摘要: 以滬建交【2008】828號(hào)文件指導(dǎo)方針為依據(jù)，介紹了電力儀表的特點(diǎn)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(xiàng)計(jì)量系統(tǒng)，并以實(shí)例驗(yàn)證了電力儀表及系統(tǒng)在建筑節(jié)能計(jì)量中的應(yīng)用。
關(guān)鍵詞: 電力儀表 ACREL5000 建筑能耗分項(xiàng)計(jì)量
0引言
根據(jù)有關(guān)部門(mén)統(tǒng)計(jì)建筑能耗已成為一個(gè)國(guó)家總能耗的重要組成部分，發(fā)達(dá)國(guó)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(guò)程中采暖、空調(diào)、通風(fēng)、照明、動(dòng)力等方面消耗的能量已占全國(guó)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(duì)建筑運(yùn)行能耗而言，電力消耗已成為建筑物的主要能耗，根據(jù)對(duì)上海市公共建筑的調(diào)研和統(tǒng)計(jì)表明，商場(chǎng)、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(dāng)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(lái)看，上海屬于夏熱冬冷地區(qū)，公共建筑的運(yùn)行能耗以空調(diào)能耗為主，但電氣照明與動(dòng)力能耗也相當(dāng)高，尤其是商場(chǎng)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(guó)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(huì)制定并印發(fā)滬建交[2008]828號(hào)《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》，來(lái)加強(qiáng)公共建筑節(jié)能運(yùn)行管理，將節(jié)能減排各項(xiàng)工作目標(biāo)和任務(wù)逐級(jí)分解落實(shí)，建立節(jié)能監(jiān)管體系和長(zhǎng)效用能檢查、考核機(jī)制，完善用能計(jì)量設(shè)計(jì)。
電力在日常生產(chǎn)生活中起到了越來(lái)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(shí)行電能計(jì)量管理，可準(zhǔn)確、及時(shí)了解各機(jī)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(duì)癥展開(kāi)，并使各種節(jié)能措施的實(shí)施效果得以客觀的反映和評(píng)價(jià)及時(shí)發(fā)現(xiàn)糾正用電浪費(fèi)現(xiàn)象，為建筑節(jié)能考核提供數(shù)據(jù)。
1 滬建交【2008】828號(hào)文解讀
滬建交〔2008〕828號(hào)規(guī)定從2009年1月1日起，單體建筑面積大于2萬(wàn)平方米的大型公共建筑、市（區(qū)）兩級(jí)國(guó)家機(jī)關(guān)辦公建筑、申請(qǐng)國(guó)家和本市的建筑節(jié)能示范項(xiàng)目，應(yīng)當(dāng)符合下列要求：
l 建筑照明功率密度（LPD）應(yīng)當(dāng)達(dá)到現(xiàn)行《建筑照明設(shè)計(jì)準(zhǔn)》（GB50034）的照明節(jié)能目標(biāo)值要求。
l 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(jí)》在（GB12021.3-2004）中的2級(jí)標(biāo)準(zhǔn)要求。
l 按照《技術(shù)導(dǎo)則》要求設(shè)置建筑能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。
l 對(duì)要求設(shè)置建筑能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的項(xiàng)目，建設(shè)單位在組織工程項(xiàng)目竣工驗(yàn)收時(shí)應(yīng)當(dāng)納入竣工驗(yàn)收的內(nèi)容。市或者區(qū)（縣）建設(shè)工程質(zhì)量監(jiān)督部門(mén)應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)監(jiān)督檢查。
l 建筑物能耗數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)包括：監(jiān)測(cè)建筑物中各計(jì)量裝置、數(shù)據(jù)采集器和數(shù)據(jù)采集通道。
l 能耗數(shù)據(jù)采集方式分為自動(dòng)和人工采集兩種。對(duì)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(wú)法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)采集情況下，應(yīng)當(dāng)通過(guò)人工采集方式輸入能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)；對(duì)建筑物能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的自動(dòng)計(jì)量裝置所采集的能耗數(shù)據(jù)，應(yīng)當(dāng)通過(guò)RS485接口，并采用TCP/IP通信協(xié)議自動(dòng)和實(shí)時(shí)上傳能耗數(shù)據(jù)。
2 電力儀表在建筑能耗分項(xiàng)計(jì)量中的選型方案
大型公共建筑電能計(jì)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(mén)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，用于建筑內(nèi)部電量的統(tǒng)計(jì)與管理。因此用戶可自主選擇采購(gòu)，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(duì)各回路、各樓層或各分項(xiàng)計(jì)量區(qū)的電能數(shù)據(jù)的采集，通過(guò)ACREL5000能耗分項(xiàng)計(jì)量系統(tǒng)完成對(duì)大型公共建筑的電力監(jiān)控與電能計(jì)量管理。
電力儀表是針對(duì)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(cè)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(wú)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(lái)顯示儀表測(cè)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(hào)繁多，價(jià)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(jià)比。
根據(jù)滬建交[2008]828號(hào)文件，對(duì)大型公共建筑能耗數(shù)據(jù)實(shí)行分類計(jì)量，對(duì)電量按動(dòng)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。因此，針對(duì)宿舍、商鋪、賓館客房等需單獨(dú)計(jì)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(jì)量表，DIN35mm導(dǎo)軌安裝，寬度為1個(gè)模數(shù)（即寬為18mm），一次zui大接入單相電流30A，精度1.0級(jí)。該儀表尺寸小，價(jià)格低，缺點(diǎn)是沒(méi)有通訊功能，不能組網(wǎng)，但有脈沖輸出可與ARTU-P32連接進(jìn)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(gè)模數(shù)，一次zui大接入單相電流為80A，精度1.0級(jí)，可測(cè)量電壓、電流，具有峰、平、谷電能分時(shí)復(fù)費(fèi)率計(jì)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(duì)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(duì)用電設(shè)施按照明與插座用電、動(dòng)力用電、空調(diào)用電、特殊用電進(jìn)行分項(xiàng)計(jì)量，對(duì)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(shí)，可選用DTSF1352或ACR120EL電表。
采用DTSF1352三相四線電表（見(jiàn)圖2），又稱ADL300，用于三相電能計(jì)量，具有尖、峰、平、谷電能分時(shí)復(fù)費(fèi)率計(jì)量功能，DIN35mm導(dǎo)軌安裝，寬度為7個(gè)模數(shù)，可安裝在照明箱或動(dòng)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(jí)，帶RS485接口，Modbus通訊協(xié)議或DL/T645通訊規(guī)約，可組網(wǎng)[1]。
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(duì)面板進(jìn)行開(kāi)孔，這種一對(duì)一式的計(jì)量，對(duì)于系統(tǒng)的檢修維護(hù)是非常方便的。
圖2 DTSF1352電表外形及其在動(dòng)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(dòng)力箱或低壓出線柜門(mén)板上，面板尺寸為80mm×80mm，開(kāi)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(jí)，可測(cè)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(duì)于一些重要回路需檢測(cè)諧波含量的，可采用ACR230ELH多功能電表，滬建交[2008]828號(hào)文規(guī)定，在變壓器低壓側(cè)（AC230／400V）總進(jìn)線處，應(yīng)當(dāng)設(shè)置多功能電能表，至少具有監(jiān)測(cè)和計(jì)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(mén)板上，面框尺寸為96mm×96mm，除測(cè)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(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電力儀表的組網(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)控與電能管理系統(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，是實(shí)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(jìn)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(guò)對(duì)配電系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)電力儀表進(jìn)行組網(wǎng)，經(jīng)由通訊網(wǎng)絡(luò)到達(dá)監(jiān)控主機(jī)，將分散的儀表連接為一個(gè)有機(jī)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(shí)現(xiàn)的功能
ACREL5000能耗分項(xiàng)計(jì)量系統(tǒng)可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，采用現(xiàn)場(chǎng)總線以光纖環(huán)網(wǎng)、以太網(wǎng)或無(wú)線等組網(wǎng)方式實(shí)現(xiàn)電能集抄與電能計(jì)量功能。系統(tǒng)以計(jì)算機(jī)、通訊設(shè)備、現(xiàn)場(chǎng)電力儀表計(jì)量裝置為基本工具，為實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、遠(yuǎn)程管理與控制提供了基礎(chǔ)平臺(tái)。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(chǎng)設(shè)備層（如圖5）。
電力儀表用屏蔽雙絞線相互連接起來(lái)，與通訊服務(wù)器、交換機(jī)、工業(yè)級(jí)計(jì)算機(jī)等組成一個(gè)后臺(tái)監(jiān)控管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)配電系統(tǒng)的監(jiān)控以及電能計(jì)量的管理。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的主要功能：
（1）實(shí)時(shí)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(shí)的計(jì)量管理、事故發(fā)生時(shí)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(kāi)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(dòng)報(bào)警。
（3）對(duì)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(dòng)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(bào)表及分析曲線等供用戶查詢使用。
（4）事件記錄與故障報(bào)警，系統(tǒng)對(duì)所有用戶操作、開(kāi)關(guān)變位、參量越限及其它用戶實(shí)際需求的事件均具有詳細(xì)的記錄功能，對(duì)開(kāi)關(guān)變位、參量越限等信息還具有報(bào)警功能。
該項(xiàng)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(jī)交互的直接窗口，主要由工控機(jī)、打印機(jī)等組成。通訊管理層主要由通訊服務(wù)器和交換機(jī)等組成，是數(shù)據(jù)信息交互的橋梁，負(fù)責(zé)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備回送的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行采集與傳輸?shù)耐瑫r(shí)，轉(zhuǎn)達(dá)上位機(jī)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的各種命令?，F(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層的電力儀表主要為ACR系列多功能電表，低壓進(jìn)線回路及重要饋線回路選用ACR系列多功能諧波電表，整個(gè)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(guò)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和通信系統(tǒng)提供的傳輸通道，完成對(duì)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，及時(shí)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(shí)，還可提供快捷的遠(yuǎn)程控制手段，完成對(duì)設(shè)備運(yùn)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(jì)量查詢表，很清楚的顯示出各分項(xiàng)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(xiàng)用電量的餅圖，很直觀地顯示出分項(xiàng)用電量的百分比。
隨著社會(huì)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(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電能的分項(xiàng)及分時(shí)復(fù)費(fèi)率計(jì)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(jì)算機(jī)等組成電力監(jiān)控與電能管理系統(tǒng)。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)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。該系列電力儀表及系統(tǒng)運(yùn)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(jì)和社會(huì)效益。
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