基于ARTU四遙單元的低成本低壓智能配電解決方案

1 概述

隨著對生命、財產(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)控的應用場合越來越廣泛。目前采用多功能電力監(jiān)控儀表，對低壓配電回路電流、電能進行遙測，對斷路器的合閘、脫扣狀態(tài)進行遙信和記錄，并利用上位機軟件通過儀表對斷路器進行控制。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，實現(xiàn)對終端配電線路進行遙測、遙信、遙控、遙脈的智能配電方案。該方案具有成本低、投資少、安裝接線簡便等優(yōu)點，有利于低壓智能配電的進一步推廣和應用。

2 ARTU四遙單元產(chǎn)品特點

ARTU四遙單元包括遙測單元、遙脈單元、遙信單元、遙控單元四個規(guī)格,見圖1。采用DIN35mm導軌安裝。前端帶通信指示和信號運行通道指示2組信號燈，通信有兩路RS485接口，一路用于通用參數(shù)的設置及調(diào)試，另一路用于讀取和設置“四遙”值。產(chǎn)品頂端設有撥碼開關(guān)窗口，可通過撥碼開關(guān)設置產(chǎn)品通訊地址和波特率。輔助電源有24Vdc或220Vac/dc兩種供選擇，整機功耗小于5W，防護等級達IP20。產(chǎn)品符合JB/T10388-2002 《帶總線通信功能的智能測控節(jié)點產(chǎn)品通用技術(shù)條件》、GB/T7261-2000《繼電器及裝置基本試驗方法》和GB/T13729-2002《遠動終端設備》標準。

圖1　ARTU四遙單元

3 四遙單元功能及應用

主要適用于低壓配電終端電流、電能采集，開關(guān)量采集及自動控制。

3.1 ARTU-M32遙測單元

3.1.1 產(chǎn)品功能

ARTU-M32能同時采信32路交流或直流模擬信號，如0-20mA ac、0-5V dc、4-20mA dc等模擬量，經(jīng)AC/DC轉(zhuǎn)換，與上位機通訊RS485總線連接進行數(shù)據(jù)交換。32路雙色指示燈用于指示每路輸入信號的當前狀態(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)。遙測刷新速度小于1s，精度達0.5。

3.1.2 產(chǎn)品應用

以檢測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個繞組，一組輸出0-5A（或1A），給99T1、6L等指針表作當?shù)仫@示電流值，另一組輸出交流0-20mA，給ARTU- M32單元遠傳遙測，見圖2（b），電流測量回路通過指針表顯示各饋線回路相應的電流值，遙測回路利用通訊端口遠程集中顯示各回路電流值。

圖2　ARTU-M32遙測應用圖

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，通過RS485總線與上位機連接進行數(shù)據(jù)交換，具有計數(shù)值掉電保護功能。脈沖寬度大于10ms，最大累積脈沖數(shù)4294967296個。上位機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校時功能。

3.2.2 產(chǎn)品應用

以計量32個饋線電能為例，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)的機械式電能表附帶脈沖接口，利用智能化的脈沖接收裝置實現(xiàn)遠程集中式抄表功能。

圖3　ARTU-P32采集電能應用圖

3.3 ARTU-K32遙信單元

3.3.1 產(chǎn)品功能

ARTU-K32可接受32路有源或無源接點，把開關(guān)量信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，經(jīng)通訊實現(xiàn)和上位機監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換，32個通道掃描一周所需時間為1ms，可記錄2000組事件容量，帶GPS校時功能。

3.3.2 產(chǎn)品應用

1臺ARTU-K32可以監(jiān)控8條馬達回路或16路照明回路的工作狀態(tài)。以監(jiān)測馬達回路為例，一次方案見圖4(a)，由配輔助、故障觸點的NS斷路器、LC1交流接觸器、LR2熱繼電器和AKH-0.66P保護型互感器組成。每條馬達回路監(jiān)測4組節(jié)點，即斷路器合閘、故障觸點，電機運行（接觸器）狀態(tài)觸點，電機熱過載（熱繼電器）觸點，1臺ARTU-K32監(jiān)測8條馬達回路。見圖4（b），通過現(xiàn)場啟停按鈕控制馬達的運行與停車，現(xiàn)場紅、綠指示燈同步顯示馬達的工作狀態(tài)，遙信單元則可通過監(jiān)測各元件觸點的動作值遠程顯示馬達的工作狀態(tài)。

圖4　ARTU-K32開關(guān)量采集應用圖

3.4 ARTU-J16遙控裝置功能及應用

3.4.1 產(chǎn)品功能

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

3.4.2 產(chǎn)品應用

以1臺ARTU-J16控制8路低壓饋線為例，CM1斷路器配電動機操作機構(gòu)，一次方案見圖5（a），控制方式見圖5(b)。啟停按鈕現(xiàn)場手動控制各回路斷路器的合、分閘，遙控單元通過通訊接口集中控制8路斷路器的工作狀態(tài)，實現(xiàn)斷路器就地與遠程兩地控制的工作模式。

圖5　ARTU-J16遙控應用圖

4 應用實例

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路為馬達回路，每條饋線均需測量三相電流、電能，并進行故障記錄、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ARTU-M32遙測單元測量并遠程，B相電流默認為A相與C相的平均值；每條饋線的電能計量采用DTM862-2電度表，用1臺ARTU-P32采集電能脈沖信號，并將數(shù)據(jù)上傳，實現(xiàn)電能無人抄表。用1臺ARTU-K32 監(jiān)測16路照明回路開關(guān)狀態(tài)，2臺ARTU-K32監(jiān)測16路馬達回路工作狀況，并實現(xiàn)事件記錄。用4臺ARTU-J16控制32條饋線的斷路器防誤跳，1臺ARTU-J16控制16條馬達回路的接觸器，控制馬達運行狀態(tài)。

當多個ARTU組網(wǎng)使用時，最后一個的RS485的A和B端子上應并接入一個終端匹配電阻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不同。正確接入RS485總線，并連接至上位機。上位機根據(jù)模塊的站號和波特率，按規(guī)約格式下發(fā)命令。此時模塊的通信指示燈閃爍，表明模塊已收到上位機命令并應答，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ARTU- M32遙測單元，成本7200元，1臺ARTU-P32遙脈單元成本為3500元，3臺ARTU-K32遙信單元，成本10500元，5臺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)絡儀表來實現(xiàn)以上功能，需要選用ACR210E（測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，馬達回路由于需要監(jiān)測的參數(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

國家繼電保護及自動化設備質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心對ARTU四遙單元產(chǎn)品性能指標、電磁兼容、通訊規(guī)約進行測試檢驗，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)中得到應用，降低了投資成本，產(chǎn)生了較好的社會和經(jīng)濟效益。