1、低成本低压智能配电设计方案张婷上海安科瑞电气股份有限公司 上海 嘉定 2018011 概述随着对生命、财产安全及电器节能管理考核的日趋重视,低压配电需要智能监控的应用场合越来越广泛。目前采用多功能电力监控仪表,对低压配电回路电流、电能进行遥测,对断路器的合闸、脱扣状态进行遥信和记录,并利用上位机软件通过仪表对断路器进行控制。虽然该方案能满足低压智能配电的要求,但每一馈线均需一台监控仪表,成本高、投资大,用户难以承受。本方案介绍了一种基于 ARTU 四遥单元,实现对终端配电线路进行遥测、遥信、遥控、遥脉的智能配电方案。该方案具有成本低、投资少、安装接线简便等优点,有利于低压智能配电的进一步推广和
2、应用。2 ARTU 四遥单元产品特点 ARTU 四遥单元包括遥测单元、遥脉单元、遥信单元、遥控单元四个规格,见图 1。采用 DIN35mm 导轨安装。前端带通信指示和信号运行通道指示 2 组信号灯,通信有两路 RS485 接口,一路用于通用参数的设置及调试,另一路用于读取和设置“四遥”值。产品顶端设有拨码开关窗口,可通过拨码开关设置产品通讯地址和波特率。辅助电源有 24Vdc 或 220Vac/dc 两种供选择,整机功耗小于 5W,防护等级达 IP20。产品符合 JB/T10388-2002带总线通信功能的智能测控节点产品通用技术条件 、GB/T7261-2000继电器及装置基本试验方法和GB
3、/T13729-2002远动终端设备标准。3 四遥单元功能及应用主要适用于低压配电终端电流、电能采集,开关量采集及自动控制。3.1 ARTU-M32 遥测单元3.1.1 产品功能ARTU-M32 能同时采信 32 路交流或直流模拟信号,如 0-20mA ac、0-5V dc、4-20mA dc 等模拟量,经AC/DC 转换,与上位机通讯 RS485 总线连接进行数据交换。32 路双色指示灯用于指示每路输入信号的当前状态,绿灯表示正常状态,红灯表示紧急状态,黄色表示警示状态。遥测刷新速度小于 1s,精度达0.5。3.1.2 产品应用以检测 16 路馈线的工作电流为例,一次方案见图 2(a) ,电
4、流互感器采用 AKH-0.66S 低压双绕组互感器,用于电流采集,一次侧额定电流 5A-6300A,二次输出有 2 个绕组,一组输出 0-5A(或 1A) ,给图 1 ARTU 四遥单元99T1、6L 等指针表作当地显示电流值,另一组输出交流 0-20mA,给 ARTU-M32 单元远传遥测,见图 2(b) ,电流测量回路通过指针表显示各馈线回路相应的电流值,遥测回路利用通讯端口远程集中显示各回路电流值。图 2 ARTU-M32 遥测应用图3.2 ARTU-P32 遥脉单元3.2.1 产品功能ARTU-P32 遥脉单元采集 32 路电能脉冲信号,通过 RS485 总线与上位机连接进行数据交换,
5、具有计数值掉电保护功能。脉冲宽度大于 10ms,最大累积脉冲数 4294967296 个。上位机采集得到的电能脉冲数除以该回路电能表的脉冲常数(imp/kWh) ,就为该回路的电能数据。该遥脉单元还有 GPS 校时功能。3.2.2 产品应用以计量 32 个馈线电能为例,电能表采用 DTM862-2 型,一次方案见图 3(a),电能脉冲采集二次见图3(b)。使用传统的机械式电能表附带脉冲接口,利用智能化的脉冲接收装置实现远程集中式抄表功能。图 3 ARTU-P32 采集电能应用图3.3 ARTU-K32 遥信单元3.3.1 产品功能ARTU-K32 可接受 32 路有源或无源接点,把开关量信号转
6、换为数字信号,经通讯实现和上位机监控系统的数据交换,32 个通道扫描一周所需时间为 1ms,可记录 2000 组事件容量,带 GPS 校时功能。3.3.2 产品应用1 台 ARTU-K32 可以监控 8 条马达回路或 16 路照明回路的工作状态。以监测马达回路为例,一次方案见图 4(a),由配辅助、故障触点的 NS 断路器、LC 1交流接触器、LR 2热继电器和 AKH-0.66P 保护型互感器组成。每条马达回路监测 4 组节点,即断路器合闸、故障触点,电机运行(接触器)状态触点,电机热过载(热继电器)触点,1 台 ARTU-K32 监测 8 条马达回路。见图 4(b) ,通过现场启停按钮控制
7、马达的运行与停车,现场红、绿指示灯同步显示马达的工作状态,遥信单元则可通过监测各元件触点的动作值远程显示马达的工作状态。图 4 ARTU-K32 开关量采集 应用图3.4 ARTU-J16 遥控装置功能及应用3.4.1 产品功能ARTU-J16 通过 RS485 总线与上位机相连,作为远程继电器输出模块,用于接收计算机指令,执行系统的遥控操作或自动控制,继电器输出共 16 路,继电器触点容量 5A/250VAC 或 5A/30VDC,遥控准确率100%,可记录 1600 组事件顺序记录,带 GPS 校时功能。3.4.2 产品应用以 1 台 ARTU-J16 控制 8 路低压馈线为例,CM1 断
8、路器配电动机操作机构,一次方案见图 5(a) ,控制方式见图 5(b)。启停按钮现场手动控制各回路断路器的合、分闸,遥控单元通过通讯接口集中控制 8路断路器的工作状态,实现断路器就地与远程两地控制的工作模式。图 5 ARTU-J16 遥控应用图4 应用实例以某工程为例,需监控 32 条低压馈线并组网,其中 16 路为照明回路、16 路为马达回路,每条馈线均需测量三相电流、电能,并进行故障记录、防误跳。每条馈线的 A 相、C 相电流采用 AKH-0.66S 双绕组互感器采集,32 条馈线用 2 台 ARTU-M32 遥测单元测量并远程,B 相电流默认为 A 相与 C 相的平均值;每条馈线的电能计
9、量采用 DTM862-2 电度表,用 1 台 ARTU-P32 采集电能脉冲信号,并将数据上传,实现电能无人抄表。用 1 台 ARTU-K32 监测 16 路照明回路开关状态,2 台 ARTU-K32 监测 16 路马达回路工作状况,并实现事件记录。用 4 台 ARTU-J16 控制 32 条馈线的断路器防误跳,1 台 ARTU-J16 控制 16 条马达回路的接触器,控制马达运行状态。当多个 ARTU 组网使用时,最后一个的 RS485 的 A 和 B 端子上应并接入一个终端匹配电阻 R,以保证通讯阻抗匹配,终端匹配电阻一般在 120-10k 之间,布线不同终端匹配电阻可能会不同。正确接入R
10、S485 总线,并连接至上位机。上位机根据模块的站号和波特率,按规约格式下发命令。此时模块的通信指示灯闪烁,表明模块已收到上位机命令并应答,即通讯已经建立,见图 6。采用该方案的硬件成本如下:64 只 AKH-0.66S 双绕组电流互感器,约增加成本 10560 元,2 台 ARTU-M32 遥测单元,成本 7200 元,1 台 ARTU-P32 遥脉单元成本为 3500 元,3 台 ARTU-K32 遥信单元,成本10500 元,5 台 ARTU-J16 遥控单元成本 19500 元。32 块 DTM862-2 成本为 8000 元。如果使用智能化的网络仪表来实现以上功能,需要选用 ACR2
11、10E(测量三相电流及有功电能,带通讯接口)配 2DI/2DO(2 路遥信 2 路遥控)的方案,马达回路由于需要监测的参数较多,需要配 4DI/4DO(4 路遥信 4 路遥控)的开关量模块,32 只此款仪表成本 85760 元,相比第一种方案增加成本 44.7%。60 6162 60 6162 60 6162485A1 G1 485B1 485A1 G1 485B1 485A1 G1 485B1R1# ARTU 2# ARTU 32# ARTU485A485B485GND上位机图(6)5 报价方案单位:元(RMB)型号 功能 价格遥信单元 ARTU-K32 32 路开关量采集,RS485/Mo
12、dbus 协议,SOE 事件记录 3200遥控单元 ARTU-J16 RS485 通讯输入,16 路继电器输出,SOE 事件记录 3200遥脉单元 ARTU-P32 32 路脉冲采集,RS485/Modbus 协议 3200遥测单元 ARTU-M32AC、DC0-20mA(4-20 mA)或 AC、DC0-5V,32 路模拟信号采集,RS485/Modbus 协议3800双绕组电流互感器 AKH-0.66/S S-30IS-200II 2211323保护型电流互感器 AKH-0.66/P P-40IP-130III 961879注:ARTU 四遥单元装置及电流互感器可按上述报价的 70%优惠供应。6 结论国家继电保护及自动化设备质量监督检验中心对 ARTU 四遥单元产品性能指标、电磁兼容、通讯规约进行测试检验,符合相关要求。该产品已在青海油田供水供电公司、苏州税务大厦、内蒙古镶黄旗林煤矿等工程配电监控系统中得到应用,降低了投资成本,产生了较好的社会和经济效益。作者简介:1、张婷,研究方向为低压智能配电系统 Tel:021-69158318 Fax:69158330 Email:ACREL002VIP.163.COM