劉輝¹　王曉明²　陸明²
（1. 華東建筑設(shè)計研究院有限公司，上海 201801；2. 上海安科瑞電氣股份有限公司，上海 201801）

摘    要：以滬建交【2008】828號文件指導(dǎo)方針為依據(jù)，介紹了電力儀表的特點及選型方案，電力儀表的通訊功能，并介紹了電力儀表的組網(wǎng)及ACREL5000能耗分項計量系統(tǒng)，并以實例驗證了電力儀表及系統(tǒng)在建筑節(jié)能計量中的應(yīng)用。
關(guān)鍵詞：電力儀表 ACREL5000 建筑能耗分項計量  

Read HuJianJiao 【2008】828 file
—analyses on application of power meter in building energy- subentry measure

 Liu Hui, Lu Ming

Abstract:  According to guidelines of HuJianJiao 【2008】828 file, characters and select scheme of power meter are introduced. Power meter could make up of background power ACREL5000, and validate the application of power meter in building energy-saving measure by practical example.
Key words: power meter, ACREL5000, building energy- subentry measure

0　 引言
　　根據(jù)有關(guān)部門統(tǒng)計建筑能耗已成為一個國家總能耗的重要組成部分，發(fā)達國家的建筑能耗占其總能耗的30－40％，現(xiàn)有400多億平方米的建筑，在使用過程中采暖、空調(diào)、通風、照明、動力等方面消耗的能量已占全國總能耗的30%左右，上海市建筑能耗為全市總能耗的25.4％。電能作為二次能源，具有很高的終端利用效率，也更清潔和便于使用。因此對建筑運行能耗而言，電力消耗已成為建筑物的主要能耗，根據(jù)對上海市公共建筑的調(diào)研和統(tǒng)計表明，商場、辦公樓和賓館，單位建筑面積的年耗電量為70~300kWh/平方米，相當于普通居民住宅的10~20倍，是建筑能源消耗的高密度領(lǐng)域。而從各種公共建筑能耗比例分析來看，上海屬于夏熱冬冷地區(qū)，公共建筑的運行能耗以空調(diào)能耗為主，但電氣照明與動力能耗也相當高，尤其是商場與辦公樓二者占總能耗的50％以上，因此，應(yīng)該重視大型公建的節(jié)能工作。
　　一方面，我國大型公共建筑用電巨大其建筑總面積不足城鎮(zhèn)建筑面積的4%，但能耗缺占總耗電的22%。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，上海市建設(shè)和交通委員會制定并印發(fā)滬建交[2008]828號《加強本市民用建筑設(shè)備節(jié)能設(shè)計技術(shù)管理的通知》，來加強公共建筑節(jié)能運行管理，將節(jié)能減排各項工作目標和任務(wù)逐級分解落實，建立節(jié)能監(jiān)管體系和長效用能檢查、考核機制，完善用能計量設(shè)計。
　　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，大型公共建筑實行電能計量管理，可準確、及時了解各機電設(shè)備的能耗狀況，從而發(fā)現(xiàn)可能存在的能耗漏洞，使節(jié)能改造對癥展開，并使各種節(jié)能措施的實施效果得以客觀的反映和評價及時發(fā)現(xiàn)糾正用電浪費現(xiàn)象，為建筑節(jié)能考核提供數(shù)據(jù)。

1　 滬建交【2008】828號文解讀
　　滬建交〔2008〕828號規(guī)定從2009年1月1日起，單體建筑面積大于2萬平方米的大型公共建筑、市（區(qū)）兩級國家機關(guān)辦公建筑、申請國家和本市的建筑節(jié)能示范項目，應(yīng)當符合下列要求：
　　（1） 建筑照明功率密度（LPD）應(yīng)當達到現(xiàn)行《建筑照明設(shè)計準》（GB50034）的照明節(jié)能目標值要求。
　　（2）采用的房間空調(diào)器，其能效比（EER）不應(yīng)低于《空間空氣調(diào)節(jié)器能效限定值及能源效率等級》在（GB12021.3-2004）中的2級標準要求。
　　（3） 按照《技術(shù)導(dǎo)則》要求設(shè)置建筑能耗監(jiān)測系統(tǒng)。
　　（4）對要求設(shè)置建筑能耗監(jiān)測系統(tǒng)的項目，建設(shè)單位在組織工程項目竣工驗收時應(yīng)當納入竣工驗收的內(nèi)容。市或者區(qū)（縣）建設(shè)工程質(zhì)量監(jiān)督部門應(yīng)當加強監(jiān)督檢查。
　　（5）建筑物能耗數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)應(yīng)當包括：監(jiān)測建筑物中各計量裝置、數(shù)據(jù)采集器和數(shù)據(jù)采集通道。
　　（6）能耗數(shù)據(jù)采集方式分為自動和人工采集兩種。對建筑物耗煤（液化石油、人工煤氣、汽油、柴油、煤油）等能耗量，在無法實現(xiàn)自動采集情況下，應(yīng)當通過人工采集方式輸入能耗監(jiān)測系統(tǒng)；對建筑物能耗監(jiān)測系統(tǒng)的自動計量裝置所采集的能耗數(shù)據(jù)，應(yīng)當通過RS485接口，并采用TCP/IP通信協(xié)議自動和實時上傳能耗數(shù)據(jù)。

2　 電力儀表在建筑能耗分項計量中的選型方案
　　大型公共建筑電能計量宜采用智能電力儀表作為內(nèi)部管理電表，電力儀表在用戶安裝供電部門收費電表的基礎(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)部電量的統(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、各樓層或各分項計量區(qū)的電能數(shù)據(jù)的采集，通過ACREL5000能耗分項計量系統(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，達到較佳的性價比。
　　根據(jù)滬建交[2008]828號文件，對大型公共建筑能耗數(shù)據(jù)實行分類計量，對電量按動力用電、照明與插座用電、空調(diào)用電和特殊用電進行分項計量管理。因此，針對宿舍、商鋪、賓館客房等需單獨計量的地方，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，缺點是沒有通訊功能，不能組網(wǎng)，但有脈沖輸出可與ARTU-P32連接進行組網(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，可測量電壓、電流，具有峰、平、谷電能分時復(fù)費率計量功能，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、特殊用電進行分項計量，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]。

圖2　DTSF1352電表外形及其在動力箱中的應(yīng)用

　　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，不需要對面板進行開孔，這種一對一式的計量，對于系統(tǒng)的檢修維護是非常方便的。
　　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，開孔為76mm×76mm，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。
　　對于一些重要回路需檢測諧波含量的，可采用ACR230ELH多功能電表，滬建交[2008]828號文規(guī)定，在變壓器低壓側(cè)（AC230／400V）總進線處，應(yīng)當設(shè)置多功能電能表，至少具有監(jiān)測和計量三相電流、電壓、有功功率、功率因數(shù)、有功電能、zui大需量、總諧波含量和2-21次各次諧波分量的功能。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際應(yīng)用如圖3所示。

圖3　ACR120EL、ACR230ELH多功能電表外形

3　 電力儀表的組網(wǎng)
　　電力儀表可作為內(nèi)部管理電表單獨使用，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，實現(xiàn)遠程數(shù)據(jù)采集與控制。符合工業(yè)標準的RS485通訊接口，使得組網(wǎng)輕松便捷，是實現(xiàn)SCADA系統(tǒng)集成的理想選擇。
　　儀表之間采用屏蔽雙絞線進行總線型連接，圖4所示為ACR120EL儀表通訊電纜接線示意圖。通過對配電系統(tǒng)的現(xiàn)場電力儀表進行組網(wǎng)，經(jīng)由通訊網(wǎng)絡(luò)到達監(jiān)控主機，將分散的儀表連接為一個有機的整體。

圖4　電力儀表通訊線纜接線示意圖

4　 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及實現(xiàn)的功能
　　ACREL5000能耗分項計量系統(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)方式實現(xiàn)電能集抄與電能計量功能。系統(tǒng)以計算機、通訊設(shè)備、現(xiàn)場電力儀表計量裝置為基本工具，為實時數(shù)據(jù)采集、遠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（如圖5）。

圖5　電能管理系統(tǒng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

　　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、工業(yè)級計算機等組成一個后臺監(jiān)控管理系統(tǒng)，實現(xiàn)對配電系統(tǒng)的監(jiān)控以及電能計量的管理。系統(tǒng)實現(xiàn)的主要功能：
　　（1）實時采集與顯示運行參數(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)。
　　（2）監(jiān)視電氣設(shè)備運行狀態(tài)，如高、低壓進線斷路器等各種類型開關(guān)當前分、合狀態(tài)，是否正常運行，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。
　　（4）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際需求的事件均具有詳細的記錄功能，對開關(guān)變位、參量越限等信息還具有報警功能。

5　 應(yīng)用案例
　　上海世博村（A地塊）VIP生活館項目定位于五酒店，是 2010 年上海世博會配套世博村項目中規(guī)格zui高的酒店。VIP 生活館工程占地面積約為25500平方米 ，總建筑面積66000 平米，建筑高度約95米 ，地上部分26層 ，地下為2 層，共有客房443間。生活館電能管理系統(tǒng)采用ACREL5000能耗監(jiān)測系統(tǒng)及中壓微機保護裝置和多功能電力儀表來實時保護線路和采集電參量數(shù)據(jù)，所有的中壓微機保護裝置和電力儀表均通過現(xiàn)場總線進行組網(wǎng)，在中控室對現(xiàn)場各回路用電狀況實行監(jiān)測，并進行數(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)，站控管理層是人機交互的直接窗口，主要由工控機、打印機等組成。通訊管理層主要由通訊服務(wù)器和交換機等組成，是數(shù)據(jù)信息交互的橋梁，負責對現(xiàn)場設(shè)備回送的數(shù)據(jù)信息進行采集與傳輸?shù)耐瑫r，轉(zhuǎn)達上位機對現(xiàn)場設(shè)備的各種命令。現(xiàn)場設(shè)備層的電力儀表主要為ACR系列多功能電表，低壓進線回路及重要饋線回路選用ACR系列多功能諧波電表，整個系統(tǒng)分為樓層和變電所部分。
　　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)的運行及電能使用狀況，及時發(fā)現(xiàn)、糾正用電浪費現(xiàn)象，從而節(jié)約用電。在需要時，還可提供快捷的遠程控制手段，完成對設(shè)備運行狀態(tài)的改變以及事故情況的處理。圖6給出了生活館電能計量查詢表，很清楚的顯示出各分項用電的使用情況。圖7是系統(tǒng)給出的生活館照明、空調(diào)及插座等分項用電量的餅圖，很直觀地顯示出分項用電量的百分比。

 圖6　生活館電能分項計量查詢表

 圖7　生活館月分項用電量餅圖

6　 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的必然選擇，本文介紹的電力儀表及ACREL5000能耗監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用，可以實現(xiàn)對電能的分項及分時復(fù)費率計量，不僅能顯示用電狀況，還具有網(wǎng)絡(luò)通訊功能，可以與計算機等組成電力監(jiān)控與電能管理系統(tǒng)。系統(tǒng)實現(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，便于電能的遠程抄表以及分析、研究。該系列電力儀表及系統(tǒng)運行可靠，穩(wěn)定，在很多大型公建中成功應(yīng)用，取得了很好的經(jīng)濟和社會效益。

　　文章來源于：《電控配電》2010年3期。

參考文獻
[1] 任致程 周中. 電力電測數(shù)字儀表原理與應(yīng)用指南[M]. 北京. 中國電力出版社. 2007. 4
[2] 滬建交【2008】828號《加強本市民用建筑設(shè)備節(jié)能設(shè)計技術(shù)管理的通知》

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