一些共性的问题。

      第一,随着建筑电气消防要求的提高,电气消防系统往往要求直接控制到供配电系统各馈出回路。这样就造成配电系统各馈出回路“状态”接点及“分励脱扣”接点会被电气消防系统占用。从而使智能化供配电系统无法使用上述接点,造成馈出回路“状态”无法在电力监控系统中显示,及智能化供配电系统无法使用“分励脱扣”功能。这种情况在馈出回路使用塑壳断路器时尤为明显。

      要解决这一问题,需要在系统设计时预先考虑各系统的需求,预留相应接点。

      第二,前文所述的“工业PC和网络电力仪表、通讯管理机构成的网络监控系统”由于造价较低现应用较为广泛,但此类系统设计中经常出现“通讯管理机”一个通讯回路串接十几个网络电力仪表的情况。这样会造成通讯堵塞,造成上位数据实时性差及界面刷新速度慢等问题。如智能化供配电系统仅仅要对状态和参数进行数据处理与存储,尚勉强勘用。如果,系统要通过仪表对回路进行分合操作则会造成操作延时。

      建议根据系统所使用的总线类型选择合理的串接设备数量。例如,使用Modbus 总线时“通讯管理机”一个通讯回路应串接不多于7个网络电力仪表。

      最后一点,智能化供配电系统如果要求完成自动投切工作时,应注意“变送器”延时特性(见下图)以确保“自动投切工作”正确准时完成

      智能化供配电系统应用中的新发展和若干问题

      四、结束语

      尽管经过了多年的发展,智能化供配电系统对于整个智能建筑系统来说还是一个新生的子系统。它的发展和成长还需要行业专家和企业的共同努力,只有认真实践,不断调查研究,不断总结提高,才能使电力监控系统的推广应用有理可据,行之有效。

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