電力監(jiān)控儀表在智能電網(wǎng)用戶端應(yīng)用與市場前景分析

安科瑞 包夢嬌/王沖

摘 要：電力監(jiān)控儀表是電工儀表行業(yè)的一個(gè)新興、細(xì)分行業(yè)，類別屬于安裝式數(shù)字儀表，從模擬指針式儀表和電量變送器演變而來。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，電力監(jiān)控儀表已應(yīng)用到電力系統(tǒng)的發(fā)、輸、變、配、用的各個(gè)環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)電參量的測量、計(jì)量、分析、診斷、控制、保護(hù)，并帶模擬量輸出和標(biāo)準(zhǔn)通訊接口。在不同的應(yīng)用場合，功能不同組合，可簡可繁，但大致分三類儀表，即監(jiān)控與保護(hù)儀表，電能分析與管理儀表，電氣安全儀表。為適應(yīng)供配電系統(tǒng)開關(guān)柜的結(jié)構(gòu)及安裝特點(diǎn)，安裝方式分嵌入式和導(dǎo)軌式兩種。

  關(guān)鍵詞：電力監(jiān)控儀表;智能電網(wǎng);用戶端;應(yīng)用;市場前景

  1 電力監(jiān)控儀表主要分類

  1.1監(jiān)控與保護(hù)儀表

  主要對(duì)電網(wǎng)中的電力參數(shù)測量、故障診斷、越限報(bào)警、事件記錄，以及對(duì)電氣設(shè)備的運(yùn)行進(jìn)行控制和保護(hù)，產(chǎn)品又可細(xì)分為數(shù)顯電測儀表、監(jiān)控儀表、保護(hù)儀表。

  1.1.1 數(shù)顯電測表

  主要替代傳統(tǒng)指針式儀表，對(duì)各種電參數(shù)進(jìn)行測量，有測量精度高，顯示直觀，測量范圍寬等優(yōu)點(diǎn)。

  1.1.2 監(jiān)控儀表

  除測量電參量外，儀表帶I/O模塊，模擬量輸出、繼電器控制輸出，帶標(biāo)準(zhǔn)RS485接口。通過對(duì)電氣回路的斷路器、接觸器等低壓元件進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)視，遠(yuǎn)程控制、報(bào)警和事件記錄，屬低壓電器電量控制器，是低壓配電系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化的關(guān)鍵產(chǎn)品，該儀表的應(yīng)用可減少低壓配電系統(tǒng)人為操作事故，降低人力成本，提高工作效率。

  1.1.3 保護(hù)儀表

  主要針對(duì)0.69KV電壓等級(jí)的電源進(jìn)線、饋線、馬達(dá)、電容器等電氣回路進(jìn)行監(jiān)測和保護(hù)，儀表通過建立熱容量模型，當(dāng)故障電流達(dá)到某一值時(shí)，斷路器脫扣或接觸器斷開，防止設(shè)備過載損壞。具有過載保護(hù)，短路保護(hù)，過壓、欠壓保護(hù)，漏電保護(hù)等功能。該類產(chǎn)品既有監(jiān)控功能，又具有繼電器特點(diǎn)，需取CCC認(rèn)證，一般歸在繼電器保護(hù)及電力自動(dòng)化行業(yè)。

  1.2 電能分析與管理儀表

  根據(jù)電網(wǎng)用戶端工礦企業(yè)和建筑樓宇配電系統(tǒng)的特點(diǎn)，為使用能透明可控，對(duì)高、低壓開關(guān)柜，動(dòng)力箱，照明箱各個(gè)電氣節(jié)點(diǎn)的用能設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控管理就十分必要。該電能計(jì)量表計(jì)既要安裝于開關(guān)柜、配電箱的各個(gè)回路，又要與配電系統(tǒng)兼容組網(wǎng)，由電力公司加裝的傳統(tǒng)的收費(fèi)電表無法同時(shí)滿足。電能分析與管理儀表主要有2類，為電能質(zhì)量分析儀表和終端電能計(jì)量儀表。

  1.2.1 電能質(zhì)量分析儀表

  該類儀表主要應(yīng)用于高、中壓電氣回路或低壓重要回路，功能主要有全電參量測量，四象限電能計(jì)量，復(fù)費(fèi)率分時(shí)計(jì)費(fèi)，電流、電壓各次諧波分量，電壓波峰系數(shù)，電流K系數(shù)，電流、電壓不平衡度，正、負(fù)、零序分量等。

  1.2.2 終端電能計(jì)量管理儀表

  該類電表主要用于380V/220V配、用電末端，功能有電能計(jì)量，包括有功、無功電能，復(fù)費(fèi)率分時(shí)計(jì)費(fèi)，需量統(tǒng)計(jì)，一次接入電流可達(dá)80A，節(jié)省了電流互感器。采用DIN35mm導(dǎo)軌安裝，寬度為18mm的倍數(shù)，可方便與微型斷路器并列安裝使用。終端電能表計(jì)結(jié)構(gòu)上有的廠家設(shè)計(jì)有防竊電措施，如“鉛封”結(jié)構(gòu)，能申請(qǐng)到計(jì)量器具制造許可證。因此，只要供電部門認(rèn)可，也可作收費(fèi)表使用。

  1.3 電氣安全儀表

  主要針對(duì)低壓配電系統(tǒng)檢測剩余電流，防止電氣火災(zāi)及人身觸電傷亡事故。產(chǎn)品主要分為數(shù)顯剩余電流監(jiān)控儀表，剩余電流式電氣火災(zāi)監(jiān)控裝置，IT配電系統(tǒng)絕緣檢測儀等種類。

  1.3.1 數(shù)顯剩余電流監(jiān)控儀表

  通過剩余電流互感器，在0.4KV電壓等級(jí)TN-C-S、TN-S及局部TT系統(tǒng)采集剩余電流，故障發(fā)生時(shí)，經(jīng)儀表計(jì)算運(yùn)行顯示數(shù)值，超設(shè)定值時(shí)，發(fā)出報(bào)警或脫扣指令，防止事故發(fā)生或擴(kuò)大。該類儀表也可稱為數(shù)顯剩余電流繼電器，須取得CCC認(rèn)證，歸入繼電器行業(yè)。

  1.3.2 剩余電流式電氣火災(zāi)監(jiān)控儀表

  該產(chǎn)品在0.4KV電壓等級(jí)TN-C-S、TN-S及局部TT系統(tǒng)檢測剩余電流外，還有電纜溫度監(jiān)測，三相電流、電壓測量，多路繼電器輸出，支持消防聯(lián)動(dòng)等功能。因產(chǎn)品用來電氣火災(zāi)監(jiān)測，需在(沈陽)消防研究所作型式測試合格，方可銷售。

  1.3.3 IT配電系統(tǒng)絕緣監(jiān)測儀表

  應(yīng)用于醫(yī)療手術(shù)室、ICU病房等重要場合的IT配電系統(tǒng)，用來監(jiān)視變壓器次級(jí)回路對(duì)地絕緣阻抗，防止病人受到微電流電擊。

  2 電力監(jiān)控儀表與用戶端智能配電系統(tǒng)

  用戶端是電力系統(tǒng)的“配、用”環(huán)節(jié)，是智能電網(wǎng)的用電末端，主要有工礦企業(yè)、建筑樓宇、基礎(chǔ)設(shè)施等用戶。電網(wǎng)80%以上的電能是用戶端消耗的。建立用戶端智能配電系統(tǒng)，可以在電力變壓器到用電設(shè)備之間，使電能傳輸、分配、控制、保護(hù)及管理實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化、智能化。使用電更加可靠、安全、環(huán)保。智能電力儀表作為配電系統(tǒng)中開關(guān)電器的二次元件，起著對(duì)電參量的測量與監(jiān)視，電能的計(jì)量與管理，電氣故障的診斷和記錄，設(shè)備運(yùn)行的控制和保護(hù)等功能。

  智能配電系統(tǒng)就是把眾多帶通信接口的控制設(shè)備和儀表與計(jì)算機(jī)連接起來，實(shí)現(xiàn)集中數(shù)據(jù)采集、處理、監(jiān)控、分析、調(diào)度等智能化管理。

  系統(tǒng)一般采用三層網(wǎng)絡(luò)分布結(jié)構(gòu)，即站控管理層、網(wǎng)絡(luò)通訊層、現(xiàn)場設(shè)備層，如圖1所示。

圖1 用戶端智能配電系統(tǒng)

  站控層由系統(tǒng)軟件與硬件設(shè)備，如工業(yè)計(jì)算機(jī)、打印機(jī)、UPS電源等組成。通訊層由服務(wù)器、通信網(wǎng)關(guān)、人機(jī)界面等組成?，F(xiàn)場設(shè)備層由保護(hù)裝置、電器開關(guān)與控制設(shè)備、電力監(jiān)控儀表等組成。儀表既肩負(fù)采集數(shù)據(jù)的重任，同時(shí)也是執(zhí)行后臺(tái)控制命令的終端元件之一。

  電力監(jiān)控儀表作為斷路器的二次元件，在不同的應(yīng)用場合配置也不一樣。見圖2。

  圖2 斷路器與電力儀表配置應(yīng)用

  (1)斷路器與監(jiān)控儀表配置，可測量各種電參數(shù)、分析諧波、計(jì)量電能，通過I/O模塊，采集斷路器分合和報(bào)警狀態(tài)，并可控制斷路器合分閘。可大大減少電氣故障。

  (2)斷路器與保護(hù)儀表(馬達(dá)控制器)配置，加上接觸器，則有測量電參數(shù)及過載保護(hù)、不平衡保護(hù)、堵轉(zhuǎn)保護(hù)等功能。確保馬達(dá)正常運(yùn)行，提高生產(chǎn)效率。

  (3)斷路器與安全儀表(剩余電流火災(zāi)監(jiān)控儀表)配置，可監(jiān)測回路漏電流，若達(dá)到設(shè)置值時(shí)，報(bào)警輸出。經(jīng)消防處確認(rèn)后，可通過指令，使斷路器脫扣，防止發(fā)生短路引起的電氣火災(zāi)事故。

  (4)斷路器與電能管理儀表配置，可對(duì)電能進(jìn)行分項(xiàng)計(jì)量，使用能按空調(diào)、動(dòng)力、照明、特殊用電分項(xiàng)統(tǒng)計(jì)，方便分析高耗原因，提出降耗措施。

  當(dāng)然，上述幾項(xiàng)配置需求，也可用一塊儀表同時(shí)實(shí)現(xiàn)電力監(jiān)控、電能管理、電氣安全的功能，從而減少儀表數(shù)量，方便用戶選型，節(jié)省投資。

  3 市場前景分析

  電力監(jiān)控儀表作為一個(gè)新興產(chǎn)業(yè)，其市場前景與下列因素有關(guān)：(1)用戶端的電力配電系統(tǒng)智能化需求及智能電網(wǎng)的推進(jìn);(2)工礦企業(yè)與建筑樓宇的節(jié)能減排;(3)新能源、新行業(yè)的發(fā)展需求;等等。

  3.1用戶端的電力配電系統(tǒng)智能化需求及智能電網(wǎng)的推進(jìn)

  目前，電的生產(chǎn)、傳輸及用戶，如電信、銀行、石化等大用戶配電正在實(shí)現(xiàn)信息化、智能化。隨著智能電網(wǎng)的推進(jìn)，電的生產(chǎn)、傳輸與使用將信息互通，智能電力儀表將是各個(gè)電網(wǎng)環(huán)節(jié)的信息“傳感器”，使智能電網(wǎng)下的電器設(shè)備信息“物物相聯(lián)”。因此，電力監(jiān)控儀表也將隨用戶端配電智能化的普級(jí)而市場容量逐步擴(kuò)大。

  3.2 工礦企業(yè)與建筑樓宇的節(jié)能減排

  政策要求，把節(jié)能減排作為工作之一進(jìn)行推進(jìn)與落實(shí)。要求高能耗企業(yè)通過建立能源管理體系，采取降耗技術(shù)與措施，提高用能效率。為此，工礦企業(yè)實(shí)施合同能源管理，大型公建實(shí)施能耗監(jiān)測(見建科[2008]114號(hào)文)，電能作為主要的能源，用戶端用能大戶都應(yīng)建立電能計(jì)量體系。因此，用于企業(yè)內(nèi)部管理的智能電力儀表將隨節(jié)能政策的推進(jìn)而增加。

  3.3新能源、新行業(yè)的發(fā)展需求

  隨著社會(huì)的發(fā)展，對(duì)核電、水電、光能、風(fēng)能等新能源的需求逐步擴(kuò)大，以減少對(duì)能源的依賴。新能源的發(fā)展，也給電力儀表帶來了發(fā)展機(jī)遇。以光伏電站為例，需匯流箱多路直流檢測裝置，直流多功能電表，諧波表等多種儀表。1個(gè)10MW光伏電站安裝的各類電力監(jiān)控儀表在1200臺(tái)左右。

  隨著社會(huì)進(jìn)步，對(duì)人生命安全的保障也越來越重視，為了安全用電，國家發(fā)布了多項(xiàng)設(shè)計(jì)規(guī)范，如JGJ16-2008《民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》，GB50016-2006《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》等等，規(guī)定對(duì)劇院、商場、展覽館、醫(yī)院、電信樓、廣播臺(tái)、高層建筑等人員密集或重要場所要加裝剩余電流式火災(zāi)監(jiān)控裝置，防止漏電引起的火災(zāi)。另外，GB50333-2002《醫(yī)院潔凈手術(shù)部建筑設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定，縣級(jí)二甲以上醫(yī)院潔凈手術(shù)部選用IT配電系統(tǒng)供電時(shí)，須加裝絕緣監(jiān)測儀表，確保病員人生安全，目前市場基本由德國本德爾壟斷，盡管規(guī)范要求加裝，由于價(jià)格昂貴，尚不能普及。但隨著國產(chǎn)產(chǎn)品推出，打破壟斷，價(jià)格下降，以及醫(yī)療衛(wèi)生的普及，市場將進(jìn)一步擴(kuò)大。因此，電力儀表在新能源，新行業(yè)也有很大需求。

  4 主要存在問題

  由于電力儀表主要應(yīng)用于用戶端配電系統(tǒng)中，客戶和行業(yè)均比較分散，影響其發(fā)展前景的主要是產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)和質(zhì)量問題。

  4.1 標(biāo)準(zhǔn)問題

  若電力儀表用來作電參量的測量，產(chǎn)品應(yīng)符合GB/T22264-2008《安裝式數(shù)字顯示電測量儀表》標(biāo)準(zhǔn)，若用于低壓馬達(dá)的控制與保護(hù)，則應(yīng)符合GB/T10736-2007《低壓電動(dòng)機(jī)保護(hù)器》標(biāo)準(zhǔn)，并取CCC認(rèn)證;若用于作漏電流繼電器，則應(yīng)符合GB/T22387-2008《剩余電流動(dòng)作繼電器》;若用作電氣火災(zāi)探測器，則應(yīng)符合GB14287.2-2005《剩余電流式電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器》;當(dāng)然，用戶有時(shí)還需要若干功能組合的產(chǎn)品，因此需要廠家具有在用戶端配電領(lǐng)域豐富的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)和行業(yè)專業(yè)知識(shí)，才能滿足不同用戶不同配電系統(tǒng)的要求，因此，目前產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)尚不能滿足設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、驗(yàn)收的要求，給電力儀表發(fā)展有一定影響。

  4.2 質(zhì)量問題

  盡管市場前景十分明朗，但由于客戶分散，行業(yè)要求也不相同，還存在客戶的即時(shí)創(chuàng)新需求，軟、硬件要即時(shí)修改。因此，訂單呈現(xiàn)“小批量，多品種”模式，不利于規(guī)?；a(chǎn)。新修改的版本，未經(jīng)長時(shí)間運(yùn)行考驗(yàn)，往往存在質(zhì)量隱患?，F(xiàn)電力儀表廠家眾多，規(guī)模偏小，魚目混珠，且大多手工生產(chǎn)操作，質(zhì)量很難保證。但經(jīng)過3-5年的市場洗禮，客戶對(duì)一些品牌的認(rèn)可，市場的集中，生產(chǎn)廠家規(guī)模擴(kuò)大，生產(chǎn)、檢測靠裝備保證，以及行業(yè)的科學(xué)引導(dǎo)、推進(jìn)，電力儀表產(chǎn)業(yè)會(huì)得到健康發(fā)展。

  文章來源于：《電氣時(shí)代》2011年第7期。

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