电力仪表在建筑节能计量中的应用

引言
　　目前，据国家有关部门统计，国家机关办公建筑和大型公共建筑每平方米建筑面积年平均耗电量为85.4度（年平均85.4kWh／m2），约占全国城镇总耗电量的22%，每平方米耗电量是普通居民的10~20倍，是欧洲、日本等发达国家同类建筑的1.5~2倍。
　　一方面，我国大型公共建筑用电巨大，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，江苏省建设厅制定并印发苏建科[2007]217号文《江苏省公共建筑用能计量设计规定》，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。
　　新建、改建和扩建单体2万m2以上的公共建筑项目，在设计、施工图审查时均应执行国家、省有关标准及规定。
　　建筑内的用能计量装置宜选用具有远传功能的产品，便于设置管理系统，并与BA系统组网。
　　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，可及时发现纠正用电浪费，为建筑节能考核提供数据。

1　 电力仪表在建筑节能计量中的选型方案
　　大型公共建筑电能计量宜采用电力仪表作为内部管理电表，电力仪表在用户安装收费电表的基础上，考虑内部电能计量与节能管理的需要安装，用于建筑内部电能的统计与管理。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、各楼层或各功能区的电能数据的采集，通过后台电能管理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。
　　根据苏建科[2007]217号文件，对大型公共建筑能耗数据实行分类计量，对电能按动力用电、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、宾馆客房等应计量到经济核算单元的地方，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。
　　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，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]。
　　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，这种一对一式的测量，对于系统的检修维护是非常清晰方便的。

图2　DTSF1352电表外形及其在动力箱中的应用

　　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，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。
　　对于一些重要场合需检测谐波含量的，可采用ACR230ELH多功能电表，苏建科[2007]217号文规定，重要进线及馈线回路，如电梯、水泵、风机、厨房设备、停车设备等不同功能的设备应按干线分别计量。空调系统的前端设备按干线系统计量，空调末端及空调插座应按楼层或分区计量。当建筑内有经济核算单元且采用中央空调时，区域内空调末端应单独设电能计量表。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多功能电表外形及其在配电抽屉柜中的应用

2　 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ADL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

3　 系统结构及实现的功能
　　大型公共建筑电能管理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^[2]（如图5）。

图5 电能管理系统

　　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。

4　 应用案例
　　上海浦东某图书馆是一个高能耗大型公共建筑，总建筑面积60885平方米，图书馆变配电系统采用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系列多功能电表和ADL系列导轨式电表，低压进线回路及重要馈线回路选用ACR系列多功能电表，普通馈线回路及动力箱、照明箱中选用ADL系列导轨式电表，实现对现场各回路、各楼层的电能计量。
　　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给出了图书馆电能计量查询表，很清楚的显示出各分项用电的使用情况。图7是系统给出的图书馆照明、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。

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