宋兵兵
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801
摘 要：本文基于電力電子技術與工業智能控制技術的發展，根據目前電力系統供電需求，詳細介紹智能低壓系統開關柜的結構特點以及由智能可編程邏輯控制器、智能器件（電動機保護器、智能 I/O、變頻器、軟起動器等）、觸摸屏等組成的網絡監控系統。
關鍵詞：智能低壓系統；網絡通信；可編程邏輯控制器系統；智能監控
0 引言
隨著人們的生活水平不斷提升，對電力系統供電質量的要求越來越高。為提升用戶體驗滿意度，確保供電系統的連續性、穩定性以及高可靠性，低壓配電設備逐漸由傳統型向集成化、智能化轉變。2016 年，《電力發展“十三五”規劃》文件發布，國家明確提出建設智能電網，促進智能互聯，提升電力系統的智能化水平。經過近幾年的發展，越來越多的智能化電力設備投運到供電系統中，低壓配電系統的智能控制技術得到較快的發展。
1 智能低壓系統開關設備的特點
1）開關柜的構成
智能開關柜顛覆傳統開關柜設備配置方式，以智能儀表、智能斷路器、智能馬達保護器、軟起動器及可編程邏輯控制器（programmable logic controller,PLC）等智能器件組成的配電系統代替傳統以主令器件（普通指針儀表、斷路器、繼電器、接觸器、熔斷器、熱繼電器）組成的配電系統。
2）開關柜的操作和控制方式
傳統的開關柜僅適合現場人為操作，全部由主令電器元件組成的傳統配電系統往往很復雜，使用的元器件多，布線復雜，日常操作、維修非常不方便；而智能開關柜由智能器件與斷路器、繼電器、PLC 等組成配電系統，系統內元器件少，智能元器件之間通過通信網絡連接，布線簡單，不僅能夠就地操作，還能遠程監控，如果裝上通用分組無線服務（general packet radio service, GPRS）裝置，利用移動手機客戶端，用戶可以隨時隨地查看系統內
各個元器件的實時運行狀態。
3）系統的智能電容補償
利用智能配電系統配置智能電容補償控制柜，智能電容器與智能電容控制器組成完整的電容補償智能系統，可實時調節供電質量，為供電系統提供穩定的電能。
4）人機界面與通信管理
智能配電系統單獨設置一臺控制柜，控制柜內安裝通信管理機與人機界面，人機界面與通信管理機相連，實時顯示系統內部各設備運行狀態。通信管理機下連整個供電系統上所有設備，上連集中控制室管理機，通過通信管理機可實現電力系統四遙功能。
2 智能低壓控制系統在智能配電領域的運用
2.1 智能監控系統的構成
實現低壓配電網的智能化，智能控制系統不可或缺。日前，國家電網公司發布消息，對建設泛在電力物聯網作出部署安排，智能控制系統的重要地位將更加突顯。
智能低壓控制系統主要是將整個配電系統所有智能設備通過網絡通信方式整合在一起，通過 PLC、通信管理機或者上位系統進行設備狀態監視與控制。智能低壓控制系統主要包括主監控系統、PLC監控系統、不間斷電源（uninterruptible power supply,UPS）供電系統以及人機界面等幾大系統單元。智能監控系統的構成如圖 1 所示。
2.2 主監控系統
一般為樓宇自動化系統（building automationsystem, BAS ） 或 者 數 據 采 集 與 監 視 控 制 系 統（supervisory control and data acquisition, SCADA），采取以太網或者 RS 485 通信，主監控系統通常安裝于距離設備房較遠的集中控制室內。遠距離信號傳
輸時，智能控制系統在設備房通信端與集中控制室通信端分別安裝一組光電轉換器，使用多模光纖傳輸信號，借助光纖傳輸信號速度快、可靠性高及抗干擾能力強等優點，減少線路干擾及信號反射對信號傳輸的影響，從而使智能通信系統信號傳輸更穩定可靠。
2.3 PLC 監控系統
在智能配電系統內，PLC 作為配電系統主要的監控裝置，通常要求安裝于配電室內的控制柜內，控制柜與其他配電柜安置在同一個配電室內。PLC對配電室內所有的設備進行監控，主要包括完成備自投功能、通過采集各儀表或傳感器的電流、電壓、頻率及功率因數等數據掌握設備運行和供電狀況、與人機界面配合處理并顯示系統各設備的狀態等。
2.4 UPS 供電系統
對于一個完整的通信系統，一套持續、穩定的供電系統是保證通信系統正常工作的前提。智能配電系統通過配備 UPS裝置來保證通信系統的正常用電，正常情況下，UPS 系統通過市電為通信系統供電，并給電池充電；當市電停電后，UPS 系統使用電池電通過主機逆變后為通信系統供電，保證通信系統正常運轉。
為了提高供電系統的可靠性，UPS 裝置通過本身通信端口連接至 PLC 系統，PLC 對其進行數據采集，并將數據上傳至主監控系統，主監控可以實時監控 UPS 系統的運行狀態，通過報警或警告信息可以提前了解 UPS 系統故障狀況，在故障發生之前解決故障隱患，保證系統長時間無故障運行。
2.5 人機界面
為了方便用戶體驗，智能配電系統人機交互界面通常選用面板安裝式觸摸屏裝置，安裝在配電室控制柜面板上。觸摸屏通過數據通信線與 PLC連接，觸摸屏將 PLC采集到的信號或者經過處理的信息完整地顯示在界面上，可以非常方便地看到整個配電系統的運行狀態。
觸摸屏支持智能配電系統的四遙功能，用戶通過觸摸屏可以查看各斷路器的位置信號，配置整個配電系統內各個智能元器件的參數，遙控備自投系統的投入與退出，同時通過觸摸屏可以查看各回路的運行電流電壓等信息。
為了防止非操作人員誤操作，觸摸屏配置有密碼保護功能。用戶想要進入觸摸屏操作界面，首先需要輸入正確的密碼口令后才能進入操作系統進行下一步操作；觸摸屏在無動作 5min 之后，會自動鎖屏，實現系統安全保護。
2.6 智能設備
智能設備是智能控制系統主要的組成部分，智能配電系統主要的智能設備除了 PLC、觸摸屏、UPS外還有具有通信功能的智能儀表、智能監控設備、智能顯示設備等；而配電系統應用的智能設備是智能儀表。
目前使用的智能儀表多是數顯式儀表，儀表不僅能夠顯示電流值、電壓值，還能夠顯示無功功率、有功功率、有功電度、無功電度、功率因數及電網頻率等信息。智能儀表帶有不同回路數的開關量輸入與繼電器輸出模塊，利用儀表的開關量輸入模塊，可以將斷路器的合分閘信號及故障信號接入儀表；將儀表的繼電器輸出模塊串入斷路器合分閘回路，可以實現對斷路器合分閘的遙控操作。
智能儀表帶有一路或者多路通信端口，通過通信口與 PLC 系統連接，PLC 可以遠程讀取儀表內電流值、電壓值、無功功率、有功功率、有功電度、無功電度、功率因數、電網頻率以及接入儀表開關量輸入模塊的斷路器運行狀態等相關參數信息；同時 PLC也可通過通信網絡控制儀表繼電器輸出的閉合與斷開來控制斷路器的合分閘。
3.安科瑞智能電動機保護器介紹
3.1產品介紹
智能電動機保護器(以下簡稱保護器)，采用單片機技術，具有抗干擾能力強、工作穩定可靠、數字化、智能化、網絡化等特點。保護器能對電動機運行過程中出現的過載、斷相、不平衡、欠載、接地/漏電、堵轉、阻塞、外部故障等多種情況進行保護，并設有SOE故障事件記錄功能，方便現場維護人員查找故障原因。適用于煤礦、石化、冶煉、電力、以及民用建筑等領域。本保護器具有RS485遠程通訊接口，DC4-20mA模擬量輸出，方便與PLC、PC等控制機組成網絡系統。實現電動機運行的遠程監控。
3.2技術參數
3.2.1數字式電動機保護器
3.2.2模塊式電動機保護器
3.3 產品選型
說明：“√”表示具備，“■”表示可選。
4.結束語
隨著國家“互聯網+”智能電網計劃的推進，建設智能、安全的電力系統將是未來一定時期電網建設的重要任務。而泛在電力聯網概念的提出，勢必會推動智能控制系統新技術的發展。隨著智能配電系統不斷地更新完善，必將推動智能配電技術向更高層次發展。隨著智能電網的發展，微電子技術不斷更新，新的智能配電設備也將會不斷地被研發并運用于各配電領域。
參考文獻
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[2]王曉明. 基于智能技術的供配電系統研究[J]. 科技與生活, 2012(15): 104-105.
[3]楊孟超，王 鵬，盧慧強．淺談智能低壓控制系統
[4] 安科瑞企業微電網設計與應用手冊.2020.06版
作者簡介：
宋兵兵，男，本科，安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向為絕緣監測及剩余電流監測， QQ：3007723194 手機：13482141563（微信同號）
