电力监控仪表在智能电网用户端应用与市场前景分析

--周中
       电力监控仪表是电工仪表行业的一个新兴、细分行业，类别属于安装式数字仪表，从模拟指针式仪表和电量变送器演变而来。随着计算机技术的发展，电力监控仪表已应用到电力系统的发、输、变、配、用的各个环节，实现对电网电参量的测量、计量、分析、诊断、控制、保护，并带模拟量输出和标准通讯接口。在不同的应用场合，功能不同组合，可简可繁，但大致分三类仪表，即监控与保护仪表，电能分析与管理仪表，电气安全仪表。为适应供配电系统开关柜的结构及安装特点，安装方式分嵌入式和导轨式两种。
   1 电力监控仪表主要分类
   1.1监控与保护仪表
   主要对电网中的电力参数测量、故障诊断、越限报警、事件记录，以及对电气设备的运行进行控制和保护，产品又可细分为数显电测仪表、监控仪表、保护仪表。
   1.1.1 数显电测表
      主要替代传统指针式仪表，对各种电参数进行测量，有测量精度高，显示直观，测量范围宽等优点。
   1.1.2 监控仪表
   除测量电参量外，仪表带I/O模块，模拟量输出、继电器控制输出，带标准RS485接口。通过对电气回路的断路器、接触器等低压元件进行状态监视，远程控制、报警和事件记录，属低压电器电量控制器，是低压配电系统实现数字化、网络化、智能化的关键产品，该仪表的应用可减少低压配电系统人为操作事故，降低人力成本，提高工作效率。
   1.1.3 保护仪表
   主要针对0.69KV电压等级的电源进线、馈线、马达、电容器等电气回路进行监测和保护，仪表通过建立热容量模型，当故障电流达到某一值时，断路器脱扣或接触器断开，防止设备过载损坏。具有过载保护，短路保护，过压、欠压保护，漏电保护等功能。该类产品既有监控功能，又具有继电器特点，需取CCC认证，一般归在继电器保护及电力自动化行业。
   1.2 电能分析与管理仪表
       根据电网用户端工矿企业和建筑楼宇配电系统的特点，为使用能透明可控，对高、低压开关柜，动力箱，照明箱各个电气节点的重点用能设备进行监控管理就十分必要。该电能计量表计既要安装于开关柜、配电箱的各个回路，又要与配电系统兼容组网，由电力公司加装的传统的收费电表无法同时满足。电能分析与管理仪表主要有2类，为电能质量分析仪表和终端电能计量仪表。
   1.2.1 电能质量分析仪表
   该类仪表主要应用于高、中压电气回路或低压重要回路，功能主要有全电参量测量，四象限电能计量，复费率分时计费，电流、电压各次谐波分量，电压波峰系数，电流K系数，电流、电压不平衡度，正、负、零序分量等。
   1.2.2 终端电能计量管理仪表
   该类电表主要用于380V/220V配、用电末端，功能有电能计量，包括有功、无功电能，复费率分时计费，最大需量统计，最大一次接入电流可达80A，节省了电流互感器。采用DIN35mm导轨安装，宽度为18mm的倍数，可方便与微型断路器并列安装使用。终端电能表计结构上有的厂家设计有防窃电措施，如“铅封”结构，能申请到计量器具制造许可证。因此，只要供电部门认可，也可作收费表使用。
   1.3 电气安全仪表
   主要针对低压配电系统检测剩余电流，防止电气火灾及人身触电伤亡事故。产品主要分为数显剩余电流监控仪表，剩余电流式电气火灾监控装置，IT配电系统绝缘检测仪等种类。
   1.3.1 数显剩余电流监控仪表
   通过剩余电流互感器，在0.4KV电压等级TN－C－S、TN－S及局部TT系统采集剩余电流，故障发生时，经仪表计算运行显示数值，超设定值时，发出报警或脱扣指令，防止事故发生或扩大。该类仪表也可称为数显剩余电流继电器，须取得CCC认证，归入继电器行业。
   1.3.2 剩余电流式电气火灾监控仪表
   该产品在0.4KV电压等级TN－C－S、TN－S及局部TT系统检测剩余电流外，还有电缆温度监测，三相电流、电压测量，多路继电器输出，支持消防联动等功能。因产品用来电气火灾监测，需在公安部（沈阳）消防研究所作型式测试合格，方可销售。
   1.3.3 IT配电系统绝缘监测仪表
   应用于医疗手术室、ICU病房等重要场合的IT配电系统，用来监视变压器次级回路对地绝缘阻抗，防止病人受到微电流电击。
   2 电力监控仪表与用户端智能配电系统
   用户端是电力系统的“配、用”环节，是智能电网的用电末端，主要有工矿企业、建筑楼宇、基础设施等用户。电网80%以上的电能是用户端消耗的。建立用户端智能配电系统，可以在电力变压器到用电设备之间，使电能传输、分配、控制、保护及管理实现网络化、智能化。使用电更加可靠、安全、高效、环保。智能电力仪表作为配电系统中开关电器的二次元件，起着对电参量的测量与监视，电能的计量与管理，电气故障的诊断和记录，设备运行的控制和保护等功能。
   智能配电系统就是把众多带通信接口的控制设备和仪表与计算机连接起来，实现集中数据采集、处理、监控、分析、调度等智能化管理。
   系统一般采用三层网络分布结构，即站控管理层、网络通讯层、现场设备层，如图1所示。
   
   图1 用户端智能配电系统
   站控层由系统软件与硬件设备，如工业计算机、打印机、UPS电源等组成。通讯层由服务器、通信网关、人机界面等组成。现场设备层由保护装置、电器开关与控制设备、电力监控仪表等组成。仪表既肩负采集数据的重任，同时也是执行后台控制命令的终端元件之一。
   电力监控仪表作为断路器的二次元件，在不同的应用场合配置也不一样。见图2。
   
   
   图2 断路器与电力仪表配置应用
   
   （1）断路器与监控仪表配置，可测量各种电参数、分析谐波、计量电能，通过I/O模块，采集断路器分合和报警状态，并可控制断路器合分闸。可大大减少电气故障。
   （2）断路器与保护仪表（马达控制器）配置，加上接触器，则有测量电参数及过载保护、不平衡保护、堵转保护等功能。确保马达正常运行，提高生产效率。
   （3）断路器与安全仪表（剩余电流火灾监控仪表）配置，可监测回路漏电流，若达到设置值时，报警输出。经消防处确认后，可通过指令，使断路器脱扣，防止发生短路引起的电气火灾事故。
   （4）断路器与电能管理仪表配置，可对电能进行分项计量，使用能按空调、动力、照明、特殊用电分项统计，方便分析高耗原因，提出降耗措施。
   当然，上述几项配置需求，也可用一块仪表同时实现电力监控、电能管理、电气安全的功能，从而减少仪表数量，方便用户选型，节省投资。
   3 市场前景分析
   电力监控仪表作为一个新兴产业，其市场前景与下列因素有关：（1）用户端的电力配电系统智能化需求及智能电网的推进；（2）工矿企业与建筑楼宇的节能减排；（3）新能源、新行业的发展需求；等等。
   3.1用户端的电力配电系统智能化需求及智能电网的推进
   目前，电的生产、传输及高端用户，如电信、银行、石化等大用户配电正在实现信息化、智能化。随着智能电网的推进，电的生产、传输与使用将信息互通，智能电力仪表将是各个电网环节的信息“传感器”，使智能电网下的电器设备信息“物物相联”。因此，电力监控仪表也将随用户端配电智能化的普级而市场容量逐步扩大。
   3.2 工矿企业与建筑楼宇的节能减排
   国务院各部委以及地方政府，把节能减排作为重点工作之一进行推进与落实。要求高能耗企业通过建立能源管理体系，采取降耗技术与措施，提高用能效率。为此，工矿企业实施合同能源管理，政府机关和大型公建实施能耗监测（见建科[2008]114号文），电能作为最主要的能源，用户端用能大户都应建立电能计量体系。因此，用于企业内部管理的智能电力仪表将随节能政策的推进而增加。
   3.3新能源、新行业的发展需求
   随着社会的发展，对核电、水电、光能、风能等新能源的需求逐步扩大，以减少对不可再生能源的依赖。新能源的发展，也给电力仪表带来了发展机遇。以光伏电站为例，需汇流箱多路直流检测装置，直流多功能电表，谐波表等多种仪表。1个10MW光伏电站安装的各类电力监控仪表在1200台左右。
   随着社会进步，对人生命安全的保障也越来越重视，为了安全用电，国家发布了多项设计规范，如JGJ16-2008《民用建筑电气设计规范》，GB50016-2006《建筑设计防火规范》等等，规定对剧院、商场、展览馆、医院、电信楼、广播台、高层建筑等人员密集或重要场所要加装剩余电流式火灾监控装置，防止漏电引起的火灾。另外，GB50333-2002《医院洁净手术部建筑设计规范》规定，县级二甲以上医院洁净手术部选用IT配电系统供电时，须加装绝缘监测仪表，确保病员人生安全，目前市场基本由德国本德尔垄断，尽管规范要求加装，由于价格昂贵，尚不能普及。但随着国产产品推出，打破垄断，价格下降，以及医疗卫生的普及，市场将进一步扩大。因此，电力仪表在新能源，新行业也有很大需求。
   4 主要存在问题
   由于电力仪表主要应用于用户端配电系统中，客户和行业均比较分散，影响其发展前景的主要是产品标准和质量问题。
   4.1 标准问题
   若电力仪表用来作电参量的测量，产品应符合GB/T22264-2008《安装式数字显示电测量仪表》标准，若用于低压马达的控制与保护，则应符合JB/T10736-2007《低压电动机保护器》标准，并取CCC认证；若用于作漏电流继电器，则应符合GB/T22387-2008《剩余电流动作继电器》；若用作电气火灾探测器，则应符合GB14287.2-2005《剩余电流式电气火灾监控探测器》；当然，用户有时还需要若干功能组合的产品，因此需要厂家具有在用户端配电领域丰富的应用经验和行业专业知识，才能满足不同用户不同配电系统的要求，因此，目前产品标准尚不能满足设计、生产、验收的要求，给电力仪表发展有一定影响。
   4.2 质量问题
   尽管市场前景十分明朗，但由于客户分散，行业要求也不相同，还存在客户的即时创新需求，软、硬件要即时修改。因此，订单呈现“小批量，多品种”模式，不利于规模化生产。新修改的版本，未经长时间运行考验，往往存在质量隐患。现电力仪表厂家众多，规模偏小，鱼目混珠，且大多手工生产操作，质量很难保证。但经过3-5年的市场洗礼，客户对一些优秀品牌的认可，市场的集中，生产厂家规模扩大，生产、检测靠装备保证，以及政府、行业的科学引导、推进，电力仪表产业会得到健康发展。
   
   参考文献
   [1] 施耐德公司,上海安科瑞公司,珠海派诺公司,丹东华通测控公司,溯高美公司,苏州万龙集团,江苏斯菲尔等公司产品手册及网站.
   [2] 胡建刚,陈平.“Riyear-PowerNet配电监控系统的运用”赛尔电气应用.2010年3期.
   [3] 清华大学建筑节能研究中心.中国建筑节能年度发展研究报告2010.
   
   作者简介：
   周中，男，大学本科，上海安科瑞电气股份有限公司董事长兼总经理，从事电力监控仪表的研发、标准及应用。<