电力仪表在大型公共建筑电能分项计量中的应用

0　 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，国务院令第531号《公共机构节能条例》第14条明确指出：公共机构应当实行能源消费计量制度，区分用能种类，用能系统实行能源消费分户、分类、分项计量，并对能源消耗状况实行监测，及时发现、纠正用能浪费现象。江苏、上海等地方分别推出苏建科[2007]217号文《江苏省公共建筑用能计量设计规定》和沪建交[2008]828号文《关于进一步加强本市民用建筑设备专业节能设计技术管理的通知》，进一步明确提出对主要用电设施分项计量，对办公楼、商场、宿舍等应计量到经济核算单元，对医疗病房、宾馆客房、学校教室应按楼层或功能分区计量等等。
　　由此可见，大型公共建筑实行电能分项计量管理，可及时发现纠正用电浪费，并为建筑节能考核提供数据。

1　 大型公建电能计量宜采用智能电力监控仪表
　　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，不宜用收费电表。两者主要特点归纳如下（见表1）。

表1　收费电表与电力仪表之比较

　　供电部门一般给用户实施一户一表的收费制度，即收费电表由供电部门统一安装。因此，收费电表除了要有技监局发放的计量器具许可证外，还需要当地省、市电力部门的许可才可安装使用。在大型公共建筑电能管理中，供电部门一般会在总进线处安装收费电表。
　　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，用于内部电能管理。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分项电能数据的采集，通过后台电能管理系统完成对大型公共建筑的电能分项计量。
2　 电力仪表在电能分项计量中的选型方案
　　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。
　　根据住房和城乡建设部114号文件，对大型公共建筑能耗数据实行分类、分项计量，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[1]。因此，针对宿舍、商铺、病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，用于单相电能计量，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。优点是尺寸小，价格低，缺点是没有通讯功能，不能组网。
　　DDSF1352单相电表，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），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采集，精度0.5级，带RS485接口，Modbus协议或DL/T645规约，可组网^[2]。

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Modbus通讯协议。
　　一些重要场合需检测谐波的，可采用ACR230ELH多功能电表，针对进线回路或重要出线回路，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

3　 系统组网
　　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SCADA系统集成的理想选择。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分项计量功能。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，它可以和检测、控制设备构成复杂的电力监控与电能管理系统。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^[3]（如图4）。

图4　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分项计量的管理。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、特殊用电等电能分项计量以及分时复费率计量等，并可生产电能计量报表供用户查询使用。

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，图书馆变配电系统包括高压配电室和低压配电室，其中高压配电室有高压配电柜10面，低压配电室有低压配电柜31面。在高压进线柜、PT柜及配出柜上安装中压微机保护装置，其它各个低压回路上安装电力仪表，对各个回路进行电能分项计量，各楼层按用电类型分别安装DTSF1352导轨式三相四线电表，对用电进行分项计量，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现集中监控，对用电状况实行监测，并进行数据库存储，自动生成用电日报表、月报表、年报表以及电能分项计量统计报表等，为管理人员的分析、决策提供参考。
　　该项目电能分项计量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，采用研祥工业计算机作为监控主机，并附带液晶显示器、打印机等设备，山特UPS电源在整个系统发生供电问题时，可在一定时间内保证站控管理层设备的正常运行。通讯管理层主要由通讯服务器和交换机等组成，该层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、各楼层的电能分项计量。
　　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，对电能分项计量，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5给出了图书馆电能分项计量查询表，很清楚的显示出各分项用电的使用情况。图6为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。

图5　图书馆电能分项计量查询表

图6　图书馆年分项用电量饼图

5　 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智能化建设的必然选择，本文介绍的电力仪表，可以实现对电能的分项计量及分时复费率计量，不仅能实时显示用电状况，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。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，为智能建筑的节能技术提供参考。该电力仪表运行可靠，稳定，采用高清晰液晶显示极大地方便了用户的使用。电力仪表必将在大型公共建筑电能管理与电能分项计量中发挥越来越重要的作用。

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