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楊軍軍
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801
摘要：近年來，對商業樓宇自動化的需求越發強烈。現代的配電自動化系統要求對樓宇的照明、應急照明、空調、風機和電梯等重要用電負荷進行分項計量，并在電氣值班室或消控中心進行集中監控，以便對樓宇的配電系統進行維護。
關鍵詞： 商業中心大樓；分項計量；集中監控；電能管理系統
項目概述
1788國際中心項目坐落在靜安寺核心商圈，南面緊臨南京西路，與中福會少年宮及在建中的會德豐廣場隔路相對；北面靠近愚園支路，與世紀時空大廈相近；東面比鄰百樂門大酒店，與靜安寺相近，步行至軌道交通2號線靜安寺站及久百城市廣場只需5分鐘時間；西面過去則是烏魯木齊路。項目由華東建筑設計院設計，主樓30層，裙房5層，地下3層。整個項目用地面積為1.21萬平方米，總建筑面積達11.32萬平方米，其中，地上建筑面積為8.14萬平方米，包括了6.71萬平方米的辦公樓面積和1.43萬平方米的商業面積，而地下建筑面積約為3.18萬平方米，其中還包括了0.46萬平方米的商業面積及2.72萬平方米的其它用途面積。
1788國際中心由安世7802和安世7829兩路35kV市電供電，進戶后主樓地下一層的兩臺35kV/10kV變壓器降壓。安世7802號線通過35kV/10kV/0.4kV變壓后，供給大樓T1、T3、T5、T7、T9變壓器下的配電回路，安世7829號進線則供給T2、T4、T6、T8、T10變壓器下的配電回路，地下一層安置2臺應急柴油發電機，在兩路市電都被切斷的情況下自動投入供給大樓應急照明和應急動力。
需求分析
1788國際中心設計有1個35kV配電室，1個10kV配電室，4個0.4kV配電室和1個應急柴油發電機房，均位于地下一層，共計配電回路約360個，每個回路安裝有智能電力儀表，對配電室部分所有配電回路的工作狀態進行監控，每臺變壓器均配有溫度控制儀采集其溫度。此外，在各樓層的強電間、空調機房、排風機房、潛水泵房、電梯機房及熱交換機房等處配電箱上安置電力儀表，對大樓的照明、空調、風機、電梯等設備和辦公室租戶用電，共計約700個回路進行監控。根據設計院的設計方案，樓層配電箱部分，除租戶、空調和風機使用電度表進行本地分項計量外，照明、動力、電梯等用電設備的用電量均在低壓配電室中進行集中計量，其配電箱配電回路僅使用電流表進行運行狀態監測。
要求配電自動化電能管理系統將配電室和樓層指定回路的運行狀態集中顯示在值班人員面前，要求完成對配電室35kV、10kV回路和0.4kV回路進線全常規電參量和溫度的遙測；對配電室0.4kV饋線回路三相電流、有功電度和分合閘狀態的遠程檢測；對樓層租戶配電箱、空調配電箱和風機配電箱回路三相電流和有功電度的遙測，以及對樓層照明、動力、電梯等配電箱回路三相電流的遙測。配電室部分遙測實時性要求高，樓層部分實時性要求相對較低。此外，所有用電量數據需與IBMS系統共享。
系統設計方案
本項目中，考慮現場儀表數量較多，在35kV值班室安放兩臺系統主機，分別對配電室配電系統和樓層配電系統進行監測。系統拓撲結構為3層，即現場設備層、通訊管理層和站控管理層，借鑒ISO/OSI網絡模型中物理層、數據鏈路層、網絡層、運輸層和應用層的定義。
現場設備層設備包括阿海法綜保、丹東華通的多功能儀表和江西華達電子的干式變壓器溫控儀等。這些設備分別根據設計院要求安裝在相應的配電回路上。參考OSI網絡結構模型，現場設備層所有設備在物理層約定為RS-485接口。
因所有配電室和發電機房均在主樓B1F，距離35kV值班室距離不超過100米，故配電室部分所有儀表采用RS-485總線與35kV值班室內的一臺通訊管理機連接，總線長度均在200米以內，掛接儀表不超過25臺，保障了通訊的實時性和可靠性。
因樓層部分儀表數量多而且配電箱分布松散，考慮項目成本，采用4臺RS485集線器，分別安裝在主樓16F、4F、B1F的強電間和裙房B1F的強電間內，將一定范圍內的儀表通訊總線集中后，再各自以一根RS-485總線連接到35kV值班室內的通訊管理機串口上。此方案通過犧牲部分通訊的實時性（485集線器的驅動能力有限，導致通訊延遲變大），使得項目施工中所需要的線纜數量大幅度減少（實際施工使用的線纜數量約為不使用485集線器的1/5）。
通訊管理層的主要設備是兩臺通訊管理機、32臺協議轉換隔離器和1臺工業以太網交換機。兩臺通訊管理機下端串口通過485-232協議轉換隔離器與各臺儀表通訊485總線相連，上端通過交換機，以太網TCP/IP協議與兩臺監控主機相連。
站控管理層由兩臺DELL主機、顯示器、打印機、UPS電源等設備組成，通過Acrel-3000電能管理系統軟件實現數據采集、處理和交互的控制，完成網絡模型中應用層的功能。
監控主機與現場儀表之間的數據交互以報文形式實現，數據鏈路層主要協議為Modbus-RTU。因本系統需要向IBMS系統同步所有回路的有功電度值，約定以Modbus-TCP協議向智能樓宇管理系統轉發數據，此處參考OSI模型中運輸層定義。
系統功能
配電室部分：
功能導航：配電室主機上的電能管理系統以導航按鈕的形式幫助用戶進行畫面切換，按照高配和低配區分35kV/10kV配電系統顯示和0.4kV配電系統顯示的功能模塊，點擊按鈕即可查看相應的功能模塊，如圖1所示。
35kV、10kV配電系統參數顯示：如圖1所示，電能管理系統采集1788中心配電系統35kV側和10kV側的三相相電壓、三相線電壓、三相電流、總有功功率、總無功功率、總功率因數和有功電度累積值，將其35kV側和10kV側的數據列在一起，方便值班人員進行比對和檢查。通過干式變壓器溫度控制以采集的變壓器三相溫度也以數值和曲線的形式反映在本界面上。
圖1 35kV/10kV配電系統參數顯示界面
35kV/10kV配電系統一次示意圖：如圖2、圖3所示，除了顯示配電系統的常規參數外，配電室主機的電能管理系統還以配電系統一次圖的形式繪制了軟件界面，通過標注回路用途，使配電系統的走向更為清晰化。此外，電壓、電流等常規電參量也可以在一次示意圖界面上查看。如在圖2中可以看到安世7802號線為1號主變供電，而在圖3中可以看到1號主變為T1、T3、T5、T7、T9這五臺10kV/0.4kV電壓器供電。
圖2 35kV配電系統一次示意圖
圖3 10kV配電系統一次圖
0.4kV配電系統一次示意圖：0.4kV配電室配電回路運行狀態使用一次圖形式顯示，將采集的電參量、變壓器溫度和斷路器分、合閘位等參數顯示在界面上，根據配電室和變壓器劃分整個0.4kV配電系統并分別進行界面顯示，為每一個回路標注其柜體號、回路編號、回路用途和低壓系統總編號，進一步明確配電系統的走向。如圖4所示：
圖4 0.4kV配電系統一次示意圖
報表功能：配電室電能管理系統為用戶定制了兩種功能的報表，一種如圖5所示，針對某一個主要回路，可以由用戶自行選擇時間生成該回路在該時刻常規電參量的歷史值。
圖5 自定義全電參量報表
另一種如圖6所示，由用戶自行選擇時間，系統生成該時間段內配電室所有回路的用電量報表。
圖6 配電室回路用電量報表
事故報警和追憶：對于電氣值班人員來說，跳閘報警的實時性和準確性是非常重要的指標，電能管理系統為用戶定制的報警功能主要針對配電室低壓回路斷路器的分合閘變位，通過圖7所示的報警窗口和外置音箱發出報警音提示值班人員低壓饋出回路斷路器發生了變位，根據報警窗口顯示的內容，可以立即定位報警回路并進行響應，保障大樓配電系統穩定運行。
圖7 報警功能界面
樓層部分：
數據采集及顯示：樓層電能管理主機采集1788中心B3F~30F各處配電箱上儀表的數據，以樓層劃分，按照配電箱所處位置和編號對數據進行排序，分類顯示租戶、空調和風機回路的三相電流和有功電度，顯示照明、應急照明、動力、電梯、水泵和一些其他回路的三相電流，如圖8所示。
圖8 樓層配電箱數據顯示界面
通訊狀態顯示：顯示樓層部分所有儀表的通訊狀態，通過儀表所處總線和樓層位置劃分，標注其通訊地址和通訊狀態。因樓層配電箱上安裝的儀表無法采集斷路器狀態，通訊狀態也在一定意義上表征回路運行狀態。如圖9所示
圖9 樓層電能管理系統設備通訊狀態圖
租戶、空調用電量報表：為用戶提供所有辦公室租戶、商鋪租戶以及各樓層變頻空調有功電度報表，查詢任一時間段內回路的用電量，根據用戶需求，將所有租戶用表對應的出線名稱定義為可修改，可且僅可由站長級用戶編輯各回路對應租戶的公司名，以便進行電費核算。 界面如圖10所示：
圖10 樓層租戶和空調用電計量報表
數據轉發：本系統主要負責數據的前端采集處理，并向更上一級的樓宇自動化系統轉發數據，其他樓宇自動化系統不再采集計量儀表數據。轉發數據主要包括35kV/10kV/0.4kV配電室所有回路電能數據；樓層租戶、空調和風機回路的電能數據。現與IBMS約定以Modbus-TCP協議向其系統主機轉發電能數據，收費抄表系統廠家未定，本系統也為其預留了Modbus-TCP協議的端口。
圖11 Modbus-TCP數據轉發點點表
問題匯總
1、本工程總承包方發包資料中提到電能管理系統采集點位約900點，而實際采集點位逾1000點，數量多且分布廣。強電施工單位施工時使用的臨時配電箱和錯誤的配電箱編號，對本系統的通訊施工造成了不小麻煩。項目施工時核對配電箱資料的完整性和準確性，并及時指出強電施工單位工作中的錯誤要求其整改，是智能樓宇弱電系統集成項目中最為重要的部分。1788國際中心項目的實施，也指出現階段我司系統集成工作中的不足和提高方向。
2、4臺RS485集線器安裝在樓層強電間內，其220VAC電源取自就近的配電箱中，初步方案并未對220VAC電源做規范，即直接從最近的配電箱中取。項目后期調試時發現因1788中心尚未完工，樓層部分經常因為施工而斷電，有時會斷開集線器的電源，導致系統數據鏈路斷開，故對現場通訊設備輔助電源進行整改，從現場擁有EPS電源供電的應急照明箱中備用的空開下端取220VAC電源，并貼上標簽告知維護人員不可隨意關斷，保障數據鏈路穩定。
3、本系統向IBMS系統進行數據轉發所用的以太網線先后因35kV值班室鬧鼠患而被損壞3次，后聯絡1788中心的業主，由滅鼠公司出面解決此問題。
運行效果
1788國際中心電能管理系統于2012年4月正式投入運行，通過配電室主機與樓層主機的協同工作，使值班人員在一般情況下不用再前往配電現場查看，實現了配電室無人值守、配電系統自動化的功能。
1788國際中心尚未竣工，經常進行消防演習，演習過程中會切斷部分配電箱負載，以往復位這些負載需要由物業工程部電工逐一排查，費時費力。電能管理系統投入使用后，可以幫助業主在演習結束后快速定位未復位的配電箱，節約了大量的人力成本。
1788國際中心配電室、配電箱上的儀表多由丹東華通提供，在本系統投入運行后，發現了不少儀表配置的問題，如主樓9樓應急照明箱9PME1、2樓應急照明箱2PME1等處，儀表電流互感器變比為100/5和300/5，而電能管理后臺顯示其三相電流約為0.006A、0.016A、0.008A，值得懷疑，與業主管理人員到現場查看后發現其小數點位設置為3位，即最高顯示值僅為9.999A，設置明顯有誤，本項目進行現場驗收時也指出了多處儀表具有類似問題，其中更有約5處為尚未使用的商鋪租戶電能計量表，影響較大。由甲方通知丹東華通進行整改。
結束語
1788國際中心電能管理系統的竣工，在造就了良好的經濟利益和用戶口碑的同時，也是上海安科瑞電氣股份有限公司在智能樓宇自動化系統集成領域的又一次提高。
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].周中等編著. 智能電網用戶端電力監控與電能管理系統產品選型及解決方案[M]. 北京. 機械工業出版社. 2011.10
作者簡介：
楊軍軍，女，本科，安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向為智能電網供配電。Email: 2880157877@qq.com手機：15216816024 021-69151071 QQ:2880157877
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