周中1　杜毅威2　杜運東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)計研究院，成都 610081 ）

    摘 要：介紹了電力儀表的功能特點以及電力儀表在大型公共建筑電能分項計量中的選型方案，電力儀表具有的通訊功能，可以與計算機等組成電能管理系統(tǒng)，其強大的電能報表、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計量中的應(yīng)用越來越廣泛。

    0　 引言

    目前，據(jù)國家有關(guān)部門統(tǒng)計，國家機關(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《公共機構(gòu)節(jié)能條例》第14條明確指出：公共機構(gòu)應(yīng)當(dāng)實行能源消費計量制度，區(qū)分用能種類，用能系統(tǒng)實行能源消費分戶、分類、分項計量，并對能源消耗狀況實行監(jiān)測，及時發(fā)現(xiàn)、糾正用能浪費現(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量設(shè)計規(guī)定》和滬建交[2008]828號文《關(guān)于進一步加強本市民用建筑設(shè)備專業(yè)節(jié)能設(shè)計技術(shù)管理的通知》，進一步明確提出對主要用電設(shè)施分項計量，對辦公樓、商場、宿舍等應(yīng)計量到經(jīng)濟核算單元，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)計量等等。

    由此可見，大型公共建筑實行電能分項計量管理，可及時發(fā)現(xiàn)糾正用電浪費，并為建筑節(jié)能考核提供數(shù)據(jù)。

    1　 大型公建電能計量宜采用智能電力監(jiān)控儀表

    大型公共建筑電能計量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）。

    表1　收費電表與電力儀表之比較

    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(dāng)?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(chǔ)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(yīng)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。

    2　 電力儀表在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(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(yīng)合理選配，達到較佳的性價比。

    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[1]。因此，針對宿舍、商鋪、病房等應(yīng)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(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，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(yīng)用于對單相電能的計量，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、特殊用電進行分項計量，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），用于三相電能計量，具有尖、峰、平、谷電能分時復(fù)費率計量功能，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，實現(xiàn)遠程數(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)方式實現(xiàn)電能集抄與電能分項計量功能。系統(tǒng)以計算機、通訊設(shè)備、現(xiàn)場電力儀表計量裝置為基本工具，為實時數(shù)據(jù)采集、遠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算機網(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、工業(yè)級計算機等組成一個后臺監(jiān)控管理系統(tǒng)，實現(xiàn)對配電系統(tǒng)的監(jiān)控以及電能分項計量的管理。系統(tǒng)實現(xiàn)的主要功能：

    （1）實時采集與顯示運行參數(shù)，如電壓、電流、功率、功率因數(shù)，有功電能等，為正常運行時的計量管理、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)備運行狀態(tài)，如高、低壓進線斷路器等各種類型開關(guān)當(dāng)前分、合狀態(tài)，是否正常運行，如發(fā)現(xiàn)故障自動報警。

    （3）對建筑物內(nèi)所有設(shè)備的用電量進行記錄與統(tǒng)計，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計量以及分時復(fù)費率計量等，并可生產(chǎn)電能計量報表供用戶查詢使用。

    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。在高壓進線柜、PT柜及配出柜上安裝中壓微機保護裝置，其它各個低壓回路上安裝電力儀表，對各個回路進行電能分項計量，各樓層按用電類型分別安裝DTSF1352導(dǎo)軌式三相四線電表，對用電進行分項計量，所有的中壓微機保護裝置和電力儀表均通過現(xiàn)場總線進行組網(wǎng)，在中控室對現(xiàn)場各回路用電狀況實現(xiàn)集中監(jiān)控，對用電狀況實行監(jiān)測，并進行數(shù)據(jù)庫存儲，自動生成用電日報表、月報表、年報表以及電能分項計量統(tǒng)計報表等，為管理人員的分析、決策提供參考。

    該項目電能分項計量管理系統(tǒng)采用三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，站控管理層是人機交互的直接窗口，采用研祥工業(yè)計算機作為監(jiān)控主機，并附帶液晶顯示器、打印機等設(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)備的正常運行。通訊管理層主要由通訊服務(wù)器和交換機等組成，該層是數(shù)據(jù)信息交互的橋梁，負責(zé)對現(xiàn)場設(shè)備回送的數(shù)據(jù)信息進行采集與傳輸?shù)耐瑫r，轉(zhuǎn)達上位機對現(xiàn)場設(shè)備的各種命令。現(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，實現(xiàn)對現(xiàn)場各回路、各樓層的電能分項計量。

    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)的運行及電能使用狀況，對電能分項計量，及時發(fā)現(xiàn)、糾正用電浪費現(xiàn)象，從而節(jié)約用電。在需要時，還可提供快捷的遠程控制手段，完成對設(shè)備運行狀態(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計量查詢表，很清楚的顯示出各分項用電的使用情況。圖6為系統(tǒng)給出的圖書館照明、空調(diào)及插座等分項用電量的餅圖，很直觀地顯示出分項用電量的百分比。

圖5　圖書館電能分項計量查詢表

圖6　圖書館年分項用電量餅圖

    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，可以實現(xiàn)對電能的分項計量及分時復(fù)費率計量，不僅能實時顯示用電狀況，還具有網(wǎng)絡(luò)通訊功能，可以與計算機等組成電力監(jiān)控與電能管理系統(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，為智能建筑的節(jié)能技術(shù)提供參考。該電力儀表運行可靠，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計量中發(fā)揮越來越重要的作用。

    參考文獻

    [1] 關(guān)于印發(fā)國家機關(guān)辦公建筑和大型公共建筑能耗監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)相關(guān)技術(shù)導(dǎo)則的通知[R]. 2008. 6

    [2] 任致程 周中. 電力電測數(shù)字儀表原理與應(yīng)用指南[M]. 北京. 中國電力出版社. 2007. 4

    [3] 王斌 杜運東等.基于Acrel-5000的大型公共建筑能耗監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用[J].智能建筑電氣技術(shù).2009.3(5) <