安科瑞大型公建电能管理系统设计方案

发布时间：2012-02-21 16:26　　　类型：应用案例　　　人浏览

1　背景

随着经济的飞速发展，各行各业对电的需求越来越大，电力资源紧缺和不同时间用电量不均衡的现象依然严重。为缓解我国日趋尖锐的电力供需矛盾，改善用电不均衡、提倡节约用电量、提高全国的用电效率，合理利用电力资源已成为当前构建和谐社会的基本国策之一。

电能的消耗大量集中在低压配电终端，为了加强终端电能的计量考核和管理，方便用户的现场使用、改造和升级，安科瑞1352系列电表，针对传统壁挂式安装电能表在现场使用安装的不便而设计一种微型化导轨式安装电能表，具有测量精度高、过载能力强、性能稳定可靠、工作电压范围宽、自身功耗低等优点。并且其体积小，重量轻，结构模数化，可与微型断路器配合使用安装于配电箱内，实现终端配电电能计量。

2　导轨式电能表产品特点
DDSF1352/DTSF1352单、三相电子式复费率电表，采用DIN35mm轨道安装，结构模数化设计，宽度与微型断路器匹配，分别是4和7个模数，可方便安装于照明箱内（见图1）。一次接入最大电流20（80）A，80A以上需外接CT，变比最大可扩至6000/5A。电表带RS485通讯接口，支持MODBUS-RTU协议或DL/T645规约。接线端子上的透明翻盖与外壳可铅封，达到防窃电的目的。该表除用于企事业内部电能计量考核管理外，经供电部门测试校验合格后，还可作为贸易结算表使用。该产品符合GB/T 17215-2002《1级和2级静止式交流有功电能表》，GB/T 15284-2002《多费率电能表特殊要求》等标准要求。

3　设计原理
3.1单相DDSF1352电表设计原理
DDSF1352单相复费率电能表采用ADI公司最新技术ADE7169F16片上系统的单芯片设计完成。ADE7169集成了高精度计量单元模块和8052的MCU及其外围模块，计量模块计量精度高、能测量各相电流、电压有效值、各相及总的有功功率、无功功率、电网频率等运行参数，过载倍数大。片上8052的MCU带有16K FLASH和512B RAM和多种外设模块，支持低功耗温度补偿的片上RTC模块、LCD驱动模块、电源管理模块、SPI/I2C接口模块和UART通讯模块等，用一片ADE7169就能实现单相复费率多功能电能表设计。具体设计框图如图2。

3.2 三相DTSF1352电表设计原理
DTSF1352 三相电子复费率电能表采用计量芯片ATT7030A和飞思卡尔公司的8位单片机M68HC908LJ12实现。其原理为：线路上实时电压、电流经高精度互感器耦合，采样电路分别采样后，送到电量计量专用芯片ATT7030A（A/D转换器转化成数字信号，通过片内专用DSP运算后输出电能脉冲），通过脉冲送到MCU中，并根据预先设定的时段完成分时有功、无功电量计量和最大需量计算，分别作出相应处理，并存贮到EEPROM中；同时实现显示和输出、RS485串行数据传输。具体设计框图如图3。

4　企业内部电能管理宜采用智能电力监控仪表
企业内部电能管理宜采用电力仪表作为内部管理电表，不宜用收费电表。两者主要特点归纳如下（见表1）。

供电部门一般给用户实施一户一表的收费制度，即收费电表由供电部门统一安装。因此，收费电表除了要有技监局发放的计量器具许可证外，还需要当地省、市电力部门的许可才可安装使用。在大型公共建筑电能管理中，供电部门一般会在总进线处安装收费电表。

电力仪表在用户安装收费电表的基础上，考虑内部电能计量与节能管理的需要安装，用于内部电能管理。因此用户可自主选择采购，但应注意制造商是否有电力仪表（电能部分）的计量许可证。电力仪表可以完成对各回路、各楼层或各功能区的分项电能数据的采集，通过后台电能管理系统完成对大型公共建筑的电能分项计量。

5　电力仪表在建筑能耗电能分项计量中的选型方案
电力仪表，是针对电力系统、工矿企业、公用设施、智能大型公共建筑的电力监控与电能管理需求而设计的。它能高精度的测量所有常用的电力参数，如三相电压、三相电流、有功功率、无功功率、频率、功率因数、四象限电能等，采用可视度高的LCD来显示仪表测量参数和电网系统的运行信息。电力仪表功能、型号繁多，价格也各不相同，电能计量方案也多种多样，因此，应合理选配，达到较佳的性价比。

根据住房和城乡建设部114号文件，对大型公共建筑能耗数据实行分类、分项计量，对电能按动力用电、照明与插座用电、空调用电和特殊用电进行分项计量管理。因此，针对宿舍、商铺、病房等应计量到经济核算单元的地方，可采用DDS1352或DDSF1352电表；
DDS1352单相电表，用于单相电能计量，DIN35mm导轨安装，宽度为1个模数（即宽为18mm），一次最大接入单相电流30A，精度1.0级。优点是尺寸小，价格低，缺点是没有通讯功能，不能组网。

DDSF1352单相电表（图4），同样为DIN35mm导轨安装，宽度为4个模数，一次最大接入单相电流为80A，精度1.0级，具有峰、平、谷电能分时复费率计量功能，带RS485接口，Modbus协议或DL/T645规约，可组网。主要应用于对单相电能的计量，常用在配电箱内。

针对用电设施按照明与插座用电、动力用电、空调用电、特殊用电进行分项计量，对学校教室、医疗病房、宾馆客房按楼层或功能分区计量时，可选用DTSF1352或ACR120EL电表。

采用DTSF1352三相四线电表（图5），用于三相电能计量，具有尖、峰、平、谷电能分时复费率计量功能，DIN35mm导轨安装，宽度为7个模数，可安装在照明箱或动力箱中，一次最大接入三相电流80A，80A以上可经电流互感器采集，精度0.5级，带RS485接口，Modbus协议或DL/T645规约，可组网。

6　应用案例
6.1一次方案
以某理工大学学生宿舍楼为例。该楼有4层，每层有24间宿舍，配有公共卫生间、洗衣房、公共浴室，电气一次方案见图6。总配电箱进线回路安装有屏装式ACR230ELH多功能电力仪表，计量宿舍总电量。包括三相有功电度、无功电度、功率、功率因数、电流、电压、频率以及分相电量等共34项电参量。电流、电压2～31次分次谐波分量，电流、电压不平衡度，电流、电压正、负零序分量检测和分析。每个楼层、应急照明、风机、预留电气干线分别由7台DTSF1352电表负责计量三相有功电度，电表可与CM1断路器对应并列导轨式安装，也可集中安装在箱内上方。每一楼层的宿舍房间、公共卫生间、洗衣房、走廊电能由27台单相电表DDSF1352负责计量，公共浴室由1台三相DTSF1352计量。

6.2系统组网
配电系统一次方案图列出了总配电箱及宿舍一层照明箱配电箱的支路数及各支路电能表的型号。为满足智能化监测及远程自动抄表需要，该电能管理系统采用RS485总线，将安装于总配电箱AL1总进线的1台ACR230ELH多功能电力仪表、安装于WL1～WL7及各楼层公共浴室的11台DTSF1352三相导轨式电度表及安装于宿舍楼各楼层的108台DDSF1352单相导轨式电度表（27×4层宿舍楼）进行集中组网，监控中心配置监控计算机、打印机、通讯服务器及必要的辅助设备，安装电能管理系统EMS软件完成对各台电能表的远程采集和数据的集中处理。电能管理系统图见图7。

6.3电能管理系统功能
6.3.1远程电参量测量。
完成了对总进线ACR230ELH多功能电力仪表实时电参量采集，包括三相电流、电压、功率、功率因数、有功电度、无功电度、频率等，显示于电能管理主画面；实现了对11只DTSF1352三相电度表和108只DDSF1352单相电度表的远程自动抄表功能；实现自动统计各宿舍日、月用电及分摊电能计算功能；通过该系统与现场仪表的结合使用体现出电能的总进线、支路及各最终用户的分层、分类、分户计量管理。见图4。ACR230ELH对宿舍楼电流谐波、不平衡度等电能质量进行诊断，系统保存历史记录，对下一步电能质量改善方案提供决策依据。

6.3.2  运行状态监测。
管理员可设定系统的采集频率，如每15分种采集一次，并设定各回路的用电负荷值（如宿舍负荷设定为6～10A），系统可根据设定对采集值进行处理，并对过负荷回路进行声光报警，提示管理员该回路出现异常的状态信息。系统还可对各回路通讯异常进行自检测，以便维护人员能够及时进行排错与维修。

6.3.3  趋势分析。
对采集的电参量进行分类识别并将必要参量存储至数据库中，对所有电参量的数据存储可达两年，对电能参量的数据存储可达三年以上，并可根据用户需求及硬件配置更改存储时间。系统提供了实时曲线和历史趋势两种曲线分析界面，通过调用相关回路实时曲线界面分析该回路当前的运行负荷状况。系统的历史趋势即系统对所有已存储数据均可查看其历史趋势，并通过调用显示各种曲线画面，方便工程人员对监测的配电系统进行质量分析。如：总进线的电流趋势、功率趋势及谐波趋势分析；分支回路的月用电趋势、棒图/折线图分析等,还可与去年/前年同期数据相比，生成计量数据库。

6.3.4  报表打印。
系统可根据用户需求设计出符合其需要的各种类型报表。如：实时报表、历史报表、事件故障及告警记录报表、操作记录报表等。可以查询和打印系统记录的所有数据值，自动生成电能的日、月、季、年度报表。根据复费率的时段及费率的设定值生成电能的费率报表，查询打印的起点、间隔等参数可自行设置，自动生成收费报表以便内部收费管理。

6.4工程造价
根据一次方案及系统结构，该宿舍楼电能管理系统材料名称、型号、数量、报价见表1。不含人力成本投资大约为11.45万元。

7　结论随着社会的发展及电力的广泛应用，电能管理已成为大型公共建筑的必然选择，本文介绍系统实现对采集数据的分析、处理，并生成各种电能报表、分析曲线、图形等，便于电能的远程抄表以及分析、研究。该系列电力仪表及系统运行可靠，稳定，为楼宇电能统计数据，为节能提供决策依据取得了较好的社会效益。

参考文献
[1]江苏安科瑞电器制造有限公司产品手册.2010.08版.
[2]周中、李一力、王晓明.基于DDSF1352/DTSF1352电表的低压终端电能管理.《上海节能》2009年第4期。

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江苏安科瑞电器制造有限公司
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