智能型低压开关柜
摘要:智能型低压开关柜可广泛用于发电厂、变电站、开闭所、开关站等配电系统,基础设施建设项目、工业、制造业等,石油、煤炭等能源生产企业,港口、铁路、航空等交通运输企业,工业区、开发区、商务区等公共建设项目,房地产业、居民小区建设等建筑业。智能型低压开关柜的发展将保障电力系统更安全、更可靠。
Abstract: Intelligent low-voltage switchgear can be widely used in power plant,substation,open and close,switch power system,infrastructure projects,industrial and manufacturing,petroleum,coal energy production enterprise,ports,railway,aviation,etc,the transportation enterprise,industrial development district,and other public construction projects,real estate,construction of residential area construction,etc. The development of intelligent low-voltage switchgear will safeguard power system safer and more reliable.
关键词:智能型;开关柜;通讯
Key words: intelligent;switchgear;communication
中图分类号:TM591 文献标识码:A文章编号:1006-4311(2010)15-0158-02
1智能型低压开关柜概述
智能型低压开关柜主要用于发电厂、石油化工、冶金、纺织、高层建筑等公众场合和工业领域,在大型发电厂、石油化工等自动化程度高、要求与计算机接口的场所。作为三相交流频率为50(60)Hz,额定工作电压为400V(690V)的发、供电系统中的配电、电动机控制之用。智能型低压开关柜是最新一代多用途智能型低压开关柜成套设备,具有断路器技术、固定式安装、条型插入式安装、插入式安装和抽出式安装,这五种形式的安装技术包含了所有低压开关柜的结构形式,在设计上执行IEC439-1《低压成套开关设备和控制设备》、GB7215.1《低压成套开关设备和控制设备》、JB/T9661《低压抽出式成套开关设备》和GB9466《低压成套开关设备基本试验方法》等标准。该设备采用最先进的信息技术(SMA4.21系统)工具进行设计、生产,符合型式试验的各项要求,进线柜采用具有四遥功能的断路器,馈线柜采用功能强大的智能控制器;设有专门的通讯电缆通道和DP通信接口;智能型低压开关柜通过采用模块化设计,组装结构,技术参数高,具有智能的功能,符合国家对供电系统智能化的要求。
2智能型低压开关柜的组成
2.1 智能型低压开关柜的基本要求
是一种集组装式结构、低压配电、远程抄表、负荷监测控制管理系统、低压配电监测监控制故障报警系统于一体的低压配电成套装置,其利用无线通讯网络光纤网络及其他通讯网络与计算机互联建立通讯链路,实现远程监测配电设备的状态、在线监测控制故障报警等主要功能。具有以下一系列突出优点:
①配备远程抄表、负荷监测控制系统;
②配备具有漏电报警/试送电、断相/偏相报警、断零线报警、保险丝熔断、盗窃报警、远程送电等功能的自动故障报警系统。
2.2 传统的低压配电控制方式
主要是通过断路器、接触器、热继电器、熔断器、控制继电器、各种主要电器、互感器及各种电工仪表(电流表、电压表、功率表、电能表等)组合成的低压开关控制柜来实现配电、控制、保护、监视等功能。这种传统的开关柜需要配有多种模拟指针仪表及继电器;给生产、储存、维修带来极大不便,并且以人工直接操作为主,无法实现计算机智能管理,对于较为复杂的控制逻辑实现起来比较困难。
2.3 智能型开关柜对仪表等元件的要求
智能型开关柜是在现有的以模拟仪表、继电器为监测、控制设备的普通开关柜基础上,与新型的智能仪表(网络电力仪表、智能配电监控/保护模块等、网络I/O)进行配合,通过其网络通讯接口与中央控制室的计算机系统联网,从而可以实现对各供配电回路的电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数、频率、电度量等电参数进行监测以及对断路器的分合状态、故障信息进行监视,对断路器的分合状态进行控制,配合各种完善的远程监控软件,从而实现“四遥”:
①遥测:通过计算机实时对系统进行电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数、频率等进行不断的采集、分析、处理、记录,显示曲线、棒图,自动生成报表。
②遥信:可以实时对开关的运行状态、保护动作等开关量进行监视,计算机实时显示和自动报警,并对各柜内开关的状态、事故跳闸、过流、速断、温度等动作进行实时记录、打印。
③遥控:通过计算机屏幕选择相应的站号、开关号、合/分闸等信息,并在屏幕上将要选择的开关的状态反馈回来,确认后执行,实时记录操作的时间、类型和开关号等。
④遥调:用于设定各种智能模块的运行参数,既计算机根据屏幕操作指令或计算机根据对系统分析判断结果,对智能模块的设定值和故障保护值进行远程整定。智能配电系统就是各种智能型开关柜与计算机监控系统的组合应用,一般由若干面通过通信网络联接的智能型或非智能型低压开关柜组成。其配置可根据具体工程的需要,既可配置成全智能型器件及监控装置的开关柜,又可配置成全部使用传统电器元件及监控装置的开关柜,同时也能混合配置。
2.4 低压开关柜的监测功能技术要求
低压开关柜监测量采取经CT或380V直接采样经计算获得。
2.4.1 对于380V电源进线断路器和380V分段断路器的监测量:
①地监测量:三相电流,开关柜内应配置相应的A、B、C相外附电流互感器。对于380V电源进线断路器配电柜,还需监测380V(I)段和(II)段母线电压。表计采用数字式仪表,精确度不低于0.5级(四位半)。
②遥测量:对于380V电源进线断路器开关柜,需遥测三相电流,有功功率,无功功率,380V(I)段或(II)段母线电压、电压不平衡度及电流/电压的谐波分量(THD);对380V分段断路器柜,遥测三相电流。其三相电流由外附三相CT(或脱扣器内三相CT)提供,母线电压由380V直接提取。投标商应选择相应的测量模块实现以上遥测量的监测,投标时应提供测量模块的型式和技术规范。测量模块在引进母线电压时,应设有三相熔断器保护。
2.4.2 对于其他馈线断路器柜(包括电容器柜和路灯馈线柜),均遥测三相电流,功率因数,有功电能;其三相电流由外附三相CT(或脱扣器内三相CT)提供。就地不再监测电量。电容器柜就地综合测量仪表均采用数字式仪表,精确度不低于0.5(四位半),包括三相电流、三相电压、有功功率、无功功率和功率因数。
2.4.3 凡遥测量均通过RS485串行口以总线方式通讯至本站微机监控系统集成柜。
2.4.4 电度计量:在路灯馈线供电回路,应根据路灯供电的具体接线,配置三相四线有功电度表,并在开关柜上直接抄表,电度表不再送至微机监控系统。
2.4.5 低压开关柜的监信功能技术要求
低压开关柜上均应设有红、绿灯,以指示断路器的跳、合闸位置信号,并有以下遥测量通过RS485串行口以总线方式通讯至本站微机监控系统集成柜。
2.4.6 对于380V电源进线断路器和380V分段断路器,其遥信量有:
①断路器合闸位置信号;
②断路器跳闸位置信号;
③断路器就地/远方控制切换开关“远方位”信号;
④断路器控制电源消失及控制回路断线信号;
⑤断路器脱扣器跳闸事故总信号(包括脱扣器因何原因而脱扣,如因短路短延时保护、短路长延时保护、短路瞬动保护动作等而脱扣,脱扣器微处理器故障等);
⑥备用电源自动投入装置动作信号。
2.4.7 对于380V电容器柜(由塑壳断路器和接触器构成),其遥信量有:
①电容器组投切的组数信号,即接触器合、断的位置信号;
②接触器控制电源消失及控制回路断线信号;
③断路器合闸位置信号;
④断路器跳闸报警信号(为此,断路器应装设报警辅助接点);
⑤脱扣器微处理器故障信号。
2.4.8 对于路灯馈线回路(由塑壳断路器和接触器构成),其遥信量有:
①路灯投切信号,即接触器合、断的位置信号;
②接触器控制电源消失及控制回路断线信号;
③断路器合闸位置信号;
④断路器跳闸报警信号(为此,断路器应装设报警辅助接点);
⑤脱扣器微处理器故障信号。
2.4.9 对于其他380V馈线回路,其遥信量有:
①断路器合闸位置信号;
②断路器跳闸报警信号(为此,断路器应装设报警辅助接点);
③对于装设接地故障保护的断路器,应设有接地故障保护动作信号(信号引出方式可根据接地故障保护的方案来确定);
④脱扣器微处理器故障信号。
2.4.10 低压开关柜的通讯功能技术要求:
根据断路器的遥控、遥测、遥信等功能技术要求,每台断路器应配备通讯模块,并以总线方式与本配电站的监控集成柜以RS485串行口接口方式通信,380V开关柜上的模块与监控集成柜间的通信规约应能满足MODBUS RTU规约。
3智能型低压开关柜的通讯实现
3.1 主要工控元器件
3.1.1 智能电力仪表,它一般用于0.4kV的进线回路。
3.1.2 智能电力仪表一般用于低压母联和低压馈电回路的遥测。
3.1.3 带通讯的智能控制器用于低压馈电回路的遥测、遥信和遥控。
3.1.4 电动机测控综保单元,用于Modbus总线和Profibus-DP总线。
3.1.5 主机用于建立逻辑控制和RS-485/Modbus信息交换。
3.1.6 控制系统用于构建通信管理中心。
3.2 智能型低压开关柜的控制及实现
一般低压开关柜采用继电器建立电气逻辑控制关系,它存在继电器较易损坏、触点抖动、线路复杂和数据发送困难等问题。利用PLC能够彻底地解决上述问题。解决的要点为:
①建立总线系统,解决“四遥”前端信号的采集、传递的通道问题;
②利用智能仪表采集各种电参量,各种数字信息通过通信总线传递给电力监控系统;
③系统中设置手动和自动操作模式,方便操作控制;
④ 控制程序对所采集各种电参量进行解读、分析和处理,除供自身使用外,还可将各种信息加上SOE时间标签后发送给上位系统;
⑤利用PLC可建立冗余的控制逻辑、总线体系和通信管理,提升了系统的智能化及可靠性。
3.3 三进线两母联智能型低压开关柜固件配置
3.3.1三进线两母联低压系统。各路进线回路和母联回路采用万能式断路器,进线回路、母联回路采用电力仪表。QF4等断路器的均采用可编程逻辑控制器控制。
3.3.2在每段母线中配套安装了多路塑料外壳式断路器馈电回路和1套电容补偿开关柜。馈电回路的采用信息采集装置,电容回路的测控仪表采用带通讯的补偿控制器。馈电回路监测开关和保护动作状态及单相输出电流,执行遥控分闸操作。
3.3.3系统中配置了发电机进线断路器。当任两路市电失压时起动发电机对系统供电;当两路以上市电恢复后则由市供电,同时关闭发电机。发电机的起停由备自投程序负责。
3.3.4 在开关柜的母联回路中安装了CCU及HMI等设备。上位电力监控系统需要采集开关柜中的所有信息,并通过以太网与CCU交换信息。开关柜内的总线采用RS-485/Modbus-RTU接口和规约。
3.4 系统控制电气逻辑说明
I段进线接线如图1所示。QF1的DI/DO信息接入远程单元中, KC和KO为合闸与分闸出口继电器。
PLC的工作电源由3套市电进线端经继电器互投构成的工作电源。建立工作电源的目的是防止因为某段进线出现失压而使PLC系统掉电。通信接口接入COM3/COM4环形通信总线,而远程功能扩展单元的通信接口则连接到总线。
3.5 现场通信网络
系统中配置了2套命名为1CCU和2CCU的1CCU的COM2 设置为RS-485/CS31总线接口,速率为187.5kb/s。COM2连接远程扩展单元,由此将6台断路器的自动操作互相关联起来。
常态下BZT将COM3设置为主用,而COM4设置为备用,故COM4处于高阻态,此时的环状总线实质为起始于COM3的链状总线;当BZT侦测到COM3发生通信故障后,立即将COM3设置为备用,同时将COM4设置为主用,这样,环状通信总线变为起始于COM4的链状总线;当通信回路的中间某处发生断路时,BZT还可将COM3和COM4同时设置为主用,形成两条分别起始于COM3 和COM4的链状总线与子站交换信息。电力监控系统在以太网上用Modbus-TCP从PM5812ETH中获取数据定义表。
4结语
智能型开关柜革命性地改变了传统开关柜的概念;具有多功能、数字化、网络化、智能化、结构紧凑、易于维护等特点,它可以满足电力工业未来的需求,具有预防事故发生、强化企业内部能源考核、减少设备维护和检修时间、实现数据资源共享等诸多优点,为企事业单位的现代化管理提供了坚实、可靠的基础,“一次投资,终身受益”,真正保证用户的投资利益不受损害。智能型低压开关柜的发展将保障电力系统更安全、更可靠。