工廠用電監(jiān)控系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

　　工廠用電監(jiān)控系統(tǒng)作為工控自動(dòng)化的一部分，提高工廠用電的智能化和保證用電的可靠性，已越來越受到工廠管理高層的重視。本文通過介紹一種高性價(jià)比的工廠用電監(jiān)控方案，為工廠的管理層提供一個(gè)有效的參考。

　　1 前言

　　工廠用電監(jiān)控實(shí)質(zhì)是SCADA系統(tǒng)（數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)），主要由監(jiān)控中心計(jì)算機(jī)主站系統(tǒng)、通訊通道和現(xiàn)場(chǎng)的各種遠(yuǎn)程終端單元構(gòu)成（即RTU，英文名稱Remote Terminal Unit），對(duì)工廠的重要電器和供電回路的進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)、控制以及保護(hù)，即完成遙信、遙測(cè)、遙控、遙調(diào)“四遙”功能及保護(hù)在內(nèi)的綜合自動(dòng)化，通過與工廠MIS系統(tǒng)聯(lián)接，提高工廠管理的自動(dòng)化水平。

　　工廠用電監(jiān)控的包括：

　?。?） 工廠自備變電站的高壓進(jìn)線的三相電壓、三相電流、有功功率、無(wú)功功率、頻率、功率因數(shù)、積分電度等電參量的測(cè)量，斷路器位置判別，斷路器的遙控。

　?。?） 工廠自備變電站的變壓器的溫度和瓦斯信號(hào)的判別。

　?。?） 工廠自備變電站的低壓出線的三相電壓、三相電流、有功功率、無(wú)功功率、頻率、功率因數(shù)、積分電度、線路諧波等電參量測(cè)量，斷路器位置判別，斷路器的遙控。

　　（4） 高壓電動(dòng)機(jī)的三相電壓、三相電流、有功功率、無(wú)功功率、頻率、功率因數(shù)、積分電度等電參量測(cè)量，過電流保護(hù)、不平衡（負(fù)序過流）保護(hù)、接地（零序過流）保護(hù)、啟動(dòng)時(shí)間過長(zhǎng)保護(hù)、堵轉(zhuǎn)保護(hù)、反時(shí)限過負(fù)荷（熱過載）保護(hù)、欠電壓保護(hù)、過電壓保護(hù)、溫度保護(hù)、電動(dòng)機(jī)熱模型保護(hù)、故障范圍判別，電動(dòng)機(jī)遙控啟停。

　　（5） 低壓電動(dòng)機(jī)的三相電壓、三相電流、有功功率、無(wú)功功率、頻率、功率因數(shù)、積分電度等電參量測(cè)量，過電流保護(hù)、不平衡（負(fù)序過流）保護(hù)、接地（零序過流）保護(hù)、啟動(dòng)時(shí)間過長(zhǎng)保護(hù)、堵轉(zhuǎn)保護(hù)、反時(shí)限過負(fù)荷（熱過載）保護(hù)、欠電壓保護(hù)、過電壓保護(hù)、故障范圍判別，電動(dòng)機(jī)遙控啟停、正反轉(zhuǎn)及三角形星形轉(zhuǎn)換。

　?。?） 低壓電容器的三相電壓、三相電流、無(wú)功功率、頻率、功率因數(shù)、積分電度等電參量測(cè)量及電容器的遠(yuǎn)程投退。

　　2　工廠用電監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　3　工廠用電監(jiān)控系統(tǒng)介紹

　　監(jiān)控中心可以選擇電力版組態(tài)軟件或?qū)I(yè)的SCADA軟件，完成數(shù)據(jù)的顯示，遠(yuǎn)程設(shè)備的控制，數(shù)據(jù)的生成和報(bào)表等工作。

　　下面是方案中所用RTU或微機(jī)型電動(dòng)機(jī)保護(hù)的簡(jiǎn)單介紹：

　　STC-2交流采樣微型RTU的功能

　　不需要電壓等變送器，三表法直接準(zhǔn)確測(cè)量三相交流電壓、三相電流、三相有功功率、三相無(wú)功功率、頻率、功率因數(shù)、零序電流、積分電度、等電參量， 可以測(cè)量變頻器輸出。

　　具有3路獨(dú)立的開關(guān)量繼電器輸出，可以作為遙控、跳閘或者告警。

　　6路開關(guān)量光隔輸入，也可以作為脈沖量輸入。

　　2路直流輸入（0-20mA或0-5V），可以接各種變送器。

　　兩路通信接口，支持MODBUS規(guī)約，支持主站端的熱備用。

　　FFT算法，可計(jì)算0－31次諧波。

　　MDS-1 微機(jī)型電動(dòng)機(jī)保護(hù)的功能

　　除了具有STC-2的測(cè)量功能外，還具有電動(dòng)機(jī)保護(hù)功能。

　　2路RS232/RS485通信接口，支持MODBUS規(guī)約。

　　三相異步電動(dòng)機(jī)的過電流保護(hù)、不平衡（負(fù)序過流）保護(hù)、接地（零序過流）保護(hù)、啟動(dòng)時(shí)間過長(zhǎng)保護(hù)、堵轉(zhuǎn)保護(hù)、反時(shí)限過負(fù)荷（熱過載）保護(hù)、欠電壓保護(hù)、過電壓保護(hù)、故障范圍判別等。

線路三段過流速斷保護(hù)，反時(shí)限速斷保護(hù)，自動(dòng)重合閘

　　可以通過正序和負(fù)序電流的計(jì)算，了解當(dāng)前電動(dòng)機(jī)是正轉(zhuǎn)還是反轉(zhuǎn)，防止電網(wǎng)事故產(chǎn)生相序錯(cuò)誤而導(dǎo)致的電動(dòng)機(jī)燒毀。

　　STC-1直流采樣微型RTU的功能

　　8路開關(guān)量繼電器輸出，可以作為遙控、跳閘或者告警。

　　8路開關(guān)量光隔輸入，也可以作為脈沖量輸入。

　　8路直流輸入（0-20mA或0-5V），可以接各種變送器。

　　1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)485通信口，1個(gè)RS485/232接口，支持MODBUS或其它規(guī)約，擴(kuò)展更加容易。

　　貼片安裝，無(wú)外部總線，可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)。

　　卡式導(dǎo)軌或螺絲固定

　　STC-101微型RTU的功能

　　16路開關(guān)量光隔輸入， 支持脈沖計(jì)數(shù)，支持交直流0～400V輸入

　　1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)485/232通信口，支持MODBUS或其它規(guī)約，擴(kuò)展更加容易。

　　貼片安裝，無(wú)外部總線，可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)。

　　卡式導(dǎo)軌或螺絲固定

　　STC-112直流采樣微型RTU的功能

　　4路開關(guān)量繼電器輸出

　　8路開關(guān)量光隔輸入，也可以作為脈沖量輸入。

　　8路直流輸入（0-20mA或0-5V），可以接各種變送器。

　　2路隔離模擬量輸出，0～10V 或者0～20mA

　　1個(gè)隔離 485通信口，1個(gè)RS232接口，支持MODBUS RTU或者ASCII或其它規(guī)約

　　卡式導(dǎo)軌或螺絲固定

　　貼片安裝，無(wú)外部總線，可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)。

　　4 系統(tǒng)配置

　　對(duì)于高低壓線路，每個(gè)供電回路可以選用一臺(tái)STC-2進(jìn)行監(jiān)控；對(duì)于高壓電動(dòng)機(jī)的綜合監(jiān)控選用MDS104微機(jī)型電動(dòng)機(jī)保護(hù)；低壓電動(dòng)機(jī)的綜合監(jiān)控可以選用MDS-1微機(jī)型電動(dòng)機(jī)保護(hù)；對(duì)于是否通電的檢測(cè)，可以選用STC-101微型RTU；對(duì)于大量直流量的采集，可以選用STC-1微型RTU；對(duì)于需要模擬量進(jìn)行輸出調(diào)節(jié)，可以選用STC-112微型RTU。

　　三相異步電動(dòng)機(jī)的反時(shí)限過負(fù)荷（熱過載）保護(hù)、不平衡（負(fù)序過流）保護(hù)、啟動(dòng)時(shí)間過長(zhǎng)保護(hù)、堵轉(zhuǎn)保護(hù)、接地（零序過流）保護(hù)、欠電壓保護(hù)、過電壓保護(hù)。

　　三相電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子斷條、軸承損壞、絕緣監(jiān)測(cè)等故障診斷功能。

　　MDS-104微機(jī)型電動(dòng)機(jī)保護(hù)的功能

　　三表法測(cè)量準(zhǔn)確測(cè)量三相交流電壓、電流、有功、無(wú)功、頻率、功率因數(shù)、零序電流、零序電壓等電參量，快速數(shù)據(jù)刷新速度100次/S。測(cè)量數(shù)據(jù)刷新25次/S,也可以接成兩表法使用，兩表法下無(wú)法進(jìn)行負(fù)序保護(hù)

　　具有4路獨(dú)立的開關(guān)量繼電器輸出，可以作為遙控、跳閘或者告警。

　　6路開關(guān)量光隔輸入，也可以作為脈沖量輸入。

　　4路隔離直流輸入（0-20mA或0-5V），可以接各種變送器

　　5 通訊協(xié)議

　　基于開放性原則選用業(yè)內(nèi)廣泛使用的MODBUS規(guī)約。MODBUS規(guī)約是MODICOM公司開發(fā)的一個(gè)為很多廠商支持的開放規(guī)約。通過此規(guī)約，控制器相互之間、控制器經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)（例如以太網(wǎng)）和其它設(shè)備之間可以通信，它已經(jīng)成為一通用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

　　本方案中的RTU和微機(jī)型電動(dòng)機(jī)保護(hù)支持MODBUS規(guī)約的子集，主要功能碼為：

　　Read Coil Status （讀繼電器輸出）

　　Read Input Status （讀開關(guān)量輸入）

　　Read Holding Registers（讀保持寄存器）

　　Read Input Registers （讀輸入寄存器）

　　Force Single Coil （設(shè)置單個(gè)繼電器）

　　Preset Single Register （設(shè)置單個(gè)保持寄存器）

　　Force Multiple Coils（設(shè)置多個(gè)線圈）

　　Preset Multiple Registers（設(shè)置多個(gè)保持寄存器）

　　Read General Reference （讀文件）

　　Write General Reference （寫文件）

　　Read FIFO Queue（讀FIFO隊(duì)列）

　　6　典型應(yīng)用

　　下面以一個(gè)典型的10KV/400V變電站加以說明，一次接線圖如下：

　　配置如下：

　　每個(gè)開關(guān)采用一臺(tái)STC-2產(chǎn)品。10KV采用2表法，400V采用3表法，測(cè)量電壓、電流、有功功率、無(wú)功功率、功率因數(shù)、諧波等。每個(gè)開關(guān)有兩個(gè)位置信號(hào)，每個(gè)隔離開關(guān)有一個(gè)位置信號(hào)，每條線路還有1路電度表脈沖信號(hào)，需要5個(gè)開關(guān)量輸入，STC-2有6路，1路備用。STC-2開關(guān)量斷電器輸出有3路，分別用于控制合閘、跳閘，1路備用。

　　131母聯(lián)開關(guān)采用1臺(tái)STC-2測(cè)量10kv母聯(lián)電流，431采用1臺(tái)STC-2測(cè)量400V母聯(lián)電流。

　　電動(dòng)機(jī)保護(hù)采用MDS-104，測(cè)量電壓，電流，功率，無(wú)功，功率因數(shù)，提供三相異步電動(dòng)機(jī)的過電流保護(hù)、不平衡（負(fù)序過流）保護(hù)、接地（零序過流）保護(hù)、啟動(dòng)時(shí)間過長(zhǎng)保護(hù)、堵轉(zhuǎn)保護(hù)、反時(shí)限過負(fù)荷（熱過載）保護(hù)、欠電壓保護(hù)、過電壓保護(hù)、故障范圍判別等。

　　電容器可以采用STC-2或者M(jìn)DS-104，STC-2僅僅進(jìn)行測(cè)量，MDS-104可以進(jìn)行電容器的過電壓保護(hù)。

　　監(jiān)控中心主站端由于規(guī)模小，采用1臺(tái)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，通過1個(gè)隔離RS232/485轉(zhuǎn)換器，連接各臺(tái)設(shè)備構(gòu)成RS485網(wǎng)絡(luò)，軟件采用國(guó)內(nèi)的組態(tài)軟件。

　　7 結(jié)語(yǔ)

　　整個(gè)系統(tǒng)開放性好，易擴(kuò)容，易維護(hù)，安裝簡(jiǎn)單，投資少，性價(jià)比高，是系統(tǒng)集成商的理想選擇。