電力儀表在大型公共建筑電能分項(xiàng)計(jì)量中的應(yīng)用

周中¹　杜毅威²　杜運(yùn)東¹
（1. 上海安科瑞電氣股份有限公司，上海 201801；2.中國建筑西南設(shè)計(jì)研究院，成都 610081 ） 

摘    要：介紹了電力儀表的功能特點(diǎn)以及電力儀表在大型公共建筑電能分項(xiàng)計(jì)量中的選型方案，電力儀表具有的通訊功能，可以與計(jì)算機(jī)等組成電能管理系統(tǒng)，其強(qiáng)大的電能報(bào)表、曲線分析、圖形顯示功能，使得電力儀表在大型公共建筑電能分項(xiàng)計(jì)量中的應(yīng)用越來越廣泛。
關(guān)鍵詞：電力儀表 大型公共建筑 電能分項(xiàng)計(jì)量

0　 引言
　　目前，據(jù)國家有關(guān)部門統(tǒng)計(jì)，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，國務(wù)院令第531號《公共機(jī)構(gòu)節(jié)能條例》第14條明確指出：公共機(jī)構(gòu)應(yīng)當(dāng)實(shí)行能源消費(fèi)計(jì)量制度，區(qū)分用能種類，用能系統(tǒng)實(shí)行能源消費(fèi)分戶、分類、分項(xiàng)計(jì)量，并對能源消耗狀況實(shí)行監(jiān)測，及時發(fā)現(xiàn)、糾正用能浪費(fèi)現(xiàn)象。江蘇、上海等地方分別推出蘇建科[2007]217號文《江蘇省公共建筑用能計(jì)量設(shè)計(jì)規(guī)定》和滬建交[2008]828號文《關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)本市民用建筑設(shè)備專業(yè)節(jié)能設(shè)計(jì)技術(shù)管理的通知》，進(jìn)一步明確提出對主要用電設(shè)施分項(xiàng)計(jì)量，對辦公樓、商場、宿舍等應(yīng)計(jì)量到經(jīng)濟(jì)核算單元，對醫(yī)療病房、賓館客房、學(xué)校教室應(yīng)按樓層或功能分區(qū)計(jì)量等等。
　　由此可見，大型公共建筑實(shí)行電能分項(xiàng)計(jì)量管理，可及時發(fā)現(xiàn)糾正用電浪費(fèi)，并為建筑節(jié)能考核提供數(shù)據(jù)。

1　 大型公建電能計(jì)量宜采用智能電力監(jiān)控儀表
　　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，不宜用收費(fèi)電表。兩者主要特點(diǎn)歸納如下（見表1）。

表1　收費(fèi)電表與電力儀表之比較

　　供電部門一般給用戶實(shí)施一戶一表的收費(fèi)制度，即收費(fèi)電表由供電部門統(tǒng)一安裝。因此，收費(fèi)電表除了要有技監(jiān)局發(fā)放的計(jì)量器具許可證外，還需要當(dāng)?shù)厥?、市電力部門的許可才可安裝使用。在大型公共建筑電能管理中，供電部門一般會在總進(jìn)線處安裝收費(fèi)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(jì)量與節(jié)能管理的需要安裝，用于內(nèi)部電能管理。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(jì)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)的分項(xiàng)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能分項(xiàng)計(jì)量。
2　 電力儀表在電能分項(xiàng)計(jì)量中的選型方案
　　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(jì)的。它能高精度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(jì)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)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部114號文件，對大型公共建筑能耗數(shù)據(jù)實(shí)行分類、分項(xiàng)計(jì)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(jì)量管理[1]。因此，針對宿舍、商鋪、病房等應(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，用于單相電能計(jì)量，DIN35mm導(dǎo)軌安裝，寬度為1個模數(shù)（即寬為18mm），一次最大接入單相電流30A，精度1.0級。優(yōu)點(diǎn)是尺寸小，價格低，缺點(diǎn)是沒有通訊功能，不能組網(wǎng)。
　　DDSF1352單相電表，同樣為DIN35mm導(dǎo)軌安裝，寬度為4個模數(shù)，一次最大接入單相電流為80A，精度1.0級，具有峰、平、谷電能分時復(fù)費(fèi)率計(jì)量功能，帶RS485接口，Modbus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(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(jì)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(jì)量時，可選用DTSF1352或ACR120EL電表。
　　采用DTSF1352三相四線電表（見圖2），用于三相電能計(jì)量，具有尖、峰、平、谷電能分時復(fù)費(fèi)率計(jì)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，一次最大接入三相電流80A，80A以上可經(jīng)電流互感器采集，精度0.5級，帶RS485接口，Modbus協(xié)議或DL/T645規(guī)約，可組網(wǎng)^[2]。

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、5A，電流經(jīng)互感器接入，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Modbus通訊協(xié)議。
　　一些重要場合需檢測諧波的，可采用ACR230ELH多功能電表，針對進(jìn)線回路或重要出線回路，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
 

3　 系統(tǒng)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SCADA系統(tǒng)集成的理想選擇。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)電能集抄與電能分項(xiàng)計(jì)量功能。系統(tǒng)以計(jì)算機(jī)、通訊設(shè)備、現(xiàn)場電力儀表計(jì)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，它可以和檢測、控制設(shè)備構(gòu)成復(fù)雜的電力監(jiān)控與電能管理系統(tǒng)。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)場設(shè)備層^[3]（如圖4）。

圖4　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(jì)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)控以及電能分項(xiàng)計(jì)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(jì)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(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(bào)警。
　?。?）對建筑物內(nèi)所有設(shè)備的用電量進(jìn)行記錄與統(tǒng)計(jì)，包括動力用電、照明與插座用電、空調(diào)用電、特殊用電等電能分項(xiàng)計(jì)量以及分時復(fù)費(fèi)率計(jì)量等，并可生產(chǎn)電能計(jì)量報(bào)表供用戶查詢使用。

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)包括高壓配電室和低壓配電室，其中高壓配電室有高壓配電柜10面，低壓配電室有低壓配電柜31面。在高壓進(jìn)線柜、PT柜及配出柜上安裝中壓微機(jī)保護(hù)裝置，其它各個低壓回路上安裝電力儀表，對各個回路進(jìn)行電能分項(xiàng)計(jì)量，各樓層按用電類型分別安裝DTSF1352導(dǎo)軌式三相四線電表，對用電進(jìn)行分項(xiàng)計(jì)量，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)現(xiàn)集中監(jiān)控，對用電狀況實(shí)行監(jiān)測，并進(jìn)行數(shù)據(jù)庫存儲，自動生成用電日報(bào)表、月報(bào)表、年報(bào)表以及電能分項(xiàng)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)目電能分項(xiàng)計(jì)量管理系統(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，采用研祥工業(yè)計(jì)算機(jī)作為監(jiān)控主機(jī)，并附帶液晶顯示器、打印機(jī)等設(shè)備，山特UPS電源在整個系統(tǒng)發(fā)生供電問題時，可在一定時間內(nèi)保證站控管理層設(shè)備的正常運(yùn)行。通訊管理層主要由通訊服務(wù)器和交換機(jī)等組成，該層是數(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、各樓層的電能分項(xiàng)計(jì)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(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，對電能分項(xiàng)計(jì)量，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5給出了圖書館電能分項(xiàng)計(jì)量查詢表，很清楚的顯示出各分項(xiàng)用電的使用情況。圖6為系統(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5　圖書館電能分項(xiàng)計(jì)量查詢表

圖6　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)計(jì)量及分時復(fù)費(fèi)率計(jì)量，不僅能實(shí)時顯示用電狀況，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，為智能建筑的節(jié)能技術(shù)提供參考。該電力儀表運(yùn)行可靠，穩(wěn)定，采用高清晰液晶顯示極大地方便了用戶的使用。電力儀表必將在大型公共建筑電能管理與電能分項(xiàng)計(jì)量中發(fā)揮越來越重要的作用。

　　文章來源于：《現(xiàn)代建筑電氣》2010年8期。

參考文獻(xiàn)
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作者簡介：
周中，男，漢族，學(xué)士，主要研究方向?yàn)殡娏x表原理與應(yīng)用研究
杜毅威，男，漢族，學(xué)士，教授級高級工程師、電氣總工，主要研究方向?yàn)橹悄芙ㄖ┡潆娂夹g(shù)
杜運(yùn)東（1981－），男，漢族，碩士，工程師，主要研究方向?yàn)橹悄芙ㄖ┡潆姳O(jiān)控系統(tǒng)
郵箱：ACRELDJH@163.com