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)計研究院， 濟(jì)南 250001）
摘 要：以蘇建科【2007】217號文件指導(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)能計量中的應(yīng)用。
關(guān)鍵詞：電力儀表 電能管理系統(tǒng) 建筑節(jié)能計量
Read SuJianKe 【2007】217 file
—analyses on application of power meter in building energy-saving measure
Wu Wenying1, Du Yundong2, Jiang Yuan 3
Abstract: According to guidelines of SuJianKe 【2007】217 file, characters and select scheme of power meter are introduced. Power meter could make up of background power energy managing system, implement many functions, and validate the application of power meter in building energy-saving measure by practical example.
Key words: power meter, power energy managing system, building energy-saving measure
0 引言
目前，據(jù)國家有關(guān)部門統(tǒng)計，國家機(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)國家同類建筑的1.5~2倍。
一方面，我國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號文《江蘇省公共建筑用能計量設(shè)計規(guī)定》，來加強(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)逐級分解落實(shí)，建立節(jié)能監(jiān)管體系和長效用能檢查、考核機(jī)制，完善用能計量設(shè)計。
新建、改建和擴(kuò)建單體2萬m2以上的公共建筑項(xiàng)目，在設(shè)計、施工圖審查時均應(yīng)執(zhí)行國家、省有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)定。
建筑內(nèi)的用能計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)行電能計量管理，可及時發(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)能計量中的選型方案
大型公共建筑電能計量宜采用電力儀表作為內(nèi)部管理電表，電力儀表在用戶安裝收費(fèi)電表的基礎(chǔ)上，考慮內(nèi)部電能計量與節(jié)能管理的需要安裝，用于建筑內(nèi)部電能的統(tǒng)計與管理。因此用戶可自主選擇采購，但應(yīng)注意制造商是否有電力儀表（電能部分）的計量許可證。電力儀表可以完成對各回路、各樓層或各功能區(qū)的電能數(shù)據(jù)的采集，通過后臺電能管理系統(tǒng)完成對大型公共建筑的電力監(jiān)控與電能計量管理。
電力儀表，是針對電力系統(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)計的。它能的測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來顯示儀表測量參數(shù)和電網(wǎng)系統(tǒng)的運(yùn)行信息。電力儀表功能、型號繁多，價格也各不相同，電能計量方案也多種多樣，因此，應(yīng)合理選配，達(dá)到較佳的性價比。
根據(jù)蘇建科[2007]217號文件，對大型公共建筑能耗數(shù)據(jù)實(shí)行分類計量，對電能按動力用電、照明與插座用電、空調(diào)用電和特殊用電進(jìn)行分項(xiàng)計量管理。因此，針對宿舍、商鋪、賓館客房等應(yīng)計量到經(jīng)濟(jì)核算單元的地方，可采用DDS1352或DDSF1352電表；
DDS1352單相電表，又稱為ADL10；單相電能計量表，DIN35mm導(dǎo)軌安裝，寬度為1個模數(shù)（即寬為18mm），一次zui大接入單相電流30A，精度1.0級。該儀表尺寸小，價格低，缺點(diǎn)是沒有通訊功能，不能組網(wǎng)。
DDSF1352單相電表，又稱為ADL100，同樣為DIN35mm導(dǎo)軌安裝，寬度為4個模數(shù)，一次zui大接入單相電流為80A，精度1.0級，具有峰、平、谷電能分時復(fù)費(fèi)率計量功能，帶RS485接口，Modbus通訊協(xié)議或DL/T645規(guī)約，可組網(wǎng)。主要應(yīng)用于對單相電能的計量，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
針對用電設(shè)施按照明與插座用電、動力用電、空調(diào)用電、特殊用電進(jìn)行分項(xiàng)計量，對學(xué)校教室、醫(yī)療病房、賓館客房按樓層或功能分區(qū)計量時，可選用DTSF1352或ACR120EL電表。
采用DTSF1352三相四線電表（見圖2），又稱ADL300，用于三相電能計量，具有尖、峰、平、谷電能分時復(fù)費(fèi)率計量功能，DIN35mm導(dǎo)軌安裝，寬度為7個模數(shù)，可安裝在照明箱或動力箱中，一次zui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，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，不需要對面板進(jìn)行開孔，這種一對一式的測量，對于系統(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，可安裝在動力箱或低壓出線柜門板上，面板尺寸為80mm×80mm，規(guī)格為220/380V、，電流經(jīng)互感器二次接入，精度0.5級，可測量電流、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。
對于一些重要場合需檢測諧波含量的，可采用ACR230ELH多功能電表，蘇建科[2007]217號文規(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、停車設(shè)備等不同功能的設(shè)備應(yīng)按干線分別計量?？照{(diào)系統(tǒng)的前端設(shè)備按干線系統(tǒng)計量，空調(diào)末端及空調(diào)插座應(yīng)按樓層或分區(qū)計量。當(dāng)建筑內(nèi)有經(jīng)濟(jì)核算單元且采用中央空調(diào)時，區(qū)域內(nèi)空調(diào)末端應(yīng)單獨(dú)設(shè)電能計量表。因此，采用ACR230ELH多功能電表，嵌入式安裝在配電柜門板上，面框尺寸為96mm×96mm，除測量所有電參量外，還具有zui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)、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。通過對配電系統(tǒng)的現(xiàn)場電力儀表進(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)場情況，采用現(xiàn)場總線以光纖環(huán)網(wǎng)、以太網(wǎng)或無線等組網(wǎng)方式實(shí)現(xiàn)電能集抄與電能計量功能。系統(tǒng)以計算機(jī)、通訊設(shè)備、現(xiàn)場電力儀表計量裝置為基本工具，為實(shí)時數(shù)據(jù)采集、遠(yuǎn)程管理與控制提供了基礎(chǔ)平臺。該系統(tǒng)主要采用分層分布式計算機(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，與通訊服務(wù)器、交換機(jī)、工業(yè)級計算機(jī)等組成一個后臺監(jiān)控管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對配電系統(tǒng)的監(jiān)控以及電能計量的管理。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的主要功能：
?。?）實(shí)時采集與顯示運(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)行時的計量管理、事故發(fā)生時的故障原因分析提供依據(jù)。
?。?）監(jiān)視電氣設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，如高、低壓進(jìn)線斷路器等各種類型開關(guān)當(dāng)前分、合狀態(tài)，是否正常運(yùn)行，如發(fā)現(xiàn)故障自動報警。
（3）對建筑物內(nèi)所有設(shè)備的用電量進(jìn)行記錄與統(tǒng)計，包括動力用電、照明與插座用電、空調(diào)用電、特殊用電等，并可生成各種報表及分析曲線等供用戶查詢使用。
?。?）事件記錄與故障報警，系統(tǒng)對所有用戶操作、開關(guān)變位、參量越限及其它用戶實(shí)際需求的事件均具有詳細(xì)的記錄功能，對開關(guān)變位、參量越限等信息還具有報警功能。
4 應(yīng)用案例
上海浦東某圖書館是一個高能耗大型公共建筑，總建筑面積60885平方米，圖書館變配電系統(tǒng)采用中壓微機(jī)保護(hù)裝置和多功能電力儀表來實(shí)時保護(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現(xiàn)場總線進(jìn)行組網(wǎng)，在中控室對現(xiàn)場各回路用電狀況實(shí)行監(jiān)測，并進(jìn)行數(shù)據(jù)庫存儲，自動生成用電日報表、月報表、年報表以及電能計量統(tǒng)計報表等，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)對現(xiàn)場設(shè)備回送的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行采集與傳輸?shù)耐瑫r，轉(zhuǎn)達(dá)上位機(jī)對現(xiàn)場設(shè)備的各種命令?，F(xiàn)場設(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，普通饋線回路及動力箱、照明箱中選用ADL系列導(dǎo)軌式電表，實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場各回路、各樓層的電能計量。
監(jiān)控室電能管理系統(tǒng)通過現(xiàn)場設(shè)備和通信系統(tǒng)提供的傳輸通道，完成對各用電回路的數(shù)據(jù)采集，信息經(jīng)分析、處理，以報表、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，還可提供快捷的遠(yuǎn)程控制手段，完成對設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的改變以及事故情況的處理。圖6給出了圖書館電能計量查詢表，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 圖書館電能分項(xiàng)計量查詢表
圖7 圖書館年分項(xiàng)用電量餅圖
5 結(jié)束語
隨著社會的發(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)對電能的分項(xiàng)及分時復(fù)費(fèi)率計量，不僅能顯示用電狀況，還具有網(wǎng)絡(luò)通訊功能，可以與計算機(jī)等組成電力監(jiān)控與電能管理系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)對采集數(shù)據(jù)的分析、處理，并生成各種電能報表、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)能計量中將會發(fā)揮越來越重要的作用。
文章來源于：《建筑節(jié)能》2010年6期。
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)測系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用[J].智能建筑電氣技術(shù).2009.3（5）
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