劉輝¹　王曉明²　陸明²
（1. 華東建筑設計研究院有限公司，上海 201801；2. 上海安科瑞電氣股份有限公司，上海 201801）

摘    要：以滬建交【2008】828號文件指導方針為依據，介紹了電力儀表的特點及選型方案，電力儀表的通訊功能，并介紹了電力儀表的組網及ACREL5000能耗分項計量系統，并以實例驗證了電力儀表及系統在建筑節能計量中的應用。
關鍵詞：電力儀表 ACREL5000 建筑能耗分項計量  

Read HuJianJiao 【2008】828 file
—analyses on application of power meter in building energy- subentry measure

 Liu Hui, Lu Ming

Abstract:  According to guidelines of HuJianJiao 【2008】828 file, characters and select scheme of power meter are introduced. Power meter could make up of background power ACREL5000, and validate the application of power meter in building energy-saving measure by practical example.
Key words: power meter, ACREL5000, building energy- subentry measure

0　 引言
　　根據有關部門統計建筑能耗已成為一個國家總能耗的重要組成部分，發達國家的建筑能耗占其總能耗的30－40％，現有400多億平方米的建筑，在使用過程中采暖、空調、通風、照明、動力等方面消耗的能量已占全國總能耗的30%左右，上海市建筑能耗為全市總能耗的25.4％。電能作為二次能源，具有很高的終端利用效率，也更清潔和便于使用。因此對建筑運行能耗而言，電力消耗已成為建筑物的主要能耗，根據對上海市公共建筑的調研和統計表明，高級商場、辦公樓和賓館，單位建筑面積的年耗電量為70~300kWh/平方米，相當于普通居民住宅的10~20倍，是建筑能源消耗的高密度領域。而從各種公共建筑能耗比例分析來看，上海屬于夏熱冬冷地區，公共建筑的運行能耗以空調能耗為主，但電氣照明與動力能耗也相當高，尤其是高級商場與辦公樓二者占總能耗的50％以上，因此，應該重視大型公建的節能工作。
　　一方面，我國大型公共建筑用電巨大其建筑總面積不足城鎮建筑面積的4%，但能耗缺占總耗電的22%。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，上海市建設和交通委員會制定并印發滬建交[2008]828號《加強本市民用建筑設備專業節能設計技術管理的通知》，來加強公共建筑節能運行管理，將節能減排各項工作目標和任務逐級分解落實，建立節能監管體系和長效用能檢查、考核機制，完善用能計量設計。
　　電力在日常生產生活中起到了越來越重要的作用，在能源消耗中占到了大部分。因此，大型公共建筑實行電能計量管理，可準確、及時了解各機電設備的能耗狀況，從而發現可能存在的能耗漏洞，使節能改造對癥展開，并使各種節能措施的實施效果得以客觀的反映和評價及時發現糾正用電浪費現象，為建筑節能考核提供數據。

1　 滬建交【2008】828號文解讀
　　滬建交〔2008〕828號規定從2009年1月1日起，單體建筑面積大于2萬平方米的大型公共建筑、市（區）兩級國家機關辦公建筑、申請國家和本市的建筑節能示范項目，應當符合下列要求：
　　（1） 建筑照明功率密度（LPD）應當達到現行《建筑照明設計準》（GB50034）的照明節能目標值要求。
　　（2）采用的房間空調器，其能效比（EER）不應低于《空間空氣調節器能效限定值及能源效率等級》在（GB12021.3-2004）中的2級標準要求。
　　（3） 按照《技術導則》要求設置建筑能耗監測系統。
　　（4）對要求設置建筑能耗監測系統的項目，建設單位在組織工程項目竣工驗收時應當納入竣工驗收的內容。市或者區（縣）建設工程質量監督部門應當加強監督檢查。
　　（5）建筑物能耗數據采集子系統應當包括：監測建筑物中各計量裝置、數據采集器和數據采集通道。
　　（6）能耗數據采集方式分為自動和人工采集兩種。對建筑物耗煤（液化石油、人工煤氣、汽油、柴油、煤油）等能耗量，在無法實現自動采集情況下，應當通過人工采集方式輸入能耗監測系統；對建筑物能耗監測系統的自動計量裝置所采集的能耗數據，應當通過RS485接口，并采用TCP/IP通信協議自動和實時上傳能耗數據。

2　 電力儀表在建筑能耗分項計量中的選型方案
　　大型公共建筑電能計量宜采用智能電力儀表作為內部管理電表，電力儀表在用戶安裝供電部門收費電表的基礎上，考慮內部電能計量與節能管理的需要安裝，用于建筑內部電量的統計與管理。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、各樓層或各分項計量區的電能數據的采集，通過ACREL5000能耗分項計量系統完成對大型公共建筑的電力監控與電能計量管理。
　　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。
　　根據滬建交[2008]828號文件，對大型公共建筑能耗數據實行分類計量，對電量按動力用電、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、賓館客房等需單獨計量的地方，可采用DDS1352或DDSF1352電表；
　　DDS1352單相電表，又稱為ADL10；單相電能計量表，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。該儀表尺寸小，價格低，缺點是沒有通訊功能，不能組網，但有脈沖輸出可與ARTU-P32連接進行組網。
　　DDSF1352單相電表，又稱為ADL100，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，可測量電壓、電流，具有峰、平、谷電能分時復費率計量功能，帶RS485接口，Modbus通訊協議或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。DDS1352及DDSF1352單相電表外形及應用如圖1所示：

圖1　DDS1352電表外形，DDSF1352電表外形及其應用

　　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電表。
　　采用DTSF1352三相四線電表（見圖2），又稱ADL300，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二次接入，精度0.5級，帶RS485接口，Modbus通訊協議或DL/T645通訊規約，可組網^[1]。

圖2　DTSF1352電表外形及其在動力箱中的應用

　　ADL系列導軌式安裝電能表，可以很方便地安裝在配電柜（箱）背面的導軌上，不需要對面板進行開孔，這種一對一式的計量，對于系統的檢修維護是非常方便的。
　　采用ACR120EL多功能電表，該表為嵌入式安裝，可安裝在動力箱或低壓出線柜門板上，面板尺寸為80mm×80mm，開孔為76mm×76mm，規格為220/380V、5A，電流經互感器二次接入，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RS485接口，Modbus通訊協議。
　　對于一些重要回路需檢測諧波含量的，可采用ACR230ELH多功能電表，滬建交[2008]828號文規定，在變壓器低壓側（AC230／400V）總進線處，應當設置多功能電能表，至少具有監測和計量三相電流、電壓、有功功率、功率因數、有功電能、最大需量、總諧波含量和2-21次各次諧波分量的功能。因此，采用ACR230ELH多功能電表，嵌入式安裝在配電柜門板上，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、電壓波峰系數、電流K系數、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多功能電表外形及其在低壓配電柜中的實際應用如圖3所示。

圖3　ACR120EL、ACR230ELH多功能電表外形

3　 電力儀表的組網
　　電力儀表可作為內部管理電表單獨使用，取代大量傳統的模擬儀表，亦可作為電力監控與電能管理系統的前端設備，實現遠程數據采集與控制。符合工業標準的RS485通訊接口，使得組網輕松便捷，是實現SCADA系統集成的理想選擇。
　　儀表之間采用屏蔽雙絞線進行總線型連接，圖4所示為ACR120EL儀表通訊電纜接線示意圖。通過對配電系統的現場電力儀表進行組網，經由通訊網絡到達監控主機，將分散的儀表連接為一個有機的整體。

圖4　電力儀表通訊線纜接線示意圖

4　 系統結構及實現的功能
　　ACREL5000能耗分項計量系統可以根據現場情況，采用現場總線以光纖環網、以太網或無線等組網方式實現電能集抄與電能計量功能。系統以計算機、通訊設備、現場電力儀表計量裝置為基本工具，為實時數據采集、遠程管理與控制提供了基礎平臺。該系統主要采用分層分布式計算機網絡結構，分站控管理層、網絡通訊層和現場設備層（如圖5）。

圖5　電能管理系統系統結構圖

　　電力儀表用屏蔽雙絞線相互連接起來，與通訊服務器、交換機、工業級計算機等組成一個后臺監控管理系統，實現對配電系統的監控以及電能計量的管理。系統實現的主要功能：
　　（1）實時采集與顯示運行參數，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）對建筑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，并可生成各種報表及分析曲線等供用戶查詢使用。
　　（4）事件記錄與故障報警，系統對所有用戶操作、開關變位、參量越限及其它用戶實際需求的事件均具有詳細的記錄功能，對開關變位、參量越限等信息還具有報警功能。

5　 應用案例
　　上海世博村(A地塊)VIP生活館項目定位于五星級酒店，是 2010 年上海世博會配套世博村項目中規格最高的酒店。VIP 生活館工程占地面積約為25500平方米 ，總建筑面積66000 平米，建筑高度約95米 ，地上部分26層 ，地下為2 層，共有客房443間。生活館電能管理系統采用ACREL5000能耗監測系統及中壓微機保護裝置和多功能電力儀表來實時保護線路和采集電參量數據，所有的中壓微機保護裝置和電力儀表均通過現場總線進行組網，在中控室對現場各回路用電狀況實行監測，并進行數據庫存儲，自動生成用電日報表、月報表、年報表以及電能計量統計報表等，為管理人員的分析、決策提供參考。
　　該項目電能管理系統采用三層網絡結構，站控管理層是人機交互的直接窗口，主要由工控機、打印機等組成。通訊管理層主要由通訊服務器和交換機等組成，是數據信息交互的橋梁，負責對現場設備回送的數據信息進行采集與傳輸的同時，轉達上位機對現場設備的各種命令。現場設備層的電力儀表主要為ACR系列多功能電表，低壓進線回路及重要饋線回路選用ACR系列多功能諧波電表，整個系統分為樓層和變電所部分。
　　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，完成對各用電回路的數據采集，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，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6給出了生活館電能計量查詢表，很清楚的顯示出各分項用電的使用情況。圖7是系統給出的生活館照明、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6　生活館電能分項計量查詢表

 圖7　生活館月分項用電量餅圖

6　 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筑的必然選擇，本文介紹的電力儀表及ACREL5000能耗監測系統的應用，可以實現對電能的分項及分時復費率計量，不僅能顯示用電狀況，還具有網絡通訊功能，可以與計算機等組成電力監控與電能管理系統。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，在很多大型公建中成功應用，取得了很好的經濟和社會效益。

　　文章來源于：《電控配電》2010年3期。

參考文獻
[1] 任致程 周中. 電力電測數字儀表原理與應用指南[M]. 北京. 中國電力出版社. 2007. 4
[2] 滬建交【2008】828號《加強本市民用建筑設備專業節能設計技術管理的通知》

作者簡介：
王曉明（1982－），男，漢族，本科，工程師，主要研究方向為智能建筑供配電監控系統
郵箱：ACRELDJH@163.com,