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

電力監(jiān)控儀表是電工儀表行業(yè)的一個新興、細分行業(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。隨著計算機技術(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、用的各個環(huán)節(jié)，實現(xiàn)對電網(wǎng)電參量的測量、計量、分析、診斷、控制、保護，并帶模擬量輸出和標準通訊接口。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，安裝方式分嵌入式和導(dǎo)軌式兩種。

1 電力監(jiān)控儀表主要分類

1.1監(jiān)控與保護儀表

主要對電網(wǎng)中的電力參數(shù)測量、故障診斷、越限報警、事件記錄，以及對電氣設(shè)備的運行進行控制和保護，產(chǎn)品又可細分為數(shù)顯電測儀表、監(jiān)控儀表、保護儀表。
 
1.1.1 數(shù)顯電測表

主要替代傳統(tǒng)指針式儀表，對各種電參數(shù)進行測量，有測量精度高，顯示直觀，測量范圍寬等優(yōu)點。
 
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，帶標準RS485接口。通過對電氣回路的斷路器、接觸器等低壓元件進行狀態(tài)監(jiān)視，遠程控制、報警和事件記錄，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 保護儀表

主要針對0.69KV電壓等級的電源進線、饋線、馬達、電容器等電氣回路進行監(jiān)測和保護，儀表通過建立熱容量模型，當故障電流達到某一值時，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，短路保護，過壓、欠壓保護，漏電保護等功能。該類產(chǎn)品既有監(jiān)控功能，又具有繼電器特點，需取CCC認證，一般歸在繼電器保護及電力自動化行業(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，為使用能透明可控，對高、低壓開關(guān)柜，動力箱，照明箱各個電氣節(jié)點的重點用能設(shè)備進行監(jiān)控管理就十分必要。該電能計量表計既要安裝于開關(guān)柜、配電箱的各個回路，又要與配電系統(tǒng)兼容組網(wǎng)，由電力公司加裝的傳統(tǒng)的收費電表無法同時滿足。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，四象限電能計量，復(fù)費率分時計費，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、零序分量等。
 
1.2.2 終端電能計量管理儀表

該類電表主要用于380V/220V配、用電末端，功能有電能計量，包括有功、無功電能，復(fù)費率分時計費，最大需量統(tǒng)計，最大一次接入電流可達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。終端電能表計結(jié)構(gòu)上有的廠家設(shè)計有防竊電措施，如“鉛封”結(jié)構(gòu)，能申請到計量器具制造許可證。因此，只要供電部門認可，也可作收費表使用。
 
1.3 電氣安全儀表

主要針對低壓配電系統(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TN－C－S、TN－S及局部TT系統(tǒng)采集剩余電流，故障發(fā)生時，經(jīng)儀表計算運行顯示數(shù)值，超設(shè)定值時，發(fā)出報警或脫扣指令，防止事故發(fā)生或擴大。該類儀表也可稱為數(shù)顯剩余電流繼電器，須取得CCC認證，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)動等功能。因產(chǎn)品用來電氣火災(zāi)監(jiān)測，需在公安部（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)視變壓器次級回路對地絕緣阻抗，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、保護及管理實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化、智能化。使用電更加可靠、安全、高效、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，起著對電參量的測量與監(jiān)視，電能的計量與管理，電氣故障的診斷和記錄，設(shè)備運行的控制和保護等功能。
 
智能配電系統(tǒng)就是把眾多帶通信接口的控制設(shè)備和儀表與計算機連接起來，實現(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。

 
站控層由系統(tǒng)軟件與硬件設(shè)備，如工業(yè)計算機、打印機、UPS電源等組成。通訊層由服務(wù)器、通信網(wǎng)關(guān)、人機界面等組成?，F(xiàn)場設(shè)備層由保護裝置、電器開關(guān)與控制設(shè)備、電力監(jiān)控儀表等組成。儀表既肩負采集數(shù)據(jù)的重任，同時也是執(zhí)行后臺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、計量電能，通過I/O模塊，采集斷路器分合和報警狀態(tài)，并可控制斷路器合分閘?？纱蟠鬁p少電氣故障。
 
（2）斷路器與保護儀表（馬達控制器）配置，加上接觸器，則有測量電參數(shù)及過載保護、不平衡保護、堵轉(zhuǎn)保護等功能。確保馬達正常運行，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，若達到設(shè)置值時，報警輸出。經(jīng)消防處確認后，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，可對電能進行分項計量，使用能按空調(diào)、動力、照明、特殊用電分項統(tǒng)計，方便分析高耗原因，提出降耗措施。
 
當然，上述幾項配置需求，也可用一塊儀表同時實現(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；（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

目前，電的生產(chǎn)、傳輸及高端用戶，如電信、銀行、石化等大用戶配電正在實現(xiàn)信息化、智能化。隨著智能電網(wǎng)的推進，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而市場容量逐步擴大。
 
3.2 工礦企業(yè)與建筑樓宇的節(jié)能減排

國務(wù)院各部委以及地方政府，把節(jié)能減排作為重點工作之一進行推進與落實。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)實施合同能源管理，政府機關(guān)和大型公建實施能耗監(jiān)測（見建科[2008]114號文），電能作為最主要的能源，用戶端用能大戶都應(yīng)建立電能計量體系。因此，用于企業(yè)內(nèi)部管理的智能電力儀表將隨節(jié)能政策的推進而增加。
 
3.3新能源、新行業(yè)的發(fā)展需求

隨著社會的發(fā)展，對核電、水電、光能、風(fēng)能等新能源的需求逐步擴大，以減少對不可再生能源的依賴。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10MW光伏電站安裝的各類電力監(jiān)控儀表在1200臺左右。
 
隨著社會進步，對人生命安全的保障也越來越重視，為了安全用電，國家發(fā)布了多項設(shè)計規(guī)范，如JGJ16-2008《民用建筑電氣設(shè)計規(guī)范》，GB50016-2006《建筑設(shè)計防火規(guī)范》等等，規(guī)定對劇院、商場、展覽館、醫(yī)院、電信樓、廣播臺、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)計規(guī)范》規(guī)定，縣級二甲以上醫(yī)院潔凈手術(shù)部選用IT配電系統(tǒng)供電時，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，由于價格昂貴，尚不能普及。但隨著國產(chǎn)產(chǎn)品推出，打破壟斷，價格下降，以及醫(yī)療衛(wèi)生的普及，市場將進一步擴大。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)品標準和質(zhì)量問題。
 
4.1 標準問題

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》標準，若用于低壓馬達的控制與保護，則應(yīng)符合JB/T10736-2007《低壓電動機保護器》標準，并取CCC認證；若用于作漏電流繼電器，則應(yīng)符合GB/T22387-2008《剩余電流動作繼電器》；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》；當然，用戶有時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)驗和行業(yè)專業(yè)知識，才能滿足不同用戶不同配電系統(tǒng)的要求，因此，目前產(chǎn)品標準尚不能滿足設(shè)計、生產(chǎn)、驗收的要求，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，還存在客戶的即時創(chuàng)新需求，軟、硬件要即時修改。因此，訂單呈現(xiàn)“小批量，多品種”模式，不利于規(guī)模化生產(chǎn)。新修改的版本，未經(jīng)長時間運行考驗，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，客戶對一些優(yōu)秀品牌的認可，市場的集中，生產(chǎn)廠家規(guī)模擴大，生產(chǎn)、檢測靠裝備保證，以及政府、行業(yè)的科學(xué)引導(dǎo)、推進，電力儀表產(chǎn)業(yè)會得到健康發(fā)展。