電力儀錶在大型公共建築電能分項計量中的應用

0　引言
目前，據國家有關部門統計，國家機關辦公建築和大型公共建築每平方米建築面積年平均耗電量為85.4度（年平均85.4kWh／m2），約佔全國城鎮總耗電量的22%，每平方米耗電量是普通居民的10~20倍，是歐洲、日本等發達國家同類建築的1.5~2倍。
一方面，我國大型公共建築用電巨大，另一方面，我們也缺乏直接數據為用電節能決策的制定提供參考。為此，國務院令第531號《公共機構節能條例》第14條明確指出：公共機構應當實行能源消費計量制度，區分用能種類，用能系統實行能源消費分戶、分類、分項計量，並對能源消耗狀況實行監測，及時發現、糾正用能浪費現象。江蘇、上海等地方分別推出蘇建科[2007]217號文《江蘇省公共建築用能計量設計規定》和滬建交[2008]828號文《關於進一步加強本市民用建築設備專業節能設計技術管理的通知》，進一步明確提出對主要用電設施分項計量，對辦公樓、商場、宿舍等應計量到經濟核算單元，對醫療病房、賓館客房、學校教室應按樓層或功能分區計量等等。
由此可見，大型公共建築實行電能分項計量管理，可及時發現糾正用電浪費，並為建築節能考核提供數據。

1　大型公建電能計量宜採用智能電力監控儀錶
大型公共建築電能計量宜採用電力儀錶作為內部管理電錶，不宜用收費電錶。兩者主要特點歸納如下（見表1）。

表1　收費電錶與電力儀錶之比較

供電部門一般給用戶實施一戶一表的收費制度，即收費電錶由供電部門統一安裝。因此，收費電錶除了要有技監局發放的計量器具許可證外，還需要當地省、市電力部門的許可才可安裝使用。在大型公共建築電能管理中，供電部門一般會在總進線處安裝收費電錶。
電力儀錶在用戶安裝收費電錶的基礎上，考慮內部電能計量與節能管理的需要安裝，用於內部電能管理。因此用戶可自主選擇採購，但應注意製造商是否有電力儀錶（電能部分）的計量許可證。電力儀錶可以完成對各迴路、各樓層或各功能區的分項電能數據的採集，通過後台電能管理系統完成對大型公共建築的電能分項計量。
2　電力儀錶在電能分項計量中的選型方案
電力儀錶，是針對電力系統、工礦企業、公用設施、智能大型公共建築的電力監控與電能管理需求而設計的。它能高精度的測量所有常用的電力參數，如三相電壓、三相電流、有功功率、無功功率、頻率、功率因數、四象限電能等，採用可視度高的LCD來顯示儀錶測量參數和電網系統的運行信息。電力儀錶功能、型號繁多，價格也各不相同，電能計量方案也多種多樣，因此，應合理選配，達到較佳的性價比。
根據住房和城鄉建設部114號文件，對大型公共建築能耗數據實行分類、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、病房等應計量到經濟核算單元的地方，可採用DDS1352或DDSF1352電錶；
DDS1352單相電錶，用於單相電能計量，DIN35mm導軌安裝，寬度為1個模數（即寬為18mm），一次最大接入單相電流30A，精度1.0級。優點是尺寸小，價格低，缺點是沒有通訊功能，不能組網。
DDSF1352單相電錶，同樣為DIN35mm導軌安裝，寬度為4個模數，一次最大接入單相電流為80A，精度1.0級，具有峰、平、谷電能分時復費率計量功能，帶RS485介面，Modbus協議或DL/T645規約，可組網。主要應用於對單相電能的計量，常用在配電箱內。DDS1352及DDSF1352單相電錶外形及應用如圖1所示：

圖1　DDS1352電錶外形，DDSF1352電錶外形及其應用

針對用電設施按照明與插座用電、動力用電、空調用電、特殊用電進行分項計量，對學校教室、醫療病房、賓館客房按樓層或功能分區計量時，可選用DTSF1352或ACR120EL電錶。
採用DTSF1352三相四線電錶（見圖2），用於三相電能計量，具有尖、峰、平、谷電能分時復費率計量功能，DIN35mm導軌安裝，寬度為7個模數，可安裝在照明箱或動力箱中，一次最大接入三相電流80A，80A以上可經電流互感器採集，精度0.5級，帶RS485介面，Modbus協議或DL/T645規約，可組網^[2]。

圖2　DTSF1352電錶外形及其在動力箱中的應用

採用ACR120EL多功能電錶，該表為嵌入式安裝，可安裝在動力箱或低壓出線櫃門板上，面板尺寸為80mm×80mm，規格為220/380V、5A，電流經互感器接入，精度0.5級，可測量電流、電壓、功率、頻率、功率因數、四象限電能等電參量，帶Modbus通訊協議。
一些重要場合需檢測諧波的，可採用ACR230ELH多功能電錶，針對進線迴路或重要出線迴路，採用ACR230ELH多功能電錶，嵌入式安裝在配電櫃門板上，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、電壓波峰係數、電流K係數、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多功能電錶外形及其在低壓配電櫃中的實際應用如圖3所示。

圖3　ACR120EL、ACR230ELH多功能電錶外形及其在配電抽屜櫃中的應用

3　系統組網
電力儀錶可作為內部管理電錶單獨使用，取代大量傳統的模擬儀錶，亦可作為電力監控系統的前端設備，實現遠程數據採集與控制。符合工業標準的RS485通訊介面，使得組網輕鬆便捷，是SCADA系統集成的理想選擇。大型公共建築電能管理系統可以根據現場情況，採用現場匯流排以光纖環網、乙太網或無線等組網方式實現電能集抄與電能分項計量功能。系統以計算機、通訊設備、現場電力儀錶計量裝置為基本工具，為實時數據採集、遠程管理與控制提供了基礎平台，它可以和檢測、控制設備構成複雜的電力監控與電能管理系統。該系統主要採用分層分散式計算機網路結構，分站控管理層、網路通訊層和現場設備層^[3]（如圖4）。

圖4　電能管理系統

電力儀錶用屏蔽雙絞線相互連接起來，與通訊伺服器、交換機、工業級計算機等組成一個後台監控管理系統，實現對配電系統的監控以及電能分項計量的管理。系統實現的主要功能：
（1）實時採集與顯示運行參數，如電壓、電流、功率、功率因數，有功電能等，為正常運行時的計量管理、事故發生時的故障原因分析提供依據。
（2）監視電氣設備運行狀態，如高、低壓進線斷路器等各種類型開關當前分、合狀態，是否正常運行，如發現故障自動報警。
（3）對建築物內所有設備的用電量進行記錄與統計，包括動力用電、照明與插座用電、空調用電、特殊用電等電能分項計量以及分時復費率計量等，並可生產電能計量報表供用戶查詢使用。

4　應用案例
上海浦東某圖書館是一個高能耗大型公共建築，總建築面積60885平方米，圖書館變配電系統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櫃10面，低壓配電室有低壓配電櫃31面。在高壓進線櫃、PT櫃及配出柜上安裝中壓微機保護裝置，其它各個低壓迴路上安裝電力儀錶，對各個迴路進行電能分項計量，各樓層按用電類型分別安裝DTSF1352導軌式三相四線電錶，對用電進行分項計量，所有的中壓微機保護裝置和電力儀錶均通過現場匯流排進行組網，在中控室對現場各迴路用電狀況實現集中監控，對用電狀況實行監測，並進行資料庫存儲，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採用三層網路結構，站控管理層是人機交互的直接窗口，採用研祥工業計算機作為監控主機，並附帶液晶顯示器、印表機等設備，山特UPS電源在整個系統發生供電問題時，可在一定時間內保證站控管理層設備的正常運行。通訊管理層主要由通訊伺服器和交換機等組成，該層是數據信息交互的橋樑，負責對現場設備回送的數據信息進行採集與傳輸的同時，轉達上位機對現場設備的各種命令。現場設備層的電力儀錶主要為ACR系列多功能電錶和ADL系列導軌式電錶，低壓進線迴路及重要饋線迴路選用ACR系列多功能電錶，普通饋線迴路及動力箱、照明箱中選用ADL系列導軌式電錶，實現對現場各迴路、各樓層的電能分項計量。
監控室電能管理系統通過現場設備和通信系統提供的傳輸通道，完成對各用電迴路的數據採集，信息經分析、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的運行及電能使用狀況，對電能分項計量，及時發現、糾正用電浪費現象，從而節約用電。在需要時，還可提供快捷的遠程控制手段，完成對設備運行狀態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為系統給出的圖書館照明、空調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　結束語
隨著社會的發展及電力的廣泛應用，電能管理已成為大型公共建築智能化建設的必然選擇，本文介紹的電力儀錶，可以實現對電能的分項計量及分時復費率計量，不僅能實時顯示用電狀況，還具有網路通訊功能，可以與計算機等組成電力監控與電能管理系統。實現對採集數據的分析、處理，並生成各種電能報表、分析曲線、圖形等，便於電能的遠程抄表以及分析、研究，為智能建築的節能技術提供參考。該電力儀錶運行可靠，穩定，採用高清晰液晶顯示極大地方便了用戶的使用。電力儀錶必將在大型公共建築電能管理與電能分項計量中發揮越來越重要的作用。

文章來源於：《現代建築電氣》2010年8期。

參考文獻
[1] 關於印發國家機關辦公建築和大型公共建築能耗監測系統建設相關技術導則的通知[R]. 2008. 6
[2] 任致程周中. 電力電測數字儀錶原理與應用指南[M]. 北京. 中國電力出版社. 2007. 4
[3] 王斌杜運東等.基於Acrel-5000的大型公共建築能耗監測系統設計與應用[J].智能建築電氣技術.2009.3(5)