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，為了實現(xiàn)對終端用戶用能的量化管理，在公共建筑低壓配電系統(tǒng)中加裝電能計量裝置，實現(xiàn)電能計量管理十分必要。本文介紹一種采用現(xiàn)場總線的數(shù)字式復(fù)費率電能表，以及利用該表組成的電能管理系統(tǒng)，實現(xiàn)電能管理的實際案例。

關(guān)鍵詞：DDSF1352/DTSF1352電表；電能管理系統(tǒng)；能耗監(jiān)測系統(tǒng)

0  引言

      由溫家寶總理簽署的中華人民共和國國務(wù)院令第531號《公共機構(gòu)節(jié)能條例》已經(jīng)2008年7月23日國務(wù)院第18次常務(wù)會議通過，自2008年10月1日起施行?！稐l例》第十四條明確指出：公共機構(gòu)應(yīng)當(dāng)實行能源消費計量制度，區(qū)分用能種類、用能系統(tǒng)實行能源消費分戶、分類、分項計量，并對能源消耗狀況實行監(jiān)測，及時發(fā)現(xiàn)、糾正用能浪費現(xiàn)象。建質(zhì)〔2006〕277號文《全國民用建筑工程設(shè)計技術(shù)措施——節(jié)能專篇 電氣分冊》提出電氣回路要加裝電能計量裝置，而江蘇、上海也分別推出蘇建科〔2007〕217號文《江蘇省公共建筑用能計量設(shè)計規(guī)定》和滬建交〔2008〕828號文《關(guān)于進(jìn)一步加強本市民用建筑設(shè)備專業(yè)節(jié)能設(shè)計技術(shù)管理的通知》，進(jìn)一步明確提出對主要用電設(shè)施分項計量，對辦公樓、商場、宿舍等應(yīng)計量到經(jīng)濟(jì)核算單元；對醫(yī)療病房、賓館客房、學(xué)校教室應(yīng)按樓層或功能分區(qū)計量等等，并納入審圖和竣工驗收標(biāo)準(zhǔn)之中。

      目前終端電能計量表計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。而DDSF1352/DTSF1352導(dǎo)軌式安裝電表采用模數(shù)化設(shè)計，具有體積小、易安裝、易組網(wǎng)等優(yōu)點，易于實現(xiàn)終端配電電能計量。便于配電系統(tǒng)加裝電度表的改造。

1 DDSF1352/DTSF1352電表簡介

1.1產(chǎn)品特點

      DDSF1352/DTSF1352單、三相電子式復(fù)費率電表，采用DIN35mm軌道安裝，結(jié)構(gòu)模數(shù)化設(shè)計，寬度與微型斷路器匹配，分別是4和7個模數(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)部電能計量考核管理外，經(jīng)供電部門測試校驗合格后，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(biāo)準(zhǔn)要求。

圖1  電表外形及安裝方式

1.2 設(shè)計原理

1.2.1 單相DDSF1352電表設(shè)計原理

      DDSF1352單相復(fù)費率電能表采用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(wǎng)頻率等運行參數(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，支持低功耗溫度補償?shù)钠蟁TC模塊、LCD驅(qū)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(xiàn)單相復(fù)費率多功能電能表設(shè)計。具體設(shè)計框圖如圖2。

圖2  單相DDSF1352電表原理框圖

1.2.2 三相DTSF1352電表設(shè)計原理

      DTSF1352 三相電子復(fù)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(xiàn)。其原理為：線路上實時電壓、電流經(jīng)高精度互感器耦合，采樣電路分別采樣后，送到電量計量專用芯片ATT7030A（A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號，通過片內(nèi)專用DSP運算后輸出電能脈沖），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(yīng)處理，并存貯到EEPROM中；同時實現(xiàn)顯示和輸出、RS485串行數(shù)據(jù)傳輸。具體設(shè)計框圖如圖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?？偱潆娤溥M(jìn)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(shù)、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(fù)零序分量檢測和分析。每個樓層、應(yīng)急照明、風(fēng)機、預(yù)留電氣干線分別由7臺DTSF1352電表負(fù)責(zé)計量三相有功電度，電表可與CM1斷路器對應(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臺單相電表DDSF1352負(fù)責(zé)計量，公共浴室由1臺三相DTSF1352計量。 

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。為滿足智能化監(jiān)測及遠(yuǎn)程自動抄表需要，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(dǎo)軌式電度表及安裝于宿舍樓各樓層的108臺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)控計算機、打印機、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軟件完成對各臺電能表的遠(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)程電參量測量。

      完成了對總進(jìn)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(shù)、有功電度、無功電度、頻率等，顯示于電能管理主畫面；實現(xiàn)了對11只DTSF1352三相電度表和108只DDSF1352單相電度表的遠(yuǎn)程自動抄表功能；實現(xiàn)自動統(tǒng)計各宿舍日、月用電及分?jǐn)傠娔苡嬎愎δ?；通過該系統(tǒng)與現(xiàn)場儀表的結(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、分戶計量管理。見圖4。ACR230ELH對宿舍樓電流諧波、不平衡度等電能質(zhì)量進(jìn)行診斷，系統(tǒng)保存歷史記錄，對下一步電能質(zhì)量改善方案提供決策依據(jù)。

2.3.2  運行狀態(tài)監(jiān)測。

      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)定對采集值進(jìn)行處理，并對過負(fù)荷回路進(jìn)行聲光報警，提示管理員該回路出現(xiàn)異常的狀態(tài)信息。系統(tǒng)還可對各回路通訊異常進(jìn)行自檢測，以便維護(hù)人員能夠及時進(jìn)行排錯與維修。

2.3.3  趨勢分析。

      對采集的電參量進(jìn)行分類識別并將必要參量存儲至數(shù)據(jù)庫中，對所有電參量的數(shù)據(jù)存儲可達(dá)兩年，對電能參量的數(shù)據(jù)存儲可達(dá)三年以上，并可根據(jù)用戶需求及硬件配置更改存儲時間。系統(tǒng)提供了實時曲線和歷史趨勢兩種曲線分析界面，通過調(diào)用相關(guān)回路實時曲線界面分析該回路當(dāng)前的運行負(fù)荷狀況。系統(tǒng)的歷史趨勢即系統(tǒng)對所有已存儲數(shù)據(jù)均可查看其歷史趨勢，并通過調(diào)用顯示各種曲線畫面，方便工程人員對監(jiān)測的配電系統(tǒng)進(jìn)行質(zhì)量分析。如：總進(jìn)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(shù)據(jù)相比，生成計量數(shù)據(jù)庫。

2.3.4 報表打印。

      系統(tǒng)可根據(jù)用戶需求設(shè)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?？梢圆樵兒痛蛴∠到y(tǒng)記錄的所有數(shù)據(jù)值，自動生成電能的日、月、季、年度報表。根據(jù)復(fù)費率的時段及費率的設(shè)定值生成電能的費率報表，查詢打印的起點、間隔等參數(shù)可自行設(shè)置，自動生成收費報表以便內(nèi)部收費管理。

2.4工程造價

      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、數(shù)量、報價見表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、三相電表通過國家電能表質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心（江蘇）委托檢驗，各項指標(biāo)均合格。除某理工大學(xué)外，產(chǎn)品還在長沙某卷煙廠、運城某中心醫(yī)院、上海某警務(wù)區(qū)9156工程等項目中得到應(yīng)用，取得了較好的社會效益。 

【參考文獻(xiàn)】

[1]  中華人民共和國國務(wù)院令第531號《公共機構(gòu)節(jié)能條例》

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

[3] 滬建交〔2008〕828號 上海市建設(shè)和交通委員會關(guān)于進(jìn)一步加強本市民用建筑設(shè)備專業(yè)節(jié)能設(shè)計技術(shù)管理的通知.

[4]蘇建科〔2007〕217號 江蘇省公共建筑用能計量設(shè)計規(guī)定（暫行）.

作者簡介：

周中（1968- ），男，學(xué)士，研究方向為低壓智能配電系統(tǒng)。Email:ACREL001@VIP.163.COM TEL 021-69158302

李一力（1959- ），男，高級工程師，研究方向為大型公建的供電系統(tǒng)分項計量。

王曉明（1981- ），男，學(xué)士，研究方向為計算機系統(tǒng)集成。Email:ACREL006@VIP.163.COM