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关 键 词：智能型电流表
行 业：仪器仪表 传感器 电力传感器
发布时间：2020-04-01
高校建筑能耗监测系统的应用 安科瑞鲍静君
1、概述
我国大型公共建筑年耗电量约占全国城镇总耗电量的22%，每平方米年耗电量是普通居民住宅的10～20倍，是欧洲、日本等发达国家同类建筑的1.5~2倍。
对于大型公共建筑而言，能源消耗情况非常复杂，只有实现建筑内各耗能环节分项计量，才可能真正把实际各类系统的能耗状况和合理的用能配额相比较，确定差异的形成，明确进一步的节能潜力。
2、校园建筑能源管理系统的可行性分析
高等院校作为大型公共建筑中的一部分，它集教学、科研和生活于一体， 占地面积大、建筑类型多、功能划分区较复杂，既是人口的高密度区，更是重要的能源消耗大户。
我国绝大多数高等院校人工管理电、水、气的消耗量。原始的人工抄表存在多种问题，如：数据不精确、实时性差、工作量大、管理难度大等。能耗管理部门也没有其他直接有效的手段，获取重点的实际能耗信息，也无法进一步提出节能方案，有效降低能耗。因此更无法对不同类别耗能进行有效正确的分析，因此制定针对性的能耗管理政策尤为关键。
建筑能耗分析管理系统不仅可以分析高耗能设备能耗产生的主要原因，还可以分析办公、生活能耗与气候、人数以及建筑结构之间的关系，即使用一个平台对不同建筑类型建筑的节能潜力进行研究，同时跟据数据分析结果选择正确的节能方法以达到节能的目的。
3、Acrel-5000能耗分析管理系统的优势
1）保证面积庞大的供配电系统安全可靠供电；
2）了解供电隐患，快速定位故障和排除故障；
3）实时准确统计学校各部门、院系和宿舍的用电量，做到独立核算；
4）提高了管理效率，减少人力成本。
4、Acrel-5000能耗分析管理系统在电气工程学校项目中的应用
4.1项目概况
电气工程学校一校五址，建筑面积21133平方米，校内建有行政楼、教学楼、实验楼、师生餐厅、宿舍楼、体育楼等楼群。变配电室是校园内的电力中枢采用电度表实现电度计量，其运行设备的情况依旧依靠人工巡查，远远不能满足安全运行的要求，当出现运行故障、设备老化等情况时，无法及时进行故障隔离使得停电范围不会扩大。对于实验室等重要用能部门的电能质量也没有监测和保障。需要通过建立实时监控来保证用能系统的安全运行。同时北方院校的供热系统同样需要运行的安全监测，可增加智能控制，通过电动调节阀的开闭来控制热量，合理用能。
安科瑞电气股份有限公司承接电力工程学校能耗管理系统的设计、施工及调试。主要完成对现场能耗的集中采集及分析，通过对用户端所有能耗进行细分和统计，以直观的数据和报表向管理人员或决策层展示各类能源的使用消耗情况。
4.2 组网结构
系统采用分层分布式设计，由站控管理层、网络通讯层、现场设备层组成。可以实现远方的监视控制，也能够在上层故障时不影响本层和下一层的功能。
各个结构层的具体形式如下：
1）站控管理层
软件管理层针对配电系统的管理人员，是人机交互的直接窗口，也是整个系统的最上层部分，该层主要由系统软件和必要的硬件设备组成，包括监控主机、打印机、UPS电源。系统软件具有良好的人际交互界面，对采集的现场耗电、耗水、耗气等数据信息经过计算处理，并以图形、数显等方式反映现场的运行状况。
2）网络通讯层
该层是数据信息交换的桥梁，负责对现场设备回送的数据信息进行采集、分类和存储等工作的同时，转达上位机对现场设备的各种控制命令。
3）现场设备层
现场包括ACR多功能电力仪表、终端电能表计、水表、气表、集中供冷供热表，负责采集电力现场的各类数据和信息状态，发送给网络通讯层，同时也作为执行单元，执行网络通讯层发出的指令。
监测建筑数据展示应包括：
4.3 设备参数列表
4.4系统功能及软件界面
系统对电、水、气能耗实时采集、动态监测、能耗分析、成本核算、绩效考核和报表发布等功能，实现校园能源管理精细化，促进节能降耗。
4.4.1 能耗数据对比分析
概要显示当月、当年用能情况，并与往年同期用能进行对比，掌握用能趋势。实时动态监测企业当前用电功率。通过设置每日用能的计划值，实现用能的定额管理，并与实际用能进行对比，对可能出现的用能突增进行预警，全局掌握校园的用能情况。
4.4.2趋势曲线分析
通过用能趋势图，快速定位校园用能负荷高峰，并逐级定位高峰能耗的组成，为移峰填峰找到依据。
4.4.3 分类、分项统计能耗数据
将各类能源监测数据（水、电、气）接入到一套能耗监测系统中，改变原来多头管理的局面，清晰的掌握校园能耗的构成，避免能耗改造过程中降低某一类能耗的同时增加了其他类能耗的支出。
4.4.4 能耗数据综合分析
将校园能耗数据同建筑面积、校园人口、环境温度等参数进行综合比较，系统根据需要建立不同的能耗分析模型，科学、准确的判断一个校园能耗的高低，从而综合分析影响能耗的因数。
4.4.5能耗数据的实时监测
系统具备良好的开放性，可对用户需求进行功能扩展，在基本分析功能的基础上为用户定制个性化报表和分析模板；系统具有报警管理功能，负责报警及事件的传送、报警确认及报警记录功能以便告知用户或供用户查询；系统具备权限管理、系统日志及系统参数设置等功能。
5 结束
能源管理监控系统分别对校园中各个分散分布的区域配电所进行独立测量，能耗管理部门实时掌握高校各区域的水电数据及其能耗负荷的变化，从而及时做出可行性调整，制定相应的管理制度 ，为进一步节能改造提供准确的数据支撑，让系统真正运行起来起到节能的效果。
参考文献：
［1］ 上海安科瑞电气股份有限公司产品手册.2013.01.版
[2] 基于ACREL-5000的大型公共建筑能耗监测系统设计与应用[J.]
电能管理系统在1788国际中心的应用 安科瑞鲍静君
摘要：介绍电能管理系统在1788国际中心的应用。
关键词： 商业中心大楼；分项计量；集中监控；电能管理系统
一、项目概述
1788国际中心由安世7802和安世7829两路35kV市电供电，进户后主楼地下一层的两台35kV/10kV变压器降压。安世7802号线通过35kV/10kV/0.4kV变压后，供给大楼T1、T3、T5、T7、T9变压器下的配电回路，安世7829号进线则供给T2、T4、T6、T8、T10变压器下的配电回路，地下一层安置2台应急柴油发电机。
二、系统设计方案
1788国际中心设计有1个35kV配电室，1个10kV配电室，4个0.4kV配电室和1个应急柴油发电机房，均位于地下一层，共计配电回路约360个，每个回路安装有智能电力仪表，对配电室部分所有配电回路的工作状态进行监控，每台变压器均配有温度控制仪采集其温度。此外，在各楼层的强电间、空调机房、排风机房、潜水泵房、电梯机房及热交换机房等处配电箱上安置电力仪表，对大楼的照明、空调、风机、电梯等设备和办公室租户用电，共计约700个回路进行监控。根据设计院的设计方案，楼层配电箱部分，除租户、空调和风机使用电度表进行本地分项计量外，照明、动力、电梯等用电设备的用电量均在低压配电室中进行集中计量，其配电箱配电回路仅使用电流表进行运行状态监测[1]。
设计要求配电自动化电能管理系统将配电室和楼层指定回路的运行状态集中显示在值班人员面前，要求完成对配电室35kV、10kV回路和0.4kV回路进线全常规电参量和温度的遥测；对配电室0.4kV馈线回路三相电流、有功电度和分合闸状态的远程检测；对楼层租户配电箱、空调配电箱和风机配电箱回路三相电流和有功电度的遥测，以及对楼层照明、动力、电梯等配电箱回路三相电流的遥测。配电室部分遥测实时性要求高，楼层部分实时性要求相对较低。此外，所有用电量数据需与IBMS系统共享。
本项目中，考虑现场仪表数量较多，在35kV值班室内安放两台系统主机，分别对配电室配电系统和楼层配电系统进行监测。系统拓扑结构为3层，即现场设备层、通讯管理层和站控管理层[2]，借鉴ISO-OSI网络模型中物理层、数据链路层、网络层、运输层和应用层的定义。
图1 系统拓扑结构示意图
现场设备层设备包括阿海法综保、丹东华通的多功能仪表和江西华达电子的干式变压器温控仪等。这些设备分别根据设计院要求安装在相应的配电回路上。
参考OSI网络结构模型，现场设备层所有设备在物理层约定为RS-485接口。
因所有配电室和发电机房均在主楼B1F，距离35kV值班室距离不超过100米，故配电室部分所有仪表采用RS-485总线与35kV值班室内的一台通讯管理机连接，总线长度均在200米以内，挂接仪表不超过25台，保障了通讯的实时性和可靠性。
因楼层部分仪表数量多而且配电箱分布松散，考虑项目成本，采用4台RS485集线器，分别安装在主楼16F、4F、B1F的强电间和裙房B1F的强电间内，将一定范围内的仪表通讯总线集中后，再各自以一根RS-485总线连接到35kV值班室内的通讯管理机串口上。此方案通过牺牲部分通讯的实时性（RS-485集线器的驱动能力有限，导致通讯延迟变大），使得项目施工中所需要的线缆数量大幅度减少（实际施工使用的线缆数量约为不使用RS-485集线器的1/5）。
通讯管理层的主要设备是两台通讯管理机、32台协议转换隔离器和1台工业以太网交换机。两台通讯管理机下端串口通过RS-485-232协议转换隔离器与各条仪表通讯RS-485总线相连，上端通过交换机，以太网TCP/IP协议与两台监控主机相连。
站控管理层由两台DELL主机、显示器、打印机、UPS电源等设备组成，通过Acrel-3000电能管理系统软件实现对数据采集、处理和交互的控制，完成网络模型中应用层的功能。
监控主机与现场仪表之间的数据交互以报文形式实现，数据链路层主要协议为Modbus-RTU。因本系统需要向IBMS系统同步所有回路的有功电度值，约定以Modbus-TCP协议向智能楼宇管理系统转发数据。
三、系统功能
（1）35kV、10kV变压器参数显示：如图2所示，电能管理系统采集1788中心配电系统35kV侧和10kV侧的三相相电压、三相线电压、三相电流、总有功功率、总无功功率、总功率因数和有功电度累积值，将其35kV侧和10kV侧的数据列在一起，方便值班人员进行比对和检查。通过干式变压器温度控制采集的变压器三相温度也同时以数值和曲线的形式反映在本界面上。
图2 35kV/10kV配电系统参数显示界面
（2）35kV/10kV配电系统一次示意图：除了显示配电系统的常规参数外，配电室主机的电能管理系统还以配电系统一次图的形式绘制了软件界面，通过标注回路用途，使配电系统的走向更为清晰化，35KV配电系统一次示意图如图3所示。此外，电压、电流等常规电参量也可以在一次示意图界面上查看。
图３ 35kV配电系统一次示意图
（3）0.4kV配电系统一次示意图（如图4所示）：0.4kV配电室配电回路运行状态使用一次图形式显示，将采集的电参量、变压器温度和断路器分、合闸状态等参数显示在界面上，根据配电室和变压器划分整个0.4kV配电系统并分别进行界面显示，为每一个回路标注其柜体号、回路编号、回路用途和低压系统总编号，进一步明确配电系统的走向。
图4 0.4kV配电系统一次示意图
（4）楼层配电箱数据采集及显示（如图5所示）：楼层电能管理主机采集1788中心B3F~30F各处配电箱上仪表的数据，以楼层划分，按照配电箱所处位置和编号对数据进行排序，分类显示租户、空调和风机回路的三相电流和有功电度，显示照明、应急照明、动力、电梯、水泵和一些其他回路的三相电流。
图5 楼层配电箱数据显示界面
（5）报表功能：配电室电能管理系统为用户定制了两种功能的报表，一种如图6所示，针对某一个主要回路，可以由用户自行选择时间生成该回路在该时刻常规电参量的历史值。另一种报表由用户经过简单的操作后，系统便会自动生成配电室所有回路以及楼层部分空调回路、租户电表用电量的日报、月报及年报。
图6 自定义全电参量报表
（6）事故报警和追忆：对于电气值班人员来说，跳闸报警的实时性和准确性是非常重要的指标，电能管理系统为用户定制的报警功能主要针对配电室低压回路断路器的分合闸变位，通过图7所示的报警窗口和外置音箱发出报警音提示值班人员低压馈出回路断路器发生了变位，根据报警窗口显示的内容，可以立即定位报警回路并进行响应，保障大楼配电系统稳定运行。
图7 报警功能界面
（7）通讯状态显示（如图8所示）：显示所有仪表的通信状态，根据仪表所处总线、配电室或楼层位置划分，标注其通信地址和通信状态。
图8 楼层电能管理系统设备通信状态图
（8）数据转发：本系统主要负责数据的前端采集处理，并向更上一级的楼宇自动化系统转发数据，其他楼宇自动化系统不再采集计量仪表数据。转发数据主要包括35kV/10kV/0.4kV配电室所有回路电能数据；楼层租户、空调和风机回路的电能数据。
四、问题及解决措施
1、本工程总承包方发包资料中提到电能管理系统采集点位约900点，而实际采集点位逾1000点，数量多且分布广。强电施工单位施工时使用的临时配电箱和错误的配电箱编号，对本系统的通讯施工造成了不小麻烦。项目施工时核对配电箱资料的完整性和准确性，并及时指出强电施工单位工作中的错误要求其整改。
2、4台RS485集线器安装在楼层强电间内，其220VAC电源取自就近的配电箱中，初步方案并未对220VAC电源做规范，即直接从最近的配电箱中取。项目后期调试时发现因1788中心尚未完工，楼层部分经常因为施工而断电，有时会断开集线器的电源，导致系统数据链路断开，故对现场通讯设备辅助电源进行整改，从现场拥有EPS电源供电的应急照明箱中备用的空开下端取220VAC电源，并贴上标签告知维护人员不可随意关断，保障数据链路稳定。
3、系统向IBMS系统进行数据转发所用的以太网线先后因35kV值班室闹鼠患而被损坏3次，后联络1788中心的业主，由灭鼠公司出面解决此问题。
4、1788国际中心配电室、配电箱上的仪表多由丹东华通提供，在本系统投入运行后，发现了不少仪表配置的问题，如主楼9楼应急照明箱9PME1、2楼应急照明箱2PME1等处，仪表电流互感器变比为100/5和300/5，而电能管理后台显示其三相电流约为0.006A、0.016A、0.008A。与业主管理人员到现场查看后发现其小数点位设置为3位，即最高显示值仅为9.999A，设置明显有误。项目进行现场验收时也发现多处仪表具有类似问题。由甲方通知丹东华通进行整改。
五、结束语
1788国际中心电能管理系统于2012年4月正式投入运行，通过配电室主机与楼层主机的协同工作，使值班人员在一般情况下不用再前往配电现场查看，实现了配电室无人值守、配电系统自动化。
文章来源于：《自动化应用》2012年7期。
参考文献
[1].任致程 周中. 电力电测数字仪表原理与应用指南[M]. . 中国电力出版社. 2007. 4
[2].周中等编着. 智能电网用户端电力监控与电能管理系统产品选型及解决方案[M]. . 机械工业出版社. 2011.10
能源管理系统在城市轨道交通中的应用 安科瑞鲍静君
1 地铁能耗分析
地铁是大运量的城市轨道交通运输系统，也是耗电量的大户。地铁运营过程中消耗能源的主要形式是电能。根据对地铁用电负荷的统计分析，能耗主要分布在列车牵引用电和各种动力照明设备用电，如通风空调、自动扶梯、照明、弱电设备等方面。图1是地铁各系统耗能分布图。
图1 地铁各系统耗能分布图
从图1中可见，地铁列车牵引用电和各种动力照明用电量比例约各占50%。牵引供电、通风空调、电扶梯、照明等能耗占地铁总能耗的90%左右，是节能工作的重点。因此，应对地铁中主要用电设备以及持续性运转的大负荷容量设备加强能源管理和监控，并对采用变频等节能技术措施的设备做好经济技术考核和对比分析工作。
2 地铁能源管理系统的可行性分析
目前，综合监控系统已在全世界范围内的城市轨道交通工程中成功应用，并且带来了良好的经济效益和社会效益。综合监控系统是一个大型的综合自动化系统，它采用通用的软件平台、一致的硬件架构、统一的人机界面，通过对相关系统的集成和互联，建立了一个高度共享的信息平台，实现地铁各系统间的信息互通与资源共享，从而提高了日常管理与调度工作的效率和地铁运营的整体服务水平。
另外，国内新建地铁的低压配电柜和环控电控柜已采用智能开关柜设计方案。低压配电柜、环控电控柜内智能网络的构成是柜内智能仪表通过冗余的现场总线，同时通过智能通信管理器将数据信息上传至综合监控系统。采用这种方式不仅能确保采集的设备电能数据能够及时发送到监控系统，而且可靠性高、系统构成简单、经济，便于集中管理。
地铁综合监控系统的工业以太网络等硬件和底层现场总线等基础构架，为能源管理系统的实施创造了非常有利的条件。在此基础上，采用先进可靠的能源管理软件、硬件，完全可以建立一套完整的、具有先进水平的地铁能源管理系统。
3 地铁能源管理系统在轨道交通11号线安亭站地块的应用
3.1 项目概述
安亭站位于上海嘉定区安亭镇曹安公路墨玉路，为上海轨道交通11号线的高架岛式车站，于2010年3月29日启用。上海安科瑞电气股份有限公司于2011年8月承接轨道交通11号线能源管理系统的设计及施工。实现了对配电室内的高压，低压进线、电容补偿、联络、出线回路进行远程监控。Acrel-5000型能源管理系统预留了扩展接口，可方便进行扩展。
整个系统采用网络分布式结构，监控主机位于监控中心值班室（位于中心变配电室内）内，系统采用开放的通讯协议，通过RS-485现场总线与高低压配电系统等相连，实现数据通讯功能。
3.2 组网结构
该系统主要采用分层分布式计算机网络结构，如图2所示共分为三层：站控管理层、网络通讯层和现场设备层。
图2 组网结构图
现场设备层主要是连接于网络中用于电参量采集测量的各类型的仪表和保护装置等，也是构建该配电系统必要的基本组成元素。该项目中包括M5系列综保、ACR系列网络仪表及WHD系列温湿度控制器，共实现对407个现场设备进行监测和管理。
网络通讯层是由通讯服务器、接口转换器及总线网络等组成。该层是数据信息交换的桥梁。
站控管理层是针对配电网络的管理人员，该层直接面向用户。该层也是系统的最上层部分，主要由能源管理系统软件和必要的硬件设备如计算机、打印机、UPS等组成。
3.3 设备参数列表
3.4 系统设计参数
3.5 系统功能及软件界面
3.5.1 分类、分项能耗数据统计
系统具备历史数据、报警信息等的存储功能，存储历史数据保存时间大于三年。系统同时具备将分类、分项能耗数据按“需要发送至上级数据中心的能源数据”的要求发送至上级数据中心的功能。界面如图3。
3.5.2 能耗数据的实时监测
系统具备良好的开放性，可对用户需求进行功能扩展，在基本分析功能的基础上为用户定制个性化报表和分析模板；系统具有报警管理功能，负责报警及事件的传送、报警确认及报警记录功能以便告知用户或供用户查询；系统具备权限管理、系统日志及系统参数设置等功能。界面如图4。
3.5.3 用能情况的同、环比分析
对各分类、分项能耗（标准煤量或千瓦时）和单位面积能耗（标准煤量或千瓦时）进行按月、年同比或环比分析。可预置、显示、查询和打印常用建筑能耗统计报表。界面如图5。
3.5.4 建筑能耗数据分析
系统对分类、分项能耗数据进行采集汇总后，可生成各种数据图表、饼图、柱状图等，实时反映和对比各项采集数据和统计数据的数值、趋势和分布情况。系统可按总能耗和单位面积能耗进行逐日、逐月、逐年汇总，并以坐标曲线等各形式显示、查询和打印。界面如图6。
3.5.5 远程网络访问功能
系统以Web发布后可进行远程网络访问。基于.Net平台，使用、JQuery技术开发，可通过Internet访问，具有跨平台的特性，用户可通过各种移动终端（笔记本、平板电脑、手机等）访问。界面如图7。
图7 远程网络访问功能
4 结语
“只有可被测量的才是可被管理的。”地铁能源管理系统的总目标是建立一个全线性或者整个城市轨道交通网络的能源管理系统，构建一个覆盖列车牵引用电、各车站动力照明设备用电，以及车辆段电能、燃气、自来水等能源介质的自动监控系统。地铁在满足公共交通功能需求的同时，应按照合理用能的原则，推进先进节能技术的应用，加强节能管理和能耗控制，以提高能源利用效率，降低运营成本。
参考文献
[1]GB50157—2003 地铁设计规范[S].
[2]JGJ16—2008 民用建筑电气设计规范[S].
[3]上海安科瑞电气股份有限公司产品手册.2013.01.版
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