工廠(chǎng)用電監控系統方案設計

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

　　1 前言

　　工廠(chǎng)用電監控實(shí)質(zhì)是SCADA系統（數據采集與監視控制系統），主要由監控中心計算機主站系統、通訊通道和現場(chǎng)的各種遠程終端單元構成（即RTU，英文名稱(chēng)Remote Terminal Unit），對工廠(chǎng)的重要電器和供電回路的進(jìn)行遠程監測、控制以及保護，即完成遙信、遙測、遙控、遙調“四遙”功能及保護在內的綜合自動(dòng)化，通過(guò)與工廠(chǎng)MIS系統聯(lián)接，提高工廠(chǎng)管理的自動(dòng)化水平。

　　工廠(chǎng)用電監控的包括：

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

　?。?） 工廠(chǎng)自備變電站的變壓器的溫度和瓦斯信號的判別。

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

　?。?） 高壓電動(dòng)機的三相電壓、三相電流、有功功率、無(wú)功功率、頻率、功率因數、積分電度等電參量測量，過(guò)電流保護、不平衡（負序過(guò)流）保護、接地（零序過(guò)流）保護、啟動(dòng)時(shí)間過(guò)長(cháng)保護、堵轉保護、反時(shí)限過(guò)負荷（熱過(guò)載）保護、欠電壓保護、過(guò)電壓保護、溫度保護、電動(dòng)機熱模型保護、故障范圍判別，電動(dòng)機遙控啟停。

　?。?） 低壓電動(dòng)機的三相電壓、三相電流、有功功率、無(wú)功功率、頻率、功率因數、積分電度等電參量測量，過(guò)電流保護、不平衡（負序過(guò)流）保護、接地（零序過(guò)流）保護、啟動(dòng)時(shí)間過(guò)長(cháng)保護、堵轉保護、反時(shí)限過(guò)負荷（熱過(guò)載）保護、欠電壓保護、過(guò)電壓保護、故障范圍判別，電動(dòng)機遙控啟停、正反轉及三角形星形轉換。

　?。?） 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、積分電度等電參量測量及電容器的遠程投退。

　　2　工廠(chǎng)用電監控系統結構

　　3　工廠(chǎng)用電監控系統介紹

　　監控中心可以選擇電力版組態(tài)軟件或專(zhuān)業(yè)的SCADA軟件，完成數據的顯示，遠程設備的控制，數據的生成和報表等工作。

　　下面是方案中所用RTU或微機型電動(dòng)機保護的簡(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，三表法直接準確測量三相交流電壓、三相電流、三相有功功率、三相無(wú)功功率、頻率、功率因數、零序電流、積分電度、等電參量， 可以測量變頻器輸出。

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

　　6路開(kāi)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規約，支持主站端的熱備用。

　　FFT算法，可計算0－31次諧波。

　　MDS-1 微機型電動(dòng)機保護的功能

　　除了具有STC-2的測量功能外，還具有電動(dòng)機保護功能。

　　2路RS232/RS485通信接口，支持MODBUS規約。

　　三相異步電動(dòng)機的過(guò)電流保護、不平衡（負序過(guò)流）保護、接地（零序過(guò)流）保護、啟動(dòng)時(shí)間過(guò)長(cháng)保護、堵轉保護、反時(shí)限過(guò)負荷（熱過(guò)載）保護、欠電壓保護、過(guò)電壓保護、故障范圍判別等。

線(xiàn)路三段過(guò)流速斷保護，反時(shí)限速斷保護，自動(dòng)重合閘

　　可以通過(guò)正序和負序電流的計算，了解當前電動(dòng)機是正轉還是反轉，防止電網(wǎng)事故產(chǎn)生相序錯誤而導致的電動(dòng)機燒毀。

　　STC-1直流采樣微型RTU的功能

　　8路開(kāi)關(guān)量繼電器輸出，可以作為遙控、跳閘或者告警。

　　8路開(kāi)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)標準485通信口，1個(gè)RS485/232接口，支持MODBUS或其它規約，擴展更加容易。

　　貼片安裝，無(wú)外部總線(xiàn)，可靠性高，抗干擾能力強。

　　卡式導軌或螺絲固定

　　STC-101微型RTU的功能

　　16路開(kāi)關(guān)量光隔輸入， 支持脈沖計數，支持交直流0～400V輸入

　　1個(gè)標準485/232通信口，支持MODBUS或其它規約，擴展更加容易。

　　貼片安裝，無(wú)外部總線(xiàn)，可靠性高，抗干擾能力強。

　　卡式導軌或螺絲固定

　　STC-112直流采樣微型RTU的功能

　　4路開(kāi)關(guān)量繼電器輸出

　　8路開(kāi)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或其它規約

　　卡式導軌或螺絲固定

　　貼片安裝，無(wú)外部總線(xiàn)，可靠性高，抗干擾能力強。

　　4 系統配置

　　對于高低壓線(xiàn)路，每個(gè)供電回路可以選用一臺STC-2進(jìn)行監控；對于高壓電動(dòng)機的綜合監控選用MDS104微機型電動(dòng)機保護；低壓電動(dòng)機的綜合監控可以選用MDS-1微機型電動(dòng)機保護；對于是否通電的檢測，可以選用STC-101微型RTU；對于大量直流量的采集，可以選用STC-1微型RTU；對于需要模擬量進(jìn)行輸出調節，可以選用STC-112微型RTU。

　　三相異步電動(dòng)機的反時(shí)限過(guò)負荷（熱過(guò)載）保護、不平衡（負序過(guò)流）保護、啟動(dòng)時(shí)間過(guò)長(cháng)保護、堵轉保護、接地（零序過(guò)流）保護、欠電壓保護、過(guò)電壓保護。

　　三相電動(dòng)機轉子斷條、軸承損壞、絕緣監測等故障診斷功能。

　　MDS-104微機型電動(dòng)機保護的功能

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

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

　　6路開(kāi)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(kāi)放性原則選用業(yè)內廣泛使用的MODBUS規約。MODBUS規約是MODICOM公司開(kāi)發(fā)的一個(gè)為很多廠(chǎng)商支持的開(kāi)放規約。通過(guò)此規約，控制器相互之間、控制器經(jīng)由網(wǎng)絡(luò )（例如以太網(wǎng)）和其它設備之間可以通信，它已經(jīng)成為一通用工業(yè)標準。

　　本方案中的RTU和微機型電動(dòng)機保護支持MODBUS規約的子集，主要功能碼為：

　　Read Coil Status （讀繼電器輸出）

　　Read Input Status （讀開(kāi)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 （設置單個(gè)繼電器）

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

　　Force Multiple Coils（設置多個(gè)線(xiàn)圈）

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

　　Read General Reference （讀文件）

　　Write General Reference （寫(xiě)文件）

　　Read FIFO Queue（讀FIFO隊列）

　　6　典型應用

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

　　配置如下：

　　每個(gè)開(kāi)關(guān)采用一臺STC-2產(chǎn)品。10KV采用2表法，400V采用3表法，測量電壓、電流、有功功率、無(wú)功功率、功率因數、諧波等。每個(gè)開(kāi)關(guān)有兩個(gè)位置信號，每個(gè)隔離開(kāi)關(guān)有一個(gè)位置信號，每條線(xiàn)路還有1路電度表脈沖信號，需要5個(gè)開(kāi)關(guān)量輸入，STC-2有6路，1路備用。STC-2開(kāi)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(kāi)關(guān)采用1臺STC-2測量10kv母聯(lián)電流，431采用1臺STC-2測量400V母聯(lián)電流。

　　電動(dòng)機保護采用MDS-104，測量電壓，電流，功率，無(wú)功，功率因數，提供三相異步電動(dòng)機的過(guò)電流保護、不平衡（負序過(guò)流）保護、接地（零序過(guò)流）保護、啟動(dòng)時(shí)間過(guò)長(cháng)保護、堵轉保護、反時(shí)限過(guò)負荷（熱過(guò)載）保護、欠電壓保護、過(guò)電壓保護、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)行測量，MDS-104可以進(jìn)行電容器的過(guò)電壓保護。

　　監控中心主站端由于規模小，采用1臺工業(yè)控制計算機，通過(guò)1個(gè)隔離RS232/485轉換器，連接各臺設備構成RS485網(wǎng)絡(luò )，軟件采用國內的組態(tài)軟件。

　　7 結語(yǔ)

　　整個(gè)系統開(kāi)放性好，易擴容，易維護，安裝簡(jiǎn)單，投資少，性?xún)r(jià)比高，是系統集成商的理想選擇。