宿舍（公寓）/賓館/商場類大型公建電能管理系統設計方案
張曉麗
上海安科瑞電氣股份有限公司 嘉定 201801
1 背景
隨著經濟的飛速發展，各行各業對電的需求越來越大，電力資源緊缺和不同時間用電量不均衡的現象依然嚴重。為緩解我國日趨尖銳的電力供需矛盾，改善用電不均衡、提倡節約用電量、提高全國的用電效率，合理利用電力資源已成為當前構建和諧社會的基本國策之一。
電能的消耗大量集中在低壓配電終端，為了加強終端電能的計量考核和管理，方便用戶的現場使用、改造和升級，安科瑞1352系列電表，針對傳統壁掛式安裝電能表在現場使用安裝的不便而設計一種微型化導軌式安裝電能表，具有測量精度高、過載能力強、性能穩定可靠、工作電壓范圍寬、自身功耗低等優點。并且其體積小，重量輕，結構模數化，可與微型斷路器配合使用安裝于配電箱內，實現終端配電電能計量。
2 導軌式電能表產品特點
DDSF1352/DTSF1352單、三相電子式復費率電表，采用DIN35mm軌道安裝，結構模數化設計，寬度與微型斷路器匹配，分別是4和7個模數，可方便安裝于照明箱內（見圖1）。一次接入最大電流20（80）A，80A以上需外接CT，變比最大可擴至6000/5A。電表帶RS485通訊接口，支持MODBUS-RTU協議或DL/T645規約。接線端子上的透明翻蓋與外殼可鉛封，達到防竊電的目的。該表除用于企事業內部電能計量考核管理外，經供電部門測試校驗合格后，還可作為貿易結算表使用。該產品符合GB/T 17215-2002《1級和2級靜止式交流有功電能表》，GB/T 15284-2002《多費率電能表特殊要求》等標準要求。
圖1 電表外形及安裝方式
3 設計原理
3.1單相DDSF1352電表設計原理
DDSF1352單相復費率電能表采用ADI公司最新技術ADE7169F16片上系統的單芯片設計完成。ADE7169集成了高精度計量單元模塊和8052的MCU及其外圍模塊，計量模塊計量精度高、能測量各相電流、電壓有效值、各相及總的有功功率、無功功率、電網頻率等運行參數，過載倍數大。片上8052的MCU帶有16K FLASH和512B RAM和多種外設模塊，支持低功耗溫度補償的片上RTC模塊、LCD驅動模塊、電源管理模塊、SPI/I2C接口模塊和UART通訊模塊等，用一片ADE7169就能實現單相復費率多功能電能表設計。具體設計框圖如圖2。
圖2 單相DDSF1352電表原理框圖
3.2 三相DTSF1352電表設計原理
DTSF1352 三相電子復費率電能表采用計量芯片ATT7030A和飛思卡爾公司的8位單片 機M68HC908LJ12實現。其原理為：線路上實時電壓、電流經高精度互感器耦合，采樣電路分別采樣后，送到電量計量專用芯片ATT7030A（A/D轉換器轉化成數字信號，通過片內專用DSP運算后輸出電能脈沖），通過脈沖送到MCU中，并根據預先設定的時段完成分時有功、無功電量計量和最大需量計算，分別作出相應處理，并存貯到EEPROM中；同時實現顯示和輸出、RS485串行數據傳輸。具體設計框圖如圖3。
圖3 三相DTSF1352電表原理框圖
4 企業內部電能管理宜采用智能電力監控儀表
企業內部電能管理宜采用電力儀表作為內部管理電表，不宜用收費電表。兩者主要特點歸納如下（見表1）。
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一安裝。因此，收費電表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上，考慮內部電能計量與節能管理的需要安裝，用于內部電能管理。因此用戶可自主選擇采購，但應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、各樓層或各功能區的分項電能數據的采集，通過后臺電能管理系統完成對大型公共建筑的電能分項計量。
5 電力儀表在建筑能耗電能分項計量中的選型方案
電力儀表，是針對電力系統、工礦企業、公用設施、智能大型公共建筑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，采用可視度高的LCD來顯示儀表測量參數和電網系統的運行信息。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，對大型公共建筑能耗數據實行分類、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。因此，針對宿舍、商鋪、病房等應計量到經濟核算單元的地方，可采用DDS1352或DDSF1352電表；
DDS1352單相電表，用于單相電能計量，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單相電表（圖4），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接口，Modbus協議或DL/T645規約，可組網。主要應用于對單相電能的計量，常用在配電箱內。
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電表。
采用DTSF1352三相四線電表（圖5），用于三相電能計量，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采集，精度0.5級，帶RS485接口，Modbus協議或DL/T645規約，可組網。
6 應用案例
6.1一次方案
以某理工大學學生宿舍樓為例。該樓有4層，每層有24間宿舍，配有公共衛生間、洗衣房、公共浴室，電氣一次方案見圖6?？偱潆娤溥M線回路安裝有屏裝式ACR230ELH多功能電力儀表，計量宿舍總電量。包括三相有功電度、無功電度、功率、功率因數、電流、電壓、頻率以及分相電量等共34項電參量。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、負零序分量檢測和分析。每個樓層、應急照明、風機、預留電氣干線分別由7臺DTSF1352電表負責計量三相有功電度，電表可與CM1斷路器對應并列導軌式安裝，也可集中安裝在箱內上方。每一樓層的宿舍房間、公共衛生間、洗衣房、走廊電能由27臺單相電表DDSF1352負責計量，公共浴室由1臺三相DTSF1352計量。
6.2系統組網
配電系統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及各支路電能表的型號。為滿足智能化監測及遠程自動抄表需要，該電能管理系統采用RS485總線，將安裝于總配電箱AL1總進線的1臺ACR230ELH多功能電力儀表、安裝于WL1～WL7及各樓層公共浴室的11臺DTSF1352三相導軌式電度表及安裝于宿舍樓各樓層的108臺DDSF1352單相導軌式電度表（27×4層宿舍樓）進行集中組網，監控中心配置監控計算機、打印機、通訊服務器及必要的輔助設備，安裝電能管理系統EMS軟件完成對各臺電能表的遠程采集和數據的集中處理。電能管理系統圖見圖7。
6.3電能管理系統功能
6.3.1遠程電參量測量。
完成了對總進線ACR230ELH多功能電力儀表實時電參量采集，包括三相電流、電壓、功率、功率因數、有功電度、無功電度、頻率等，顯示于電能管理主畫面；實現了對11只DTSF1352三相電度表和108只DDSF1352單相電度表的遠程自動抄表功能；實現自動統計各宿舍日、月用電及分攤電能計算功能；通過該系統與現場儀表的結合使用體現出電能的總進線、支路及各最終用戶的分層、分類、分戶計量管理。見圖4。ACR230ELH對宿舍樓電流諧波、不平衡度等電能質量進行診斷，系統保存歷史記錄，對下一步電能質量改善方案提供決策依據。
6.3.2 運行狀態監測。
管理員可設定系統的采集頻率，如每15分種采集一次，并設定各回路的用電負荷值（如宿舍負荷設定為6～10A），系統可根據設定對采集值進行處理，并對過負荷回路進行聲光報警，提示管理員該回路出現異常的狀態信息。系統還可對各回路通訊異常進行自檢測，以便維護人員能夠及時進行排錯與維修。
6.3.3 趨勢分析。
對采集的電參量進行分類識別并將必要參量存儲至數據庫中，對所有電參量的數據存儲可達兩年，對電能參量的數據存儲可達三年以上，并可根據用戶需求及硬件配置更改存儲時間。系統提供了實時曲線和歷史趨勢兩種曲線分析界面，通過調用相關回路實時曲線界面分析該回路當前的運行負荷狀況。系統的歷史趨勢即系統對所有已存儲數據均可查看其歷史趨勢，并通過調用顯示各種曲線畫面，方便工程人員對監測的配電系統進行質量分析。如：總進線的電流趨勢、功率趨勢及諧波趨勢分析；分支回路的月用電趨勢、棒圖/折線圖分析等,還可與去年/前年同期數據相比，生成計量數據庫。
6.3.4 報表打印。
系統可根據用戶需求設計出符合其需要的各種類型報表。如：實時報表、歷史報表、事件故障及告警記錄報表、操作記錄報表等。可以查詢和打印系統記錄的所有數據值，自動生成電能的日、月、季、年度報表。根據復費率的時段及費率的設定值生成電能的費率報表，查詢打印的起點、間隔等參數可自行設置，自動生成收費報表以便內部收費管理。
7 結論
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筑的必然選擇，本文介紹系統實現對采集數據的分析、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。該系列電力儀表及系統運行可靠，穩定，為樓宇電能統計數據，為節能提供決策依據取得了較好的社會效益。
參考文獻
[1]上海安科瑞電氣股份有限公司產品手冊.2010.08版.
[2]周中、李一力、王曉明.基于DDSF1352/DTSF1352電表的低壓終端電能管理.《上海節能》2009年第4期。
作者簡介;
張曉麗：（1984-）女 漢族 畢業于安徽理工大學測控技術與儀器專業，研究方向為智能變配電系統。
TEL：13918924310 QQ:1696831581 郵箱：acrelzxl@163.com
