基于ARTU四遙單元的低成本低壓智能配電解決方案

1 概述

隨著對(duì)生命、財(cái)產(chǎn)安全及電器節(jié)能管理考核的日趨重視，低壓配電需要智能監(jiān)控的應(yīng)用場(chǎng)合越來(lái)越廣泛。目前采用多功能電力監(jiān)控儀表，對(duì)低壓配電回路電流、電能進(jìn)行遙測(cè)，對(duì)斷路器的合閘、脫扣狀態(tài)進(jìn)行遙信和記錄，并利用上位機(jī)軟件通過(guò)儀表對(duì)斷路器進(jìn)行控制。雖然該方案能滿足低壓智能配電的要求，但每一饋線均需一臺(tái)監(jiān)控儀表，成本高、投資大，用戶難以承受。

本方案介紹了一種基于ARTU四遙單元，實(shí)現(xiàn)對(duì)終端配電線路進(jìn)行遙測(cè)、遙信、遙控、遙脈的智能配電方案。該方案具有成本低、投資少、安裝接線簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)，有利于低壓智能配電的進(jìn)一步推廣和應(yīng)用。

2 ARTU四遙單元產(chǎn)品特點(diǎn)

ARTU四遙單元包括遙測(cè)單元、遙脈單元、遙信單元、遙控單元四個(gè)規(guī)格,見圖1。采用DIN35mm導(dǎo)軌安裝。前端帶通信指示和信號(hào)運(yùn)行通道指示2組信號(hào)燈，通信有兩路RS485接口，一路用于通用參數(shù)的設(shè)置及調(diào)試，另一路用于讀取和設(shè)置“四遙”值。產(chǎn)品頂端設(shè)有撥碼開關(guān)窗口，可通過(guò)撥碼開關(guān)設(shè)置產(chǎn)品通訊地址和波特率。輔助電源有24Vdc或220Vac/dc兩種供選擇，整機(jī)功耗小于5W，防護(hù)等級(jí)達(dá)IP20。產(chǎn)品符合JB/T10388-2002 《帶總線通信功能的智能測(cè)控節(jié)點(diǎn)產(chǎn)品通用技術(shù)條件》、GB/T7261-2000《繼電器及裝置基本試驗(yàn)方法》和GB/T13729-2002《遠(yuǎn)動(dòng)終端設(shè)備》標(biāo)準(zhǔn)。

圖1　ARTU四遙單元

3 四遙單元功能及應(yīng)用

主要適用于低壓配電終端電流、電能采集，開關(guān)量采集及自動(dòng)控制。

3.1 ARTU-M32遙測(cè)單元

3.1.1 產(chǎn)品功能

ARTU-M32能同時(shí)采信32路交流或直流模擬信號(hào)，如0-20mA ac、0-5V dc、4-20mA dc等模擬量，經(jīng)AC/DC轉(zhuǎn)換，與上位機(jī)通訊RS485總線連接進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。32路雙色指示燈用于指示每路輸入信號(hào)的當(dāng)前狀態(tài)，綠燈表示正常狀態(tài)，紅燈表示緊急狀態(tài)，黃色表示警示狀態(tài)。遙測(cè)刷新速度小于1s，精度達(dá)0.5。

3.1.2 產(chǎn)品應(yīng)用

以檢測(cè)16路饋線的工作電流為例，一次方案見圖2（a），電流互感器采用AKH-0.66S低壓雙繞組互感器，用于電流采集，一次側(cè)額定電流5A- 6300A，二次輸出有2個(gè)繞組，一組輸出0-5A（或1A），給99T1、6L等指針表作當(dāng)?shù)仫@示電流值，另一組輸出交流0-20mA，給ARTU- M32單元遠(yuǎn)傳遙測(cè)，見圖2（b），電流測(cè)量回路通過(guò)指針表顯示各饋線回路相應(yīng)的電流值，遙測(cè)回路利用通訊端口遠(yuǎn)程集中顯示各回路電流值。

圖2　ARTU-M32遙測(cè)應(yīng)用圖

3.2 ARTU-P32遙脈單元

3.2.1 產(chǎn)品功能

ARTU-P32遙脈單元采集32路電能脈沖信號(hào)，通過(guò)RS485總線與上位機(jī)連接進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，具有計(jì)數(shù)值掉電保護(hù)功能。脈沖寬度大于10ms，最大累積脈沖數(shù)4294967296個(gè)。上位機(jī)采集得到的電能脈沖數(shù)除以該回路電能表的脈沖常數(shù)（imp/kWh），就為該回路的電能數(shù)據(jù)。該遙脈單元還有 GPS校時(shí)功能。

3.2.2 產(chǎn)品應(yīng)用

以計(jì)量32個(gè)饋線電能為例，電能表采用DTM862-2型，一次方案見圖3(a)，電能脈沖采集二次見圖3(b)。使用傳統(tǒng)的機(jī)械式電能表附帶脈沖接口，利用智能化的脈沖接收裝置實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程集中式抄表功能。

圖3　ARTU-P32采集電能應(yīng)用圖

3.3 ARTU-K32遙信單元

3.3.1 產(chǎn)品功能

ARTU-K32可接受32路有源或無(wú)源接點(diǎn)，把開關(guān)量信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，經(jīng)通訊實(shí)現(xiàn)和上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換，32個(gè)通道掃描一周所需時(shí)間為1ms，可記錄2000組事件容量，帶GPS校時(shí)功能。

3.3.2 產(chǎn)品應(yīng)用

1臺(tái)ARTU-K32可以監(jiān)控8條馬達(dá)回路或16路照明回路的工作狀態(tài)。以監(jiān)測(cè)馬達(dá)回路為例，一次方案見圖4(a)，由配輔助、故障觸點(diǎn)的NS斷路器、LC1交流接觸器、LR2熱繼電器和AKH-0.66P保護(hù)型互感器組成。每條馬達(dá)回路監(jiān)測(cè)4組節(jié)點(diǎn)，即斷路器合閘、故障觸點(diǎn)，電機(jī)運(yùn)行（接觸器）狀態(tài)觸點(diǎn)，電機(jī)熱過(guò)載（熱繼電器）觸點(diǎn)，1臺(tái)ARTU-K32監(jiān)測(cè)8條馬達(dá)回路。見圖4（b），通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)啟停按鈕控制馬達(dá)的運(yùn)行與停車，現(xiàn)場(chǎng)紅、綠指示燈同步顯示馬達(dá)的工作狀態(tài)，遙信單元?jiǎng)t可通過(guò)監(jiān)測(cè)各元件觸點(diǎn)的動(dòng)作值遠(yuǎn)程顯示馬達(dá)的工作狀態(tài)。

圖4　ARTU-K32開關(guān)量采集應(yīng)用圖

3.4 ARTU-J16遙控裝置功能及應(yīng)用

3.4.1 產(chǎn)品功能

ARTU-J16通過(guò)RS485總線與上位機(jī)相連，作為遠(yuǎn)程繼電器輸出模塊，用于接收計(jì)算機(jī)指令，執(zhí)行系統(tǒng)的遙控操作或自動(dòng)控制，繼電器輸出共16 路，繼電器觸點(diǎn)容量5A/250VAC或5A/30VDC，遙控準(zhǔn)確率100%，可記錄1600組事件順序記錄，帶GPS校時(shí)功能。

3.4.2 產(chǎn)品應(yīng)用

以1臺(tái)ARTU-J16控制8路低壓饋線為例，CM1斷路器配電動(dòng)機(jī)操作機(jī)構(gòu)，一次方案見圖5（a），控制方式見圖5(b)。啟停按鈕現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)控制各回路斷路器的合、分閘，遙控單元通過(guò)通訊接口集中控制8路斷路器的工作狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)斷路器就地與遠(yuǎn)程兩地控制的工作模式。

圖5　ARTU-J16遙控應(yīng)用圖

4 應(yīng)用實(shí)例

以某工程為例，需監(jiān)控32條低壓饋線并組網(wǎng)，其中16路為照明回路、16路為馬達(dá)回路，每條饋線均需測(cè)量三相電流、電能，并進(jìn)行故障記錄、防誤跳。每條饋線的A相、C相電流采用AKH-0.66S雙繞組互感器采集，32條饋線用2臺(tái)ARTU-M32遙測(cè)單元測(cè)量并遠(yuǎn)程，B相電流默認(rèn)為A相與C相的平均值；每條饋線的電能計(jì)量采用DTM862-2電度表，用1臺(tái)ARTU-P32采集電能脈沖信號(hào)，并將數(shù)據(jù)上傳，實(shí)現(xiàn)電能無(wú)人抄表。用1臺(tái)ARTU-K32 監(jiān)測(cè)16路照明回路開關(guān)狀態(tài)，2臺(tái)ARTU-K32監(jiān)測(cè)16路馬達(dá)回路工作狀況，并實(shí)現(xiàn)事件記錄。用4臺(tái)ARTU-J16控制32條饋線的斷路器防誤跳，1臺(tái)ARTU-J16控制16條馬達(dá)回路的接觸器，控制馬達(dá)運(yùn)行狀態(tài)。

當(dāng)多個(gè)ARTU組網(wǎng)使用時(shí)，最后一個(gè)的RS485的A和B端子上應(yīng)并接入一個(gè)終端匹配電阻R，以保證通訊阻抗匹配，終端匹配電阻一般在120Ω- 10kΩ之間，布線不同終端匹配電阻可能會(huì)不同。正確接入RS485總線，并連接至上位機(jī)。上位機(jī)根據(jù)模塊的站號(hào)和波特率，按規(guī)約格式下發(fā)命令。此時(shí)模塊的通信指示燈閃爍，表明模塊已收到上位機(jī)命令并應(yīng)答，即通訊已經(jīng)建立，見圖6。

圖6

采用該方案的硬件成本如下：64只AKH-0.66S雙繞組電流互感器，約增加成本10560元，2臺(tái)ARTU- M32遙測(cè)單元，成本7200元，1臺(tái)ARTU-P32遙脈單元成本為3500元，3臺(tái)ARTU-K32遙信單元，成本10500元，5臺(tái)ARTU- J16遙控單元成本19500元。32塊DTM862-2成本為8000元。如果使用智能化的網(wǎng)絡(luò)儀表來(lái)實(shí)現(xiàn)以上功能，需要選用ACR210E（測(cè)量三相電流及有功電能，帶通訊接口）配2DI/2DO（2路遙信2路遙控）的方案，馬達(dá)回路由于需要監(jiān)測(cè)的參數(shù)較多，需要配4DI/4DO（4路遙信4路遙控）的開關(guān)量模塊，32只此款儀表成本85760元，相比第一種方案增加成本44.7%。

5 　結(jié)論

國(guó)家繼電保護(hù)及自動(dòng)化設(shè)備質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心對(duì)ARTU四遙單元產(chǎn)品性能指標(biāo)、電磁兼容、通訊規(guī)約進(jìn)行測(cè)試檢驗(yàn)，符合相關(guān)要求。該產(chǎn)品已在青海油田供水供電公司、蘇州稅務(wù)大廈、內(nèi)蒙古鑲黃旗林煤礦等工程配電監(jiān)控系統(tǒng)中得到應(yīng)用，降低了投資成本，產(chǎn)生了較好的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。