周中1　李一力2　王曉明1

1 上海安科瑞電氣股份有限公司，上海 嘉定 201801；

2 清華大學(xué)建筑節(jié)能中心 北京 海淀 100840

    摘 要：鑒于公共建筑電能消耗主要集中在低壓終端的現(xiàn)狀，為了實(shí)現(xiàn)對(duì)終端用戶用能的量化管理，在公共建筑低壓配電系統(tǒng)中加裝電能計(jì)量裝置，實(shí)現(xiàn)電能計(jì)量管理十分必要。本文介紹一種采用現(xiàn)場(chǎng)總線的數(shù)字式復(fù)費(fèi)率電能表，以及利用該表組成的電能管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)電能管理的實(shí)際案例。

    0　 引言

    《公共機(jī)構(gòu)節(jié)能條例》已經(jīng)2008年7月23日國(guó)務(wù)院第18次常務(wù)會(huì)議通過，自2008年10月1日起施行�！稐l例》第十四條明確指出：公共機(jī)構(gòu)應(yīng)當(dāng)實(shí)行能源消費(fèi)計(jì)量制度，區(qū)分用能種類、用能系統(tǒng)實(shí)行能源消費(fèi)分戶、分類、分項(xiàng)計(jì)量，并對(duì)能源消耗狀況實(shí)行監(jiān)測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)、糾正用能浪費(fèi)現(xiàn)象。建質(zhì)〔2006〕277號(hào)文《全國(guó)民用建筑工程設(shè)計(jì)技術(shù)措施——節(jié)能專篇 電氣分冊(cè)》提出電氣回路要加裝電能計(jì)量裝置，而江蘇、上海也分別推出蘇建科〔2007〕217號(hào)文《江蘇省公共建筑用能計(jì)量設(shè)計(jì)規(guī)定》和滬建交〔2008〕828號(hào)文《關(guān)于進(jìn)一步加強(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》，進(jìn)一步明確提出對(duì)主要用電設(shè)施分項(xiàng)計(jì)量，對(duì)辦公樓、商場(chǎng)、宿舍等應(yīng)計(jì)量到經(jīng)濟(jì)核算單元；對(duì)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(jì)量等等，并納入審圖和竣工驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)之中。

    目前終端電能計(jì)量表計(jì)的安裝普遍采用傳統(tǒng)壁掛式的安裝方式，存在體積大，安裝不方便等缺點(diǎn)。而DDSF1352/DTSF1352導(dǎo)軌式安裝電表采用模數(shù)化設(shè)計(jì)，具有體積小、易安裝、易組網(wǎng)等優(yōu)點(diǎn)，易于實(shí)現(xiàn)終端配電電能計(jì)量。便于配電系統(tǒng)加裝電度表的改造。

    1　 DDSF1352/DTSF1352電表簡(jiǎn)介

    1.1 產(chǎn)品特點(diǎn)

    DDSF1352/DTSF1352單、三相電子式復(fù)費(fèi)率電表，采用DIN35mm軌道安裝，結(jié)構(gòu)模數(shù)化設(shè)計(jì)，寬度與微型斷路器匹配，分別是4和7個(gè)模數(shù)，可方便安裝于照明箱內(nèi)（見圖1）。一次接入最大電流20（80）A，80A以上需外接CT，變比最大可擴(kuò)至6000/5A。電表帶RS485通訊接口，支持MODBUS-RTU協(xié)議或DL/T645規(guī)約。接線端子上的透明翻蓋與外殼可鉛封，達(dá)到防竊電的目的。該表除用于企事業(yè)內(nèi)部電能計(jì)量考核管理外，經(jīng)供電部門測(cè)試校驗(yàn)合格后，還可作為貿(mào)易結(jié)算表使用。該產(chǎn)品符合GB/T 17215-2002《1級(jí)和2級(jí)靜止式交流有功電能表》，GB/T 15284-2002《多費(fèi)率電能表特殊要求》等標(biāo)準(zhǔn)要求。

圖1　電表外形及安裝方式

    1.2 設(shè)計(jì)原理

    1.2.1 單相DDSF1352電表設(shè)計(jì)原理

    DDSF1352單相復(fù)費(fèi)率電能表采用ADI公司最新技術(shù)ADE7169F16片上系統(tǒng)的單芯片設(shè)計(jì)完成。ADE7169集成了高精度計(jì)量單元模塊和8052的MCU及其外圍模塊，計(jì)量模塊計(jì)量精度高、能測(cè)量各相電流、電壓有效值、各相及總的有功功率、無功功率、電網(wǎng)頻率等運(yùn)行參數(shù)，過載倍數(shù)大。片上8052的MCU帶有16K FLASH和512B RAM和多種外設(shè)模塊，支持低功耗溫度補(bǔ)償?shù)钠�上RTC模塊、LCD驅(qū)動(dòng)模塊、電源管理模塊、SPI/I2C接口模塊和UART通訊模塊等，用一片ADE7169就能實(shí)現(xiàn)單相復(fù)費(fèi)率多功能電能表設(shè)計(jì)。具體設(shè)計(jì)框圖如圖2。

圖2 單相DDSF1352電表原理框圖

    1.2.2 三相DTSF1352電表設(shè)計(jì)原理

    DTSF1352 三相電子復(fù)費(fèi)率電能表采用計(jì)量芯片ATT7030A和飛思卡爾公司的8位單片機(jī)M68HC908LJ12實(shí)現(xiàn)。其原理為：線路上實(shí)時(shí)電壓、電流經(jīng)高精度互感器耦合，采樣電路分別采樣后，送到電量計(jì)量專用芯片ATT7030A（A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào)，通過片內(nèi)專用DSP運(yùn)算后輸出電能脈沖），通過脈沖送到MCU中，并根據(jù)預(yù)先設(shè)定的時(shí)段完成分時(shí)有功、無功電量計(jì)量和最大需量計(jì)算，分別作出相應(yīng)處理，并存貯到EEPROM中；同時(shí)實(shí)現(xiàn)顯示和輸出、RS485串行數(shù)據(jù)傳輸。具體設(shè)計(jì)框圖如圖3。

圖3 三相DTSF1352電表原理框圖

    2　 應(yīng)用案例

    2.1 一次方案

    以某理工大學(xué)學(xué)生宿舍樓為例。該樓有4層，每層有24間宿舍，配有公共衛(wèi)生間、洗衣房、公共浴室，電氣一次方案見圖4。總配電箱進(jìn)線回路安裝有屏裝式ACR230ELH多功能電力儀表，計(jì)量宿舍總電量。包括三相有功電度、無功電度、功率、功率因數(shù)、電流、電壓、頻率以及分相電量等共34項(xiàng)電參量。電流、電壓2～31次分次諧波分量，電流、電壓不平衡度，電流、電壓正、負(fù)零序分量檢測(cè)和分析。每個(gè)樓層、應(yīng)急照明、風(fēng)機(jī)、預(yù)留電氣干線分別由7臺(tái)DTSF1352電表負(fù)責(zé)計(jì)量三相有功電度，電表可與CM1斷路器對(duì)應(yīng)并列導(dǎo)軌式安裝，也可集中安裝在箱內(nèi)上方。每一樓層的宿舍房間、公共衛(wèi)生間、洗衣房、走廊電能由27臺(tái)單相電表DDSF1352負(fù)責(zé)計(jì)量，公共浴室由1臺(tái)三相DTSF1352計(jì)量。

圖4 宿舍樓電氣一次方案

    2.2 系統(tǒng)組網(wǎng)

    配電系統(tǒng)一次方案圖列出了總配電箱及宿舍一層照明箱配電箱的支路數(shù)及各支路電能表的型號(hào)。為滿足智能化監(jiān)測(cè)及遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表需要，該電能管理系統(tǒng)采用RS485總線，將安裝于總配電箱AL1總進(jìn)線的1臺(tái)ACR230ELH多功能電力儀表、安裝于WL1～WL7及各樓層公共浴室的11臺(tái)DTSF1352三相導(dǎo)軌式電度表及安裝于宿舍樓各樓層的108臺(tái)DDSF1352單相導(dǎo)軌式電度表（27×4層宿舍樓）進(jìn)行集中組網(wǎng)，監(jiān)控中心配置監(jiān)控計(jì)算機(jī)、打印機(jī)、通訊服務(wù)器及必要的輔助設(shè)備，安裝電能管理系統(tǒng)EMS軟件完成對(duì)各臺(tái)電能表的遠(yuǎn)程采集和數(shù)據(jù)的集中處理。電能管理系統(tǒng)圖見圖5。

圖5 系統(tǒng)組網(wǎng)方案

    2.3 電能管理系統(tǒng)功能

    2.3.1 遠(yuǎn)程電參量測(cè)量

    完成了對(duì)總進(jìn)線ACR230ELH多功能電力儀表實(shí)時(shí)電參量采集，包括三相電流、電壓、功率、功率因數(shù)、有功電度、無功電度、頻率等，顯示于電能管理主畫面；實(shí)現(xiàn)了對(duì)11只DTSF1352三相電度表和108只DDSF1352單相電度表的遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表功能；實(shí)現(xiàn)自動(dòng)統(tǒng)計(jì)各宿舍日、月用電及分?jǐn)傠娔苡?jì)算功能；通過該系統(tǒng)與現(xiàn)場(chǎng)儀表的結(jié)合使用體現(xiàn)出電能的總進(jìn)線、支路及各最終用戶的分層、分類、分戶計(jì)量管理。見圖4。ACR230ELH對(duì)宿舍樓電流諧波、不平衡度等電能質(zhì)量進(jìn)行診斷，系統(tǒng)保存歷史記錄，對(duì)下一步電能質(zhì)量改善方案提供決策依據(jù)。

    2.3.2 運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)

    管理員可設(shè)定系統(tǒng)的采集頻率，如每15分種采集一次，并設(shè)定各回路的用電負(fù)荷值（如宿舍負(fù)荷設(shè)定為6～10A），系統(tǒng)可根據(jù)設(shè)定對(duì)采集值進(jìn)行處理，并對(duì)過負(fù)荷回路進(jìn)行聲光報(bào)警，提示管理員該回路出現(xiàn)異常的狀態(tài)信息。系統(tǒng)還可對(duì)各回路通訊異常進(jìn)行自檢測(cè)，以便維護(hù)人員能夠及時(shí)進(jìn)行排錯(cuò)與維修。

    2.3.3 趨勢(shì)分析

    對(duì)采集的電參量進(jìn)行分類識(shí)別并將必要參量存儲(chǔ)至數(shù)據(jù)庫(kù)中，對(duì)所有電參量的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)可達(dá)兩年，對(duì)電能參量的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)可達(dá)三年以上，并可根據(jù)用戶需求及硬件配置更改存儲(chǔ)時(shí)間。系統(tǒng)提供了實(shí)時(shí)曲線和歷史趨勢(shì)兩種曲線分析界面，通過調(diào)用相關(guān)回路實(shí)時(shí)曲線界面分析該回路當(dāng)前的運(yùn)行負(fù)荷狀況。系統(tǒng)的歷史趨勢(shì)即系統(tǒng)對(duì)所有已存儲(chǔ)數(shù)據(jù)均可查看其歷史趨勢(shì)，并通過調(diào)用顯示各種曲線畫面，方便工程人員對(duì)監(jiān)測(cè)的配電系統(tǒng)進(jìn)行質(zhì)量分析。如：總進(jìn)線的電流趨勢(shì)、功率趨勢(shì)及諧波趨勢(shì)分析；分支回路的月用電趨勢(shì)、棒圖/折線圖分析等,還可與去年/前年同期數(shù)據(jù)相比，生成計(jì)量數(shù)據(jù)庫(kù)。

    2.3.4 報(bào)表打印

    系統(tǒng)可根據(jù)用戶需求設(shè)計(jì)出符合其需要的各種類型報(bào)表。如：實(shí)時(shí)報(bào)表、歷史報(bào)表、事件故障及告警記錄報(bào)表、操作記錄報(bào)表等�？梢圆樵兒痛蛴∠到y(tǒng)記錄的所有數(shù)據(jù)值，自動(dòng)生成電能的日、月、季、年度報(bào)表。根據(jù)復(fù)費(fèi)率的時(shí)段及費(fèi)率的設(shè)定值生成電能的費(fèi)率報(bào)表，查詢打印的起點(diǎn)、間隔等參數(shù)可自行設(shè)置，自動(dòng)生成收費(fèi)報(bào)表以便內(nèi)部收費(fèi)管理。

    2.4 工程造價(jià)

    根據(jù)一次方案及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，該宿舍樓電能管理系統(tǒng)材料名稱、型號(hào)、數(shù)量、報(bào)價(jià)見表1。不含人力成本投資大約為11.45萬元。

    表1 單位（元）

    3　 結(jié)束語

    2009年1月，DDSF1352/DTSF1352單、三相電表通過國(guó)家電能表質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心（江蘇）委托檢驗(yàn)，各項(xiàng)指標(biāo)均合格。除某理工大學(xué)外，產(chǎn)品還在長(zhǎng)沙某卷煙廠、運(yùn)城某中心醫(yī)院、上海某警務(wù)區(qū)9156工程等項(xiàng)目中得到應(yīng)用，取得了較好的社會(huì)效益。

    【參考文獻(xiàn)】

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    [2] 任致程，周中.電力電測(cè)數(shù)字儀表原理與應(yīng)用指南[M].北京：中國(guó)電力出版社，2007.

    [3] 滬建交〔2008〕828號(hào) 上海市建設(shè)和交通委員會(huì)關(guān)于進(jìn)一步加強(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. <