智能低壓配電和控制裝置的應(yīng)用

智能低壓配電和控制裝置的應(yīng)用

1.國內(nèi)司法實踐對現(xiàn)場總線型裝置的研發(fā)近年來，配電網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展趨勢主要表現(xiàn)在兩個方面。其中之一是電氣工具的智能化。其次，它是電網(wǎng)控制技術(shù)的智能化。對低壓電網(wǎng)進行的“網(wǎng)絡(luò)控制”的智能化系統(tǒng)和裝置發(fā)展極其迅速,現(xiàn)在已經(jīng)出現(xiàn)了多種以智能化斷路器為基礎(chǔ)而開發(fā)的低壓配電監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)裝置,世界各國許多大公司如法國施耐德公司、德國西門子公司,以及其他公司也紛紛推出了自己的智能化電器的監(jiān)控、保護與信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),其中不少已經(jīng)是現(xiàn)場總線型產(chǎn)品。由于智能型低壓配電和控制裝置是綜合了當(dāng)今電器行業(yè)高新技術(shù)的產(chǎn)品,為了能與國際同類裝置的開發(fā)水平同步,1996年上海電器科學(xué)研究所牽頭開發(fā)ZGHL(K)1《智能型低壓配電和控制裝置》,它是國家重點技術(shù)開發(fā)項目——城市電網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)和成套設(shè)備的關(guān)鍵項目之一,也是國內(nèi)第一套立項開發(fā)的現(xiàn)場總線型裝置。本項目以上海電器科學(xué)研究所,常熟開關(guān)廠為負(fù)責(zé)單位,天津電氣傳動設(shè)計研究所北京電工技術(shù)經(jīng)濟綜合研究所、遵義長征電器一廠、遵義長征電器九廠、遵義永佳電器廠為參加單位。參加研制工作的還有:射陽黃海電控設(shè)備廠、錫山市宏泰電器有限公司和浙江中興電器有限公司。其中計算機控制系統(tǒng)和現(xiàn)場總線系統(tǒng)等關(guān)鍵技術(shù)由上海電器科學(xué)研究所、射陽黃海電控設(shè)備廠和遵義長征電器一廠負(fù)責(zé)開發(fā)。該裝置采用了先進的DW45(DW40)智能型萬能式斷路器、DZ40智能型塑殼斷路器、KB0控制與保護電器(CPS)及HD40電動隔離器等新型電器,使各智能電器與監(jiān)控計算機之間可實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通訊,使其具備遙測、遙訊、遙調(diào)和遙控功能。制定了適合我國低壓電器行業(yè)特點的通訊規(guī)約,為今后發(fā)展我國低壓配電控制系統(tǒng)用現(xiàn)場總線創(chuàng)造了一定的條件。采用全裝配式骨架結(jié)構(gòu),完全實現(xiàn)了零部件的機械化生產(chǎn),方案齊全、結(jié)構(gòu)先進、可靠、造型美觀。具有國外同類產(chǎn)品90年代水平,填補了國內(nèi)空白?，F(xiàn)場總線是《智能型低壓配電和控制裝置》的關(guān)鍵技術(shù)。該裝置的研制成功,也為我國低壓電器領(lǐng)域的現(xiàn)場總線研究與開發(fā)打下了良好的基礎(chǔ)。該裝置的外貌如圖1所示。2.fcs的概念現(xiàn)場總線泛指工業(yè)控制的通信技術(shù)和由現(xiàn)場總線技術(shù)構(gòu)成的“現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)”。而現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)則是當(dāng)代最先進的“第五代”控制系統(tǒng)?，F(xiàn)場總線以數(shù)字信號取代模擬信號,在3C技術(shù)即計算機(Computer)、控制(Control)、通信(Communication)的基礎(chǔ)上,大量現(xiàn)場檢測與控制的信息就地采集、就地處理、就地使用,許多控制功能從控制室移至現(xiàn)場設(shè)備,一大批數(shù)字化、智能化的高新技術(shù)產(chǎn)品應(yīng)運而生,自動化儀表與控制系統(tǒng)以嶄新的面貌呈現(xiàn)在廣大用戶面前。一般認(rèn)為,“現(xiàn)場總線是一種全數(shù)字化、雙向、多站的通信系統(tǒng),是用于工業(yè)控制的計算機系統(tǒng)的工業(yè)總線?！卑凑諊H電工委員會IEC的標(biāo)準(zhǔn)定義:“安裝在制造和過程區(qū)域的現(xiàn)場裝置與控制室內(nèi)的自動控制裝置之間的數(shù)字式、串行、多點通信的數(shù)據(jù)總線稱為現(xiàn)場總線?！钡谖宕^程控制體系(FCS,FieldbusControlSystem現(xiàn)場總線控制系統(tǒng))是從目前普遍使用的第四代過程控制體系(DCS,DistributedControlSystem分布式控制系統(tǒng)或分布式數(shù)字控制系統(tǒng))發(fā)展而來,就象DCS從CCS發(fā)展過來一樣,它有了質(zhì)的飛躍,“分散控制”發(fā)展到“現(xiàn)場控制”,數(shù)據(jù)的傳輸從“點對點通信”發(fā)展到采用“總線”方式。當(dāng)今,系統(tǒng)論的觀點已被廣泛地接受,人們開始以大系統(tǒng)的概念來看待整個過程控制體系。系統(tǒng)的增大,導(dǎo)致了網(wǎng)絡(luò)的通訊技術(shù)的急劇發(fā)展,于是科技界充分認(rèn)識到在計算機系統(tǒng)的發(fā)展中起過重要作用的總線技術(shù)可以大大地推進控制系統(tǒng)的發(fā)展。整個控制系統(tǒng)就象是一臺巨大的“計算機”按總線方式運行,這樣資源的共享成了FCS的主要發(fā)展空間,于是現(xiàn)場總線應(yīng)運而生,并且以前所未有的激烈程度展開了市場競爭?，F(xiàn)場總線的概念在20世紀(jì)70年代末最初由歐洲國家提出。80年代中期,德國、法國等歐洲國家的一些大公司紛紛推出自己的“現(xiàn)場總線”產(chǎn)品,并且制訂了相應(yīng)的國家標(biāo)準(zhǔn)。80年代末,國內(nèi)出現(xiàn)了一些介紹現(xiàn)場總線的文章。1994～1995年對現(xiàn)場總線的探討規(guī)模有所擴大,并開始有幾個代表團赴國外考察。1996年國家開始立項研究現(xiàn)場總線在過程控制方面的應(yīng)用。1996年隨著IECSC17B的62026草案的發(fā)布,上海電器科學(xué)研究所開始對位總線(bitbus)和設(shè)備總線(Devicebus)進行系統(tǒng)的研究,并立項開發(fā)《智能型低壓配電和控制裝置》。該裝置的總體設(shè)計采用FCS現(xiàn)場總線系統(tǒng),具有ISORM七層參考模型的中的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層,外加了一個主控計算機軟件的用戶層。其物理層采用RS-485(與德國西門子公司PROFIBUS物理層一致),數(shù)據(jù)鏈路層的總體結(jié)構(gòu)的一部份借鑒了MODBUS(如法國施耐德公司的JBUS)。3.“四遙”技術(shù)的試驗ZGHL(K)1計算機配電監(jiān)控系統(tǒng)可以在控制室內(nèi)通過通訊電纜對位于配電室成套裝置中的電器元件進行遠(yuǎn)程監(jiān)測和控制,實現(xiàn)“遙測”、“遙訊”、“遙調(diào)”、“遙控”的“四遙”操作。關(guān)鍵的抗干擾技術(shù)已經(jīng)通過了GB/T14048.2-93的相關(guān)試驗。在驗證試驗中,對最新的國際標(biāo)準(zhǔn)IEC947.1-95以及97修正件提出的相關(guān)電磁兼容試驗取得了良好的結(jié)果?？偣擦椩囼炄客ㄟ^,這是目前國內(nèi)首先通過此類測試的裝置。(連同主控計算機和整個通訊系統(tǒng)以及總長600米的通信線)。3.1系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能3.1.1通訊電纜上位機在離網(wǎng)口整套裝置由六個柜組成,其中智能型框架斷路器兩個柜(4臺斷路器,每臺斷路器一個通訊子站,可以與上位機構(gòu)成一個獨立的系統(tǒng)),智能型塑殼斷路器兩個柜(3臺斷路器,每臺斷路器一個通訊子站,也可以與上位機構(gòu)成一個獨立的系統(tǒng)),控制與保護開關(guān)電器(CPS)兩個柜(五個通訊子站每個子站下掛個控制系統(tǒng)的主控計算機(上位機)位于遠(yuǎn)離現(xiàn)場的控制室內(nèi),通過通信電纜與子站進行總線通信,如圖2所示。3.1.2電力電網(wǎng)系統(tǒng)系統(tǒng)主控計算機在控制室內(nèi)通過通訊電纜對成套裝置的電器元件進行以下“四遙”操作。遙測:通訊子站向上位機報送工作參數(shù)、故障參數(shù),達(dá)到上位機對電力電網(wǎng)系統(tǒng)遙測的目的;遙訊:通信子站向上位機報送斷路器現(xiàn)時的各項保護參數(shù);遙調(diào):通訊子站接收上位機的遙調(diào)參數(shù)來改變斷路器中智能型脫扣器的保護特性參數(shù)來達(dá)到改變電力電網(wǎng)干路參數(shù)設(shè)定值的目的;遙控:通訊子站接收上位機的控制信號來實現(xiàn)電力電網(wǎng)計算機控制系統(tǒng)的遙控功能。3.1.3網(wǎng)絡(luò)臨床《準(zhǔn)數(shù)據(jù)通訊設(shè)備如系統(tǒng):總線型計算機遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)。通訊規(guī)約:0AR.584.001《低壓電器數(shù)據(jù)通訊規(guī)約(版本號V1.0)》。結(jié)構(gòu):數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)為一點對多點的由上位機主呼的主從網(wǎng)結(jié)構(gòu)。通訊方式:廣播應(yīng)答方式類型:半雙工類型硬件接口電路:RS-485接口電路,(具有瞬態(tài)保護或隔離型)通訊線路:雙絞線上位機:內(nèi)處理器應(yīng)為586以上。若上位機處于干擾嚴(yán)重的工業(yè)環(huán)境中,則應(yīng)選用工控機機型,并符合相應(yīng)的EMC標(biāo)準(zhǔn)。3.2系統(tǒng)組成3.2.1utp/ssqp圖5通訊接口直接置入控制器(脫扣器)內(nèi)。通訊接口的物理參數(shù)符合RS485標(biāo)準(zhǔn)。通訊介質(zhì):UTP雙絞線,8芯(4對),五類通訊線,(在干擾嚴(yán)重的工業(yè)環(huán)境或線路與電力線一同敷設(shè)時可選用屏蔽線STP)。通訊接插件:RJ45,插頭,插座。3.2.2作為子站的fpga與芯片為了適合用戶和生產(chǎn)商的傳統(tǒng)使用習(xí)慣,和加強控制系統(tǒng)的冗余功能,在一個上位機的控制軟件的控制下,系統(tǒng)按上位機的通訊接口不同而分成兩個可以互相兼容的獨立系統(tǒng)。(1)作為子站的DW45系列智能型萬能式斷路器的控制器,采用16位微處理器芯片,內(nèi)置R485接口芯片(瞬態(tài)保護型)。上位機的RS232接口研制了一個RS485/RS232的通導(dǎo)適配器來進行轉(zhuǎn)換。(2)作為子站的DZ40系列智能型塑殼斷路器采用8位增強型微處理器芯片,內(nèi)置RS485接口(隔離型)芯片。上位機的接口采用了一塊通用的RS485/RS422內(nèi)置式通訊板進行通訊。本系統(tǒng)可以根據(jù)上位機接口和子站的斷路器的不同構(gòu)成4種系統(tǒng),這樣的設(shè)計使控制系統(tǒng)工程師有很大的選擇余地。3.3遙下位機通訊軟件在WIN95/WIN98的環(huán)境下運行,具有良好的WINDOWS人機交互界面,操作員可以在屏幕的提示下操作。軟件運行包括:(1)軟件運行,在顯示軟件版本信息畫面后,進入系統(tǒng)配置畫面,操作員按屏幕提示進行系統(tǒng)配置后進入裝置模擬屏畫面。(2)裝置模擬屏畫面中代表子站的圖標(biāo):已經(jīng)建立通訊的為綠色,否則為:灰色;分?jǐn)鄷r為紅色;故障報警為黃色。這些圖標(biāo)為模擬按鈕,用鼠標(biāo)點擊可以激活已經(jīng)建立通訊的按鈕,然后進入該子站的四遙界面(DW45系列)。(3)在子站的四遙界面中,上部有一排操作按鈕,用鼠標(biāo)點擊可以激活,并進入相應(yīng)的界面:(1)遙測。通訊子站向上位機報送工作參數(shù)如下:通過該子站的實時A、B、C、N相電流值,UAB、UBC、UCA的電壓值,并可通過柱狀圖顯示A、B、C、N相電流相對于整定值的負(fù)載比,UAB、UBC、UCA的電壓相對于整定值的負(fù)載比;故障記錄可記錄以下的故障參數(shù):故障時的A、B、C、N相電流值,UAB、UBC、UCA的電壓值,故障類型故障動作時間并將該故障登錄在故障數(shù)據(jù)庫中。(2)遙訊。通訊子站向上位機報送器件的各個保護參數(shù),包括:開關(guān)型號、開關(guān)狀態(tài)(合/分)、額定電流、負(fù)載監(jiān)控1、負(fù)載監(jiān)控2、長延時動作值、長延時時間、短延時動作值、短延時時間、瞬時動作值、接地動作值、接地時間。(3)遙調(diào)。通訊子站接收上位機的遙調(diào)命令來改變斷路器中智能型脫扣器的保護特性設(shè)定值,從而達(dá)到改變電力電網(wǎng)干路參數(shù)。畫面有相應(yīng)的提示,每選擇一項參數(shù),都會彈出一個窗口,顯示該參數(shù)不同的設(shè)定值,并可以按需要來選取。各類參數(shù)設(shè)定值改動后,按確認(rèn)按鈕,系統(tǒng)開始遙調(diào),并有相應(yīng)的提示。本項功能設(shè)有一般遙調(diào)和緊急遙調(diào),并有密碼檢驗。(4)遙控。通訊子站接收上位機的控制信號來實現(xiàn)“分,合”的遙控功能。畫面都有相應(yīng)的提示。(4)點擊DZ40子站換鈕,進入塑殼斷路器系列的通訊界面,與以上不同的是:四遙均在一個畫面中,用標(biāo)尺來設(shè)定參數(shù),遙控為“分閘”動作。(5)CPS通訊接口(I/O)。包括遙測:自動(AUTO)/斷開狀態(tài)、接通/分?jǐn)酄顟B(tài)、過載脫扣、短路脫扣。遙控:接通、分勵、重合閘。3.4dw45及dz40智能分級控制系統(tǒng)ip40ZGHL(K)智能型低壓配電裝置和控制裝置的框架均采用25mm模數(shù)化的C字型異形材,組合靈活、搭接方便、裝配容易。母線采用平置,增加了電動穩(wěn)定性。各個功能單元室之間用鋼板或阻燃的高強度DMC絕緣材料進行分隔,當(dāng)抽屜拉出柜體后,柜內(nèi)導(dǎo)電體的防護等級可達(dá)IP20以上,抽屜插入后,可達(dá)IP40以上。動力中心單元有可靠的機械聯(lián)鎖裝置,當(dāng)門打開時,斷路器不能合閘,只有當(dāng)門關(guān)上時,斷路器才能合閘。因此人體不易觸電,可確保操作人員的人身完全。裝置有兩種安裝方式供用戶選擇,即柜前維護或柜前操作、柜后維護。動力中心選用DW45智能型萬能式斷路器及DZ40智能型塑料外殼式斷路器,其結(jié)構(gòu)緊湊,短路分?jǐn)嗄芰Υ?特別是前者飛弧距離為零,為成套裝置的小型化、增加回路數(shù)創(chuàng)造了條件。兩者均帶智能型保護器,很容易附加接口裝置,以達(dá)到與計算機之間的通訊功能。DZ40智能型塑料外殼式斷路器是固定式安裝,為便于檢修維護,選用HD40P電動操作隔離器與其配套使用,其操作也可由計算機控制?？刂浦行某捎肅M1塑料外殼式斷路器外,主要選用CPS控制與保護開關(guān)電器。由于它是一種三位一體的產(chǎn)品,具有帶通訊接口和結(jié)構(gòu)緊湊等特點,在相同體積的柜子中,單元回路數(shù)可增加一倍以上,從而大大降低投資。4.