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谈电力仪表在建筑节能计量中的应用 |
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谈电力仪表在建筑节能计量中的应用
刘辉1 王晓明2 陆明2
（1. 华东建筑设计研究院有限公司，上海 201801；2. 上海安科瑞电气股份有限公司，上海 201801）
摘 要：以沪建交【2008】828号文件指导方针为依据，介绍了电力仪表的特点及选型方案，电力仪表的通讯功能，并介绍了电力仪表的组网及ACREL5000能耗分项计量系统，并以实例验证了电力仪表及系统在建筑节能计量中的应用。
关键词：电力仪表 ACREL5000 建筑能耗分项计量
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
根据有关部门统计建筑能耗已成为一个国家总能耗的重要组成部分，发达国家的建筑能耗占其总能耗的30－40％，现有400多亿平方米的建筑，在使用过程中采暖、空调、通风、照明、动力等方面消耗的能量已占全国总能耗的30%左右，上海市建筑能耗为全市总能耗的25.4％。电能作为二次能源，具有很高的终端利用效率，也更清洁和便于使用。因此对建筑运行能耗而言，电力消耗已成为建筑物的主要能耗，根据对上海市公共建筑的调研和统计表明，高级商场、办公楼和宾馆，单位建筑面积的年耗电量为70~300kWh/平方米，相当于普通居民住宅的10~20倍，是建筑能源消耗的高密度领域。而从各种公共建筑能耗比例分析来看，上海属于夏热冬冷地区，公共建筑的运行能耗以空调能耗为主，但电气照明与动力能耗也相当高，尤其是高级商场与办公楼二者占总能耗的50％以上，因此，应该重视大型公建的节能工作。
一方面，我国大型公共建筑用电巨大其建筑总面积不足城镇建筑面积的4%，但能耗缺占总耗电的22%。另一方面，我们也缺乏直接数据为用电节能决策的制定提供参考。为此，上海市建设和交通委员会制定并印发沪建交[2008]828号《加强本市民用建筑设备专业节能设计技术管理的通知》，来加强公共建筑节能运行管理，将节能减排各项工作目标和任务逐级分解落实，建立节能监管体系和长效用能检查、考核机制，完善用能计量设计。
电力在日常生产生活中起到了越来越重要的作用，在能源消耗中占到了大部分。因此，大型公共建筑实行电能计量管理，可准确、及时了解各机电设备的能耗状况，从而发现可能存在的能耗漏洞，使节能改造对症展开，并使各种节能措施的实施效果得以客观的反映和评价及时发现纠正用电浪费现象，为建筑节能考核提供数据。
1 沪建交【2008】828号文解读
沪建交〔2008〕828号规定从2009年1月1日起，单体建筑面积大于2万平方米的大型公共建筑、市（区）两级国家机关办公建筑、申请国家和本市的建筑节能示范项目，应当符合下列要求：
（1） 建筑照明功率密度（LPD）应当达到现行《建筑照明设计准》（GB50034）的照明节能目标值要求。
（2）采用的房间空调器，其能效比（EER）不应低于《空间空气调节器能效限定值及能源效率等级》在（GB12021.3-2004）中的2级标准要求。
（3） 按照《技术导则》要求设置建筑能耗监测系统。
（4）对要求设置建筑能耗监测系统的项目，建设单位在组织工程项目竣工验收时应当纳入竣工验收的内容。市或者区（县）建设工程质量监督部门应当加强监督检查。
（5）建筑物能耗数据采集子系统应当包括：监测建筑物中各计量装置、数据采集器和数据采集通道。
（6）能耗数据采集方式分为自动和人工采集两种。对建筑物耗煤（液化石油、人工煤气、汽油、柴油、煤油）等能耗量，在无法实现自动采集情况下，应当通过人工采集方式输入能耗监测系统；对建筑物能耗监测系统的自动计量装置所采集的能耗数据，应当通过RS485接口，并采用TCP/IP通信协议自动和实时上传能耗数据。
2 电力仪表在建筑能耗分项计量中的选型方案
大型公共建筑电能计量宜采用智能电力仪表作为内部管理电表，电力仪表在用户安装供电部门收费电表的基础上，考虑内部电能计量与节能管理的需要安装，用于建筑内部电量的统计与管理。因此用户可自主选择采购，但应注意制造商是否有电力仪表（电能部分）的计量许可证。电力仪表可以完成对各回路、各楼层或各分项计量区的电能数据的采集，通过ACREL5000能耗分项计量系统完成对大型公共建筑的电力监控与电能计量管理。
电力仪表是针对电力系统、工矿企业、公用设施、智能大型公共建筑的电力监控与电能管理需求而设计的。它能高精度的测量所有常用的电力参数，如三相电压、三相电流、有功功率、无功功率、频率、功率因数、四象限电能等，采用可视度高的LCD来显示仪表测量参数和电网系统的运行信息。电力仪表功能、型号繁多，价格也各不相同，电能计量方案也多种多样，因此，应合理选配，达到较佳的性价比。
根据沪建交[2008]828号文件，对大型公共建筑能耗数据实行分类计量，对电量按动力用电、照明与插座用电、空调用电和特殊用电进行分项计量管理。因此，针对宿舍、商铺、宾馆客房等需单独计量的地方，可采用DDS1352或DDSF1352电表；
DDS1352单相电表，又称为ADL10；单相电能计量表，DIN35mm导轨安装，宽度为1个模数（即宽为18mm），一次最大接入单相电流30A，精度1.0级。该仪表尺寸小，价格低，缺点是没有通讯功能，不能组网，但有脉冲输出可与ARTU-P32连接进行组网。
DDSF1352单相电表，又称为ADL100，同样为DIN35mm导轨安装，宽度为4个模数，一次最大接入单相电流为80A，精度1.0级，可测量电压、电流，具有峰、平、谷电能分时复费率计量功能，带RS485接口，Modbus通讯协议或DL/T645规约，可组网。主要应用于对单相电能的计量，常用在配电箱内。DDS1352及DDSF1352单相电表外形及应用如图1所示：
图1 DDS1352电表外形，DDSF1352电表外形及其应用
针对用电设施按照明与插座用电、动力用电、空调用电、特殊用电进行分项计量，对学校教室、医疗病房、宾馆客房按楼层或功能分区计量时，可选用DTSF1352或ACR120EL电表。
采用DTSF1352三相四线电表（见图2），又称ADL300，用于三相电能计量，具有尖、峰、平、谷电能分时复费率计量功能，DIN35mm导轨安装，宽度为7个模数，可安装在照明箱或动力箱中，一次最大接入三相电流80A，80A以上可经电流互感器二次接入，精度0.5级，带RS485接口，Modbus通讯协议或DL/T645通讯规约，可组网[1]。
图2 DTSF1352电表外形及其在动力箱中的应用
ADL系列导轨式安装电能表，可以很方便地安装在配电柜（箱）背面的导轨上，不需要对面板进行开孔，这种一对一式的计量，对于系统的检修维护是非常方便的。
采用ACR120EL多功能电表，该表为嵌入式安装，可安装在动力箱或低压出线柜门板上，面板尺寸为80mm×80mm，开孔为76mm×76mm，规格为220/380V、5A，电流经互感器二次接入，精度0.5级，可测量电流、电压、功率、频率、功率因数、四象限电能等电参量，带RS485接口，Modbus通讯协议。
对于一些重要回路需检测谐波含量的，可采用ACR230ELH多功能电表，沪建交[2008]828号文规定，在变压器低压侧（AC230／400V）总进线处，应当设置多功能电能表，至少具有监测和计量三相电流、电压、有功功率、功率因数、有功电能、最大需量、总谐波含量和2-21次各次谐波分量的功能。因此，采用ACR230ELH多功能电表，嵌入式安装在配电柜门板上，面框尺寸为96mm×96mm，除测量所有电参量外，还具有最大需量，2-31次电流、电压谐波分量、电压波峰系数、电流K系数、电话波形因子、电流电压不平衡度、正负零序分量分析等功能。ACR120EL，ACR230ELH多功能电表外形及其在低压配电柜中的实际应用如图3所示。
图3 ACR120EL、ACR230ELH多功能电表外形
3 电力仪表的组网
电力仪表可作为内部管理电表单独使用，取代大量传统的模拟仪表，亦可作为电力监控与电能管理系统的前端设备，实现远程数据采集与控制。符合工业标准的RS485通讯接口，使得组网轻松便捷，是实现SCADA系统集成的理想选择。
仪表之间采用屏蔽双绞线进行总线型连接，图4所示为ACR120EL仪表通讯电缆接线示意图。通过对配电系统的现场电力仪表进行组网，经由通讯网络到达监控主机，将分散的仪表连接为一个有机的整体。
图4 电力仪表通讯线缆接线示意图
4 系统结构及实现的功能
ACREL5000能耗分项计量系统可以根据现场情况，采用现场总线以光纤环网、以太网或无线等组网方式实现电能集抄与电能计量功能。系统以计算机、通讯设备、现场电力仪表计量装置为基本工具，为实时数据采集、远程管理与控制提供了基础平台。该系统主要采用分层分布式计算机网络结构，分站控管理层、网络通讯层和现场设备层（如图5）。
图5 电能管理系统系统结构图
电力仪表用屏蔽双绞线相互连接起来，与通讯服务器、交换机、工业级计算机等组成一个后台监控管理系统，实现对配电系统的监控以及电能计量的管理。系统实现的主要功能：
（1）实时采集与显示运行参数，如电压、电流、功率、功率因数，有功电能等，为正常运行时的计量管理、事故发生时的故障原因分析提供依据。
（2）监视电气设备运行状态，如高、低压进线断路器等各种类型开关当前分、合状态，是否正常运行，如发现故障自动报警。
（3）对建筑物内所有设备的用电量进行记录与统计，包括动力用电、照明与插座用电、空调用电、特殊用电等，并可生成各种报表及分析曲线等供用户查询使用。
（4）事件记录与故障报警，系统对所有用户操作、开关变位、参量越限及其它用户实际需求的事件均具有详细的记录功能，对开关变位、参量越限等信息还具有报警功能。
5 应用案例
上海世博村(A地块)VIP生活馆项目定位于五星级酒店，是 2010 年上海世博会配套世博村项目中规格最高的酒店。VIP 生活馆工程占地面积约为25500平方米 ，总建筑面积66000 平米，建筑高度约95米 ，地上部分26层 ，地下为2 层，共有客房443间。生活馆电能管理系统采用ACREL5000能耗监测系统及中压微机保护装置和多功能电力仪表来实时保护线路和采集电参量数据，所有的中压微机保护装置和电力仪表均通过现场总线进行组网，在中控室对现场各回路用电状况实行监测，并进行数据库存储，自动生成用电日报表、月报表、年报表以及电能计量统计报表等，为管理人员的分析、决策提供参考。
该项目电能管理系统采用三层网络结构，站控管理层是人机交互的直接窗口，主要由工控机、打印机等组成。通讯管理层主要由通讯服务器和交换机等组成，是数据信息交互的桥梁，负责对现场设备回送的数据信息进行采集与传输的同时，转达上位机对现场设备的各种命令。现场设备层的电力仪表主要为ACR系列多功能电表，低压进线回路及重要馈线回路选用ACR系列多功能谐波电表，整个系统分为楼层和变电所部分。
监控室电能管理系统通过现场设备和通信系统提供的传输通道，完成对各用电回路的数据采集，信息经分析、处理，以报表、图形等多种形式供值班员参考，使值班员能够便捷的掌握系统的运行及电能使用状况，及时发现、纠正用电浪费现象，从而节约用电。在需要时，还可提供快捷的远程控制手段，完成对设备运行状态的改变以及事故情况的处理。图6给出了生活馆电能计量查询表，很清楚的显示出各分项用电的使用情况。图7是系统给出的生活馆照明、空调及插座等分项用电量的饼图，很直观地显示出分项用电量的百分比。
图6 生活馆电能分项计量查询表
图7 生活馆月分项用电量饼图
6 结束语
随着社会的发展及电力的广泛应用，电能管理已成为大型公共建筑的必然选择，本文介绍的电力仪表及ACREL5000能耗监测系统的应用，可以实现对电能的分项及分时复费率计量，不仅能显示用电状况，还具有网络通讯功能，可以与计算机等组成电力监控与电能管理系统。系统实现对采集数据的分析、处理，并生成各种电能报表、分析曲线、图形等，便于电能的远程抄表以及分析、研究。该系列电力仪表及系统运行可靠，稳定，在很多大型公建中成功应用，取得了很好的经济和社会效益。
文章来源于：《电控配电》2010年3期。
参考文献
[1] 任致程 周中. 电力电测数字仪表原理与应用指南[M]. 北京. 中国电力出版社. 2007. 4
[2] 沪建交【2008】828号《加强本市民用建筑设备专业节能设计技术管理的通知》
作者简介：
王晓明（1982－），男，汉族，本科，工程师，主要研究方向为智能建筑供配电监控系统
邮箱：ACREL006@VIP.163.com；021-69158332
上海安科瑞电气股份有限公司 郭凤池
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