智能配电柜中电力监控系统的设计及应用

安科瑞 胡烨

江苏安科瑞电器制造有限公司 江苏江阴 214405

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。

关键词：人机界面；智能仪表；电力监控；智能配电柜

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undefined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，报表存储时间最短为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、