吳文英1　杜運(yùn)東2　姜園3

1. 蘇州中材非金屬礦工業(yè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，215004

2. 上海安科瑞電氣股份有限公司，上海 201801;

3. 山東省建筑設(shè)計(jì)研究院， 濟(jì)南 250001）

    摘 要：以蘇建科【2007】217號(hào)文件指導(dǎo)方針為依據(jù)，介紹了電力儀表的特點(diǎn)及選型方案，電力儀表的通訊功能，使其可以組成后臺(tái)電能管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)很多強(qiáng)大的功能，并以實(shí)例驗(yàn)證了電力儀表在建筑節(jié)能計(jì)量中的應(yīng)用。 

    0　 引言

    目前，據(jù)國(guó)家有關(guān)部門(mén)統(tǒng)計(jì)，國(guó)家機(jī)關(guān)辦公建筑和大型公共建筑每平方米建筑面積年平均耗電量為85.4度（年平均85.4kWh／m2），約占全國(guó)城鎮(zhèn)總耗電量的22%，每平方米耗電量是普通居民的10~20倍，是歐洲、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家同類(lèi)建筑的1.5~2倍。

    一方面，我國(guó)大型公共建筑用電巨大，另一方面，我們也缺乏直接數(shù)據(jù)為用電節(jié)能決策的制定提供參考。為此，江蘇省建設(shè)廳制定并印發(fā)蘇建科[2007]217號(hào)文《江蘇省公共建筑用能計(jì)量設(shè)計(jì)規(guī)定》，來(lái)加強(qiáng)公共建筑節(jié)能運(yùn)行管理，將節(jié)能減排各項(xiàng)工作目標(biāo)和任務(wù)逐級(jí)分解落實(shí)，建立節(jié)能監(jiān)管體系和長(zhǎng)效用能檢查、考核機(jī)制，完善用能計(jì)量設(shè)計(jì)。

    新建、改建和擴(kuò)建單體2萬(wàn)m2以上的公共建筑項(xiàng)目，在設(shè)計(jì)、施工圖審查時(shí)均應(yīng)執(zhí)行國(guó)家、省有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)定。

    建筑內(nèi)的用能計(jì)量裝置宜選用具有遠(yuǎn)傳功能的產(chǎn)品，便于設(shè)置管理系統(tǒng)，并與BA系統(tǒng)組網(wǎng)。

    電力在日常生產(chǎn)生活中起到了越來(lái)越重要的作用，在能源消耗中占到了大部分。因此，大型公共建筑實(shí)行電能計(jì)量管理，可及時(shí)發(fā)現(xiàn)糾正用電浪費(fèi)，為建筑節(jié)能考核提供數(shù)據(jù)。

    1　 電力儀表在建筑節(jié)能計(jì)量中的選型方案

    大型公共建筑電能計(jì)量宜采用電力儀表作為內(nèi)部管理電表，電力儀表在用戶(hù)安裝收費(fèi)電表的基礎(chǔ)上，考慮內(nèi)部電能計(jì)量與節(jié)能管理的需要安裝，用于建筑內(nèi)部電能的統(tǒng)計(jì)與管理。因此用戶(hù)可自主選擇采購(gòu)，但應(yīng)注意制造商是否有電力儀表（電能部分）的計(jì)量許可證。電力儀表可以完成對(duì)各回路、各樓層或各功能區(qū)的電能數(shù)據(jù)的采集，通過(guò)后臺(tái)電能管理系統(tǒng)完成對(duì)大型公共建筑的電力監(jiān)控與電能計(jì)量管理。

    電力儀表，是針對(duì)電力系統(tǒng)、工礦企業(yè)、公用設(shè)施、智能大型公共建筑的電力監(jiān)控與電能管理需求而設(shè)計(jì)的。它能高精度的測(cè)量所有常用的電力參數(shù)，如三相電壓、三相電流、有功功率、無(wú)功功率、頻率、功率因數(shù)、四象限電能等，采用可視度高的LCD來(lái)顯示儀表測(cè)量參數(shù)和電網(wǎng)系統(tǒng)的運(yùn)行信息。電力儀表功能、型號(hào)繁多，價(jià)格也各不相同，電能計(jì)量方案也多種多樣，因此，應(yīng)合理選配，達(dá)到較佳的性?xún)r(jià)比。

    根據(jù)蘇建科[2007]217號(hào)文件，對(duì)大型公共建筑能耗數(shù)據(jù)實(shí)行分類(lèi)計(jì)量，對(duì)電能按動(dòng)力用電、照明與插座用電、空調(diào)用電和特殊用電進(jìn)行分項(xiàng)計(jì)量管理。因此，針對(duì)宿舍、商鋪、賓館客房等應(yīng)計(jì)量到經(jīng)濟(jì)核算單元的地方，可采用DDS1352或DDSF1352電表；

    DDS1352單相電表，又稱(chēng)為ADL10；單相電能計(jì)量表，DIN35mm導(dǎo)軌安裝，寬度為1個(gè)模數(shù)（即寬為18mm），一次最大接入單相電流30A，精度1.0級(jí)。該儀表尺寸小，價(jià)格低，缺點(diǎn)是沒(méi)有通訊功能，不能組網(wǎng)。

    DDSF1352單相電表，又稱(chēng)為ADL100，同樣為DIN35mm導(dǎo)軌安裝，寬度為4個(gè)模數(shù)，一次最大接入單相電流為80A，精度1.0級(jí)，具有峰、平、谷電能分時(shí)復(fù)費(fèi)率計(jì)量功能，帶RS485接口，Modbus通訊協(xié)議或DL/T645規(guī)約，可組網(wǎng)。主要應(yīng)用于對(duì)單相電能的計(jì)量，常用在配電箱內(nèi)。DDS1352及DDSF1352單相電表外形及應(yīng)用如圖1所示：

圖1　DDS1352電表外形，DDSF1352電表外形及其應(yīng)用

    針對(duì)用電設(shè)施按照明與插座用電、動(dòng)力用電、空調(diào)用電、特殊用電進(jìn)行分項(xiàng)計(jì)量，對(duì)學(xué)校教室、醫(yī)療病房、賓館客房按樓層或功能分區(qū)計(jì)量時(shí)，可選用DTSF1352或ACR120EL電表。

    采用DTSF1352三相四線電表（見(jiàn)圖2），又稱(chēng)ADL300，用于三相電能計(jì)量，具有尖、峰、平、谷電能分時(shí)復(fù)費(fèi)率計(jì)量功能，DIN35mm導(dǎo)軌安裝，寬度為7個(gè)模數(shù)，可安裝在照明箱或動(dòng)力箱中，一次最大接入三相電流80A，80A以上可經(jīng)電流互感器二次接入，精度0.5級(jí)，帶RS485接口，Modbus通訊協(xié)議或DL/T645通訊規(guī)約，可組網(wǎng)[1]。

    ADL系列導(dǎo)軌式安裝電能表，可以很方便地安裝在配電柜（箱）背面的導(dǎo)軌上，不需要對(duì)面板進(jìn)行開(kāi)孔，這種一對(duì)一式的測(cè)量，對(duì)于系統(tǒng)的檢修維護(hù)是非常清晰方便的。

圖2　DTSF1352電表外形及其在動(dòng)力箱中的應(yīng)用

    采用ACR120EL多功能電表，該表為嵌入式安裝，可安裝在動(dòng)力箱或低壓出線柜門(mén)板上，面板尺寸為80mm×80mm，規(guī)格為220/380V、5A，電流經(jīng)互感器二次接入，精度0.5級(jí)，可測(cè)量電流、電壓、功率、頻率、功率因數(shù)、四象限電能等電參量，帶RS485接口，Modbus通訊協(xié)議。

    對(duì)于一些重要場(chǎng)合需檢測(cè)諧波含量的，可采用ACR230ELH多功能電表，蘇建科[2007]217號(hào)文規(guī)定，重要進(jìn)線及饋線回路，如電梯、水泵、風(fēng)機(jī)、廚房設(shè)備、停車(chē)設(shè)備等不同功能的設(shè)備應(yīng)按干線分別計(jì)量。空調(diào)系統(tǒng)的前端設(shè)備按干線系統(tǒng)計(jì)量，空調(diào)末端及空調(diào)插座應(yīng)按樓層或分區(qū)計(jì)量。當(dāng)建筑內(nèi)有經(jīng)濟(jì)核算單元且采用中央空調(diào)時(shí)，區(qū)域內(nèi)空調(diào)末端應(yīng)單獨(dú)設(shè)電能計(jì)量表。因此，采用ACR230ELH多功能電表，嵌入式安裝在配電柜門(mén)板上，面框尺寸為96mm×96mm，除測(cè)量所有電參量外，還具有最大需量，2-31次電流、電壓諧波分量、電壓波峰系數(shù)、電流K系數(shù)、電話波形因子、電流電壓不平衡度、正負(fù)零序分量分析等功能。ACR120EL，ACR230ELH多功能電表外形及其在低壓配電柜中的實(shí)際應(yīng)用如圖3所示。

圖3　ACR120EL、ACR230ELH多功能電表外形及其在配電抽屜柜中的應(yīng)用

    2　 電力儀表的組網(wǎng)

    電力儀表可作為內(nèi)部管理電表單獨(dú)使用，取代大量傳統(tǒng)的模擬儀表，亦可作為電力監(jiān)控與電能管理系統(tǒng)的前端設(shè)備，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集與控制。符合工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的RS485通訊接口，使得組網(wǎng)輕松便捷，是實(shí)現(xiàn)SCADA系統(tǒng)集成的理想選擇。

    儀表之間采用屏蔽雙絞線進(jìn)行總線型連接，圖4所示為ADL儀表通訊電纜接線示意圖。通過(guò)對(duì)配電系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)電力儀表進(jìn)行組網(wǎng)，經(jīng)由通訊網(wǎng)絡(luò)到達(dá)監(jiān)控主機(jī)，將分散的儀表連接為一個(gè)有機(jī)的整體。

圖4　電力儀表通訊線纜接線示意圖

    3　 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及實(shí)現(xiàn)的功能

    大型公共建筑電能管理系統(tǒng)可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，采用現(xiàn)場(chǎng)總線以光纖環(huán)網(wǎng)、以太網(wǎng)或無(wú)線等組網(wǎng)方式實(shí)現(xiàn)電能集抄與電能計(jì)量功能。系統(tǒng)以計(jì)算機(jī)、通訊設(shè)備、現(xiàn)場(chǎng)電力儀表計(jì)量裝置為基本工具，為實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、遠(yuǎn)程管理與控制提供了基礎(chǔ)平臺(tái)。該系統(tǒng)主要采用分層分布式計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，分站控管理層、網(wǎng)絡(luò)通訊層和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層[2]（如圖5）。

圖5 電能管理系統(tǒng)

    電力儀表用屏蔽雙絞線相互連接起來(lái)，與通訊服務(wù)器、交換機(jī)、工業(yè)級(jí)計(jì)算機(jī)等組成一個(gè)后臺(tái)監(jiān)控管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)配電系統(tǒng)的監(jiān)控以及電能計(jì)量的管理。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的主要功能：

    （1）實(shí)時(shí)采集與顯示運(yùn)行參數(shù)，如電壓、電流、功率、功率因數(shù)，有功電能等，為正常運(yùn)行時(shí)的計(jì)量管理、事故發(fā)生時(shí)的故障原因分析提供依據(jù)。

    （2）監(jiān)視電氣設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，如高、低壓進(jìn)線斷路器等各種類(lèi)型開(kāi)關(guān)當(dāng)前分、合狀態(tài)，是否正常運(yùn)行，如發(fā)現(xiàn)故障自動(dòng)報(bào)警。

    （3）對(duì)建筑物內(nèi)所有設(shè)備的用電量進(jìn)行記錄與統(tǒng)計(jì)，包括動(dòng)力用電、照明與插座用電、空調(diào)用電、特殊用電等，并可生成各種報(bào)表及分析曲線等供用戶(hù)查詢(xún)使用。

    （4）事件記錄與故障報(bào)警，系統(tǒng)對(duì)所有用戶(hù)操作、開(kāi)關(guān)變位、參量越限及其它用戶(hù)實(shí)際需求的事件均具有詳細(xì)的記錄功能，對(duì)開(kāi)關(guān)變位、參量越限等信息還具有報(bào)警功能。

    4　 應(yīng)用案例

    上海浦東某圖書(shū)館是一個(gè)高能耗大型公共建筑，總建筑面積60885平方米，圖書(shū)館變配電系統(tǒng)采用中壓微機(jī)保護(hù)裝置和多功能電力儀表來(lái)實(shí)時(shí)保護(hù)線路和采集電參量數(shù)據(jù)，所有的中壓微機(jī)保護(hù)裝置和電力儀表均通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線進(jìn)行組網(wǎng)，在中控室對(duì)現(xiàn)場(chǎng)各回路用電狀況實(shí)行監(jiān)測(cè)，并進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)，自動(dòng)生成用電日?qǐng)?bào)表、月報(bào)表、年報(bào)表以及電能計(jì)量統(tǒng)計(jì)報(bào)表等，為管理人員的分析、決策提供參考。

    該項(xiàng)目電能管理系統(tǒng)采用三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，站控管理層是人機(jī)交互的直接窗口，主要由工控機(jī)等組成。通訊管理層主要由通訊服務(wù)器和交換機(jī)等組成，是數(shù)據(jù)信息交互的橋梁，負(fù)責(zé)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備回送的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行采集與傳輸?shù)耐瑫r(shí)，轉(zhuǎn)達(dá)上位機(jī)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的各種命令。現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層的電力儀表主要為ACR系列多功能電表和ADL系列導(dǎo)軌式電表，低壓進(jìn)線回路及重要饋線回路選用ACR系列多功能電表，普通饋線回路及動(dòng)力箱、照明箱中選用ADL系列導(dǎo)軌式電表，實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)各回路、各樓層的電能計(jì)量。

    監(jiān)控室電能管理系統(tǒng)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和通信系統(tǒng)提供的傳輸通道，完成對(duì)各用電回路的數(shù)據(jù)采集，信息經(jīng)分析、處理，以報(bào)表、圖形等多種形式供值班員參考，使值班員能夠便捷的掌握系統(tǒng)的運(yùn)行及電能使用狀況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)、糾正用電浪費(fèi)現(xiàn)象，從而節(jié)約用電。在需要時(shí)，還可提供快捷的遠(yuǎn)程控制手段，完成對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的改變以及事故情況的處理。圖6給出了圖書(shū)館電能計(jì)量查詢(xún)表，很清楚的顯示出各分項(xiàng)用電的使用情況。圖7是系統(tǒng)給出的圖書(shū)館照明、空調(diào)及插座等分項(xiàng)用電量的餅圖，很直觀地顯示出分項(xiàng)用電量的百分比。

圖6　圖書(shū)館電能分項(xiàng)計(jì)量查詢(xún)表

圖7　圖書(shū)館年分項(xiàng)用電量餅圖

    5　 結(jié)束語(yǔ)

    隨著社會(huì)的發(fā)展及電力的廣泛應(yīng)用，電能管理已成為大型公共建筑智能化建設(shè)的必然選擇，本文介紹的電力儀表，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電能的分項(xiàng)及分時(shí)復(fù)費(fèi)率計(jì)量，不僅能顯示用電狀況，還具有網(wǎng)絡(luò)通訊功能，可以與計(jì)算機(jī)等組成電力監(jiān)控與電能管理系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)對(duì)采集數(shù)據(jù)的分析、處理，并生成各種電能報(bào)表、分析曲線、圖形等，便于電能的遠(yuǎn)程抄表以及分析、研究。該系列電力儀表運(yùn)行可靠，穩(wěn)定，在建筑節(jié)能計(jì)量中將會(huì)發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。

    參考文獻(xiàn)

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    [2] 王斌 杜運(yùn)東等.基于Acrel-5000的大型公共建筑能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].智能建筑電氣技術(shù).2009.3(5) <