宿舍（公寓）/賓館/商場類大型公建電能管理系統(tǒng)設計方案
張曉麗
上海安科瑞電氣股份有限公司 嘉定 201801
1 背景
隨著經(jīng)濟的飛速發(fā)展，各行各業(yè)對電的需求越來越大，電力資源緊缺和不同時間用電量不均衡的現(xiàn)象依然嚴重。為緩解我國日趨尖銳的電力供需矛盾，改善用電不均衡、提倡節(jié)約用電量、提高全國的用電效率，合理利用電力資源已成為當前構(gòu)建和諧社會的基本國策之一。
電能的消耗大量集中在低壓配電終端，為了加強終端電能的計量考核和管理，方便用戶的現(xiàn)場使用、改造和升級，安科瑞1352系列電表，針對傳統(tǒng)壁掛式安裝電能表在現(xiàn)場使用安裝的不便而設計一種微型化導軌式安裝電能表，具有測量精度高、過載能力強、性能穩(wěn)定可靠、工作電壓范圍寬、自身功耗低等優(yōu)點。并且其體積小，重量輕，結(jié)構(gòu)模數(shù)化，可與微型斷路器配合使用安裝于配電箱內(nèi)，實現(xiàn)終端配電電能計量。
2 導軌式電能表產(chǎn)品特點
DDSF1352/DTSF1352單、三相電子式復費率電表，采用DIN35mm軌道安裝，結(jié)構(gòu)模數(shù)化設計，寬度與微型斷路器匹配，分別是4和7個模數(shù)，可方便安裝于照明箱內(nèi)（見圖1）。一次接入最大電流20（80）A，80A以上需外接CT，變比最大可擴至6000/5A。電表帶RS485通訊接口，支持MODBUS-RTU協(xié)議或DL/T645規(guī)約。接線端子上的透明翻蓋與外殼可鉛封，達到防竊電的目的。該表除用于企事業(yè)內(nèi)部電能計量考核管理外，經(jīng)供電部門測試校驗合格后，還可作為貿(mào)易結(jié)算表使用。該產(chǎn)品符合GB/T 17215-2002《1級和2級靜止式交流有功電能表》，GB/T 15284-2002《多費率電能表特殊要求》等標準要求。
圖1 電表外形及安裝方式
3 設計原理
3.1單相DDSF1352電表設計原理
DDSF1352單相復費率電能表采用ADI公司最新技術(shù)ADE7169F16片上系統(tǒng)的單芯片設計完成。ADE7169集成了高精度計量單元模塊和8052的MCU及其外圍模塊，計量模塊計量精度高、能測量各相電流、電壓有效值、各相及總的有功功率、無功功率、電網(wǎng)頻率等運行參數(shù)，過載倍數(shù)大。片上8052的MCU帶有16K FLASH和512B RAM和多種外設模塊，支持低功耗溫度補償?shù)钠蟁TC模塊、LCD驅(qū)動模塊、電源管理模塊、SPI/I2C接口模塊和UART通訊模塊等，用一片ADE7169就能實現(xiàn)單相復費率多功能電能表設計。具體設計框圖如圖2。
圖2 單相DDSF1352電表原理框圖
3.2 三相DTSF1352電表設計原理
DTSF1352 三相電子復費率電能表采用計量芯片ATT7030A和飛思卡爾公司的8位單片 機M68HC908LJ12實現(xiàn)。其原理為：線路上實時電壓、電流經(jīng)高精度互感器耦合，采樣電路分別采樣后，送到電量計量專用芯片ATT7030A（A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號，通過片內(nèi)專用DSP運算后輸出電能脈沖），通過脈沖送到MCU中，并根據(jù)預先設定的時段完成分時有功、無功電量計量和最大需量計算，分別作出相應處理，并存貯到EEPROM中；同時實現(xiàn)顯示和輸出、RS485串行數(shù)據(jù)傳輸。具體設計框圖如圖3。
圖3 三相DTSF1352電表原理框圖
4 企業(yè)內(nèi)部電能管理宜采用智能電力監(jiān)控儀表
企業(yè)內(nèi)部電能管理宜采用電力儀表作為內(nèi)部管理電表，不宜用收費電表。兩者主要特點歸納如下（見表1）。
供電部門一般給用戶實施一戶一表的收費制度，即收費電表由供電部門統(tǒng)一安裝。因此，收費電表除了要有技監(jiān)局發(fā)放的計量器具許可證外，還需要當?shù)厥 ⑹须娏Σ块T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線處安裝收費電表。
電力儀表在用戶安裝收費電表的基礎上，考慮內(nèi)部電能計量與節(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)的分項電能數(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計量。
5 電力儀表在建筑能耗電能分項計量中的選型方案
電力儀表，是針對電力系統(tǒng)、工礦企業(yè)、公用設施、智能大型公共建筑的電力監(jiān)控與電能管理需求而設計的。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，應合理選配，達到較佳的性價比。
根據(jù)住房和城鄉(xiāng)建設部114號文件，對大型公共建筑能耗數(shù)據(jù)實行分類、分項計量，對電能按動力用電、照明與插座用電、空調(diào)用電和特殊用電進行分項計量管理。因此，針對宿舍、商鋪、病房等應計量到經(jīng)濟核算單元的地方，可采用DDS1352或DDSF1352電表；
DDS1352單相電表，用于單相電能計量，DIN35mm導軌安裝，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)點是尺寸小，價格低，缺點是沒有通訊功能，不能組網(wǎng)。
DDSF1352單相電表（圖4），同樣為DIN35mm導軌安裝，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、谷電能分時復費率計量功能，帶RS485接口，Modbus協(xié)議或DL/T645規(guī)約，可組網(wǎng)。主要應用于對單相電能的計量，常用在配電箱內(nèi)。
針對用電設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（圖5），用于三相電能計量，具有尖、峰、平、谷電能分時復費率計量功能，DIN35mm導軌安裝，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)。
6 應用案例
6.1一次方案
以某理工大學學生宿舍樓為例。該樓有4層，每層有24間宿舍，配有公共衛(wèi)生間、洗衣房、公共浴室，電氣一次方案見圖6?？偱潆娤溥M線回路安裝有屏裝式ACR230ELH多功能電力儀表，計量宿舍總電量。包括三相有功電度、無功電度、功率、功率因數(shù)、電流、電壓、頻率以及分相電量等共34項電參量。電流、電壓2～31次分次諧波分量，電流、電壓不平衡度，電流、電壓正、負零序分量檢測和分析。每個樓層、應急照明、風機、預留電氣干線分別由7臺DTSF1352電表負責計量三相有功電度，電表可與CM1斷路器對應并列導軌式安裝，也可集中安裝在箱內(nèi)上方。每一樓層的宿舍房間、公共衛(wèi)生間、洗衣房、走廊電能由27臺單相電表DDSF1352負責計量，公共浴室由1臺三相DTSF1352計量。
6.2系統(tǒng)組網(wǎng)
配電系統(tǒng)一次方案圖列出了總配電箱及宿舍一層照明箱配電箱的支路數(shù)及各支路電能表的型號。為滿足智能化監(jiān)測及遠程自動抄表需要，該電能管理系統(tǒng)采用RS485總線，將安裝于總配電箱AL1總進線的1臺ACR230ELH多功能電力儀表、安裝于WL1～WL7及各樓層公共浴室的11臺DTSF1352三相導軌式電度表及安裝于宿舍樓各樓層的108臺DDSF1352單相導軌式電度表（27×4層宿舍樓）進行集中組網(wǎng)，監(jiān)控中心配置監(jiān)控計算機、打印機、通訊服務器及必要的輔助設備，安裝電能管理系統(tǒng)EMS軟件完成對各臺電能表的遠程采集和數(shù)據(jù)的集中處理。電能管理系統(tǒng)圖見圖7。
6.3電能管理系統(tǒng)功能
6.3.1遠程電參量測量。
完成了對總進線ACR230ELH多功能電力儀表實時電參量采集，包括三相電流、電壓、功率、功率因數(shù)、有功電度、無功電度、頻率等，顯示于電能管理主畫面；實現(xiàn)了對11只DTSF1352三相電度表和108只DDSF1352單相電度表的遠程自動抄表功能；實現(xiàn)自動統(tǒng)計各宿舍日、月用電及分攤電能計算功能；通過該系統(tǒng)與現(xiàn)場儀表的結(jié)合使用體現(xiàn)出電能的總進線、支路及各最終用戶的分層、分類、分戶計量管理。見圖4。ACR230ELH對宿舍樓電流諧波、不平衡度等電能質(zhì)量進行診斷，系統(tǒng)保存歷史記錄，對下一步電能質(zhì)量改善方案提供決策依據(jù)。
6.3.2 運行狀態(tài)監(jiān)測。
管理員可設定系統(tǒng)的采集頻率，如每15分種采集一次，并設定各回路的用電負荷值（如宿舍負荷設定為6～10A），系統(tǒng)可根據(jù)設定對采集值進行處理，并對過負荷回路進行聲光報警，提示管理員該回路出現(xiàn)異常的狀態(tài)信息。系統(tǒng)還可對各回路通訊異常進行自檢測，以便維護人員能夠及時進行排錯與維修。
6.3.3 趨勢分析。
對采集的電參量進行分類識別并將必要參量存儲至數(shù)據(jù)庫中，對所有電參量的數(shù)據(jù)存儲可達兩年，對電能參量的數(shù)據(jù)存儲可達三年以上，并可根據(jù)用戶需求及硬件配置更改存儲時間。系統(tǒng)提供了實時曲線和歷史趨勢兩種曲線分析界面，通過調(diào)用相關(guān)回路實時曲線界面分析該回路當前的運行負荷狀況。系統(tǒng)的歷史趨勢即系統(tǒng)對所有已存儲數(shù)據(jù)均可查看其歷史趨勢，并通過調(diào)用顯示各種曲線畫面，方便工程人員對監(jiān)測的配電系統(tǒng)進行質(zhì)量分析。如：總進線的電流趨勢、功率趨勢及諧波趨勢分析；分支回路的月用電趨勢、棒圖/折線圖分析等,還可與去年/前年同期數(shù)據(jù)相比，生成計量數(shù)據(jù)庫。
6.3.4 報表打印。
系統(tǒng)可根據(jù)用戶需求設計出符合其需要的各種類型報表。如：實時報表、歷史報表、事件故障及告警記錄報表、操作記錄報表等?？梢圆樵兒痛蛴∠到y(tǒng)記錄的所有數(shù)據(jù)值，自動生成電能的日、月、季、年度報表。根據(jù)復費率的時段及費率的設定值生成電能的費率報表，查詢打印的起點、間隔等參數(shù)可自行設置，自動生成收費報表以便內(nèi)部收費管理。
7 結(jié)論
隨著社會的發(fā)展及電力的廣泛應用，電能管理已成為大型公共建筑的必然選擇，本文介紹系統(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，為樓宇電能統(tǒng)計數(shù)據(jù)，為節(jié)能提供決策依據(jù)取得了較好的社會效益。
參考文獻
[1]上海安科瑞電氣股份有限公司產(chǎn)品手冊.2010.08版.
[2]周中、李一力、王曉明.基于DDSF1352/DTSF1352電表的低壓終端電能管理.《上海節(jié)能》2009年第4期。
作者簡介;
張曉麗：（1984-）女 漢族 畢業(yè)于安徽理工大學測控技術(shù)與儀器專業(yè)，研究方向為智能變配電系統(tǒng)。
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