1　背景

隨著經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，各行各業(yè)對(duì)電的需求越來(lái)越大，電力資源緊缺和不同時(shí)間用電量不均衡的現(xiàn)象依然嚴(yán)重。為緩解我國(guó)日趨尖銳的電力供需矛盾，改善用電不均衡、提倡節(jié)約用電量、提高全國(guó)的用電效率，合理利用電力資源已成為當(dāng)前構(gòu)建和諧社會(huì)的基本國(guó)策之一。

電能的消耗大量集中在低壓配電終端，為了加強(qiáng)終端電能的計(jì)量考核和管理，方便用戶(hù)的現(xiàn)場(chǎng)使用、改造和升級(jí)，安科瑞1352系列電表，針對(duì)傳統(tǒng)壁掛式安裝電能表在現(xiàn)場(chǎng)使用安裝的不便而設(shè)計(jì)一種微型化導(dǎo)軌式安裝電能表，具有測(cè)量精度高、過(guò)載能力強(qiáng)、性能穩(wěn)定可靠、工作電壓范圍寬、自身功耗低等優(yōu)點(diǎn)。并且其體積小，重量輕，結(jié)構(gòu)模數(shù)化，可與微型斷路器配合使用安裝于配電箱內(nèi)，實(shí)現(xiàn)終端配電電能計(jì)量。

2　導(dǎo)軌式電能表產(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(jiàn)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(xiàn)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(mén)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

3　設(shè)計(jì)原理

3.1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(wú)功功率、電網(wǎng)頻率等運(yùn)行參數(shù)，過(guò)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蟁TC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

3.2 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(xiàn)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(zhuān)用芯片ATT7030A（A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào)，通過(guò)片內(nèi)專(zhuān)用DSP運(yùn)算后輸出電能脈沖），通過(guò)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(wú)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

4　企業(yè)內(nèi)部電能管理宜采用智能電力監(jiān)控儀表

企業(yè)內(nèi)部電能管理宜采用電力儀表作為內(nèi)部管理電表，不宜用收費(fèi)電表。兩者主要特點(diǎn)歸納如下（見(jiàn)表1）。

供電部門(mén)一般給用戶(hù)實(shí)施一戶(hù)一表的收費(fèi)制度，即收費(fèi)電表由供電部門(mén)統(tǒng)一安裝。因此，收費(fèi)電表除了要有技監(jiān)局發(fā)放的計(jì)量器具許可證外，還需要當(dāng)?shù)厥?、市電力部門(mén)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(mén)一般會(huì)在總進(jìn)線(xiàn)處安裝收費(fèi)電表。

電力儀表在用戶(hù)安裝收費(fèi)電表的基礎(chǔ)上，考慮內(nèi)部電能計(jì)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(hù)可自主選擇采購(gòu)，但應(yīng)注意制造商是否有電力儀表（電能部分）的計(jì)量許可證。電力儀表可以完成對(duì)各回路、各樓層或各功能區(qū)的分項(xiàng)電能數(shù)據(jù)的采集，通過(guò)后臺(tái)電能管理系統(tǒng)完成對(duì)大型公共建筑的電能分項(xiàng)計(jì)量。

5　電力儀表在建筑能耗電能分項(xiàng)計(jì)量中的選型方案

電力儀表，是針對(duì)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(jì)的。它能高精度的測(cè)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(wú)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(lái)顯示儀表測(cè)量參數(shù)和電網(wǎng)系統(tǒng)的運(yùn)行信息。電力儀表功能、型號(hào)繁多，價(jià)格也各不相同，電能計(jì)量方案也多種多樣，因此，應(yīng)合理選配，達(dá)到較佳的性?xún)r(jià)比。

根據(jù)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部114號(hào)文件，對(duì)大型公共建筑能耗數(shù)據(jù)實(shí)行分類(lèi)、分項(xiàng)計(jì)量，對(duì)電能按動(dòng)力用電、照明與插座用電、空調(diào)用電和特殊用電進(jìn)行分項(xiàng)計(jì)量管理。因此，針對(duì)宿舍、商鋪、病房等應(yīng)計(jì)量到經(jīng)濟(jì)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(jì)量，DIN35mm導(dǎo)軌安裝，寬度為1個(gè)模數(shù)（即寬為18mm），一次最大接入單相電流30A，精度1.0級(jí)。優(yōu)點(diǎn)是尺寸小，價(jià)格低，缺點(diǎn)是沒(méi)有通訊功能，不能組網(wǎng)。

DDSF1352單相電表（圖4），同樣為DIN35mm導(dǎo)軌安裝，寬度為4個(gè)模數(shù)，一次最大接入單相電流為80A，精度1.0級(jí)，具有峰、平、谷電能分時(shí)復(fù)費(fèi)率計(jì)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(duì)單相電能的計(jì)量，常用在配電箱內(nèi)。

圖4  DDS1352電表外形，DDSF1352電表外形及其應(yīng)用

針對(duì)用電設(shè)施按照明與插座用電、動(dòng)力用電、空調(diào)用電、特殊用電進(jìn)行分項(xiàng)計(jì)量，對(duì)學(xué)校教室、醫(yī)療病房、賓館客房按樓層或功能分區(qū)計(jì)量時(shí)，可選用DTSF1352或ACR120EL電表。

采用DTSF1352三相四線(xiàn)電表（圖5），用于三相電能計(jì)量，具有尖、峰、平、谷電能分時(shí)復(fù)費(fèi)率計(jì)量功能，DIN35mm導(dǎo)軌安裝，寬度為7個(gè)模數(shù)，可安裝在照明箱或動(dòng)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(jí)，帶RS485接口，Modbus協(xié)議或DL/T645規(guī)約，可組網(wǎng)。

圖5  DTSF1352電表外形及其在動(dòng)力箱中的應(yīng)用

6　應(yīng)用案例

6.1一次方案

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(jiàn)圖6?？偱潆娤溥M(jìn)線(xiàn)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(wú)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(xiàn)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6  宿舍樓電氣一次方案

6.2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(mǎn)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(xiàn)，將安裝于總配電箱AL1總進(jìn)線(xiàn)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(jiàn)圖7。

圖7  系統(tǒng)組網(wǎng)方案

6.3電能管理系統(tǒng)功能

6.3.1遠(yuǎn)程電參量測(cè)量。

完成了對(duì)總進(jìn)線(xiàn)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(wú)功電度、頻率等，顯示于電能管理主畫(huà)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(guò)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(xiàn)、支路及各最終用戶(hù)的分層、分類(lèi)、分戶(hù)計(jì)量管理。見(jiàn)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)。

6.3.2  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(guò)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。

6.3.3  趨勢(shì)分析。

對(duì)采集的電參量進(jìn)行分類(lèi)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(hù)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(xiàn)和歷史趨勢(shì)兩種曲線(xiàn)分析界面，通過(guò)調(diào)用相關(guān)回路實(shí)時(shí)曲線(xiàn)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(guò)調(diào)用顯示各種曲線(xiàn)畫(huà)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(xiàn)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(xiàn)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)。

6.3.4  報(bào)表打印。

系統(tǒng)可根據(jù)用戶(hù)需求設(shè)計(jì)出符合其需要的各種類(lèi)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?xún)和打印系統(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(xún)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。

6.4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(chēng)、型號(hào)、數(shù)量、報(bào)價(jià)見(jiàn)表1。不含人力成本投資大約為11.45萬(wàn)元。

7　結(jié)論

隨著社會(huì)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的必然選擇，本文介紹系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)采集數(shù)據(jù)的分析、處理，并生成各種電能報(bào)表、分析曲線(xiàn)、圖形等，便于電能的遠(yuǎn)程抄表以及分析、研究。該系列電力儀表及系統(tǒng)運(yùn)行可靠，穩(wěn)定，為樓宇電能統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，為節(jié)能提供決策依據(jù)取得了較好的社會(huì)效益。

參考文獻(xiàn)

[1]上海安科瑞電氣股份有限公司產(chǎn)品手冊(cè).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(jié)能》2009年第4期。