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周中1，李一力2，王曉明1
1 安科瑞電氣股份有限公司，上海 嘉定 201801；
2 清華大學建筑節能中心 北京 海淀 100840）
摘 要：鑒于公共建筑電能消耗主要集中在低壓終端的現狀，為了實現對終端用戶用能的量化管理，在公共建筑低壓配電系統中加裝電能計量裝置，實現電能計量管理十分必要。本文介紹一種采用現場總線的數字式復費率電能表，以及利用該表組成的電能管理系統，實現電能管理的實際案例。
關鍵詞：DDSF1352/DTSF1352電表；電能管理系統；能耗監測系統
0 引言
由溫家寶總理簽署的中華人民共和國國務院令第531號《公共機構節能條例》已經2008年7月23日國務院第18次常務會議通過，自2008年10月1日起施行。《條例》第十四條明確指出：公共機構應當實行能源消費計量制度，區分用能種類、用能系統實行能源消費分戶、分類、分項計量，并對能源消耗狀況實行監測，及時發現、糾正用能浪費現象。建質〔2006〕277號文《全國民用建筑工程設計技術措施——節能專篇 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計規定》和滬建交〔2008〕828號文《關于進一步加強本市民用建筑設備專業節能設計技術管理的通知》，進一步明確提出對主要用電設施分項計量，對辦公樓、商場、宿舍等應計量到經濟核算單元；對醫療病房、賓館客房、學校教室應按樓層或功能分區計量等等，并納入審圖和竣工驗收標準之中。
目前終端電能計量表計的安裝普遍采用傳統壁掛式的安裝方式，存在體積大，安裝不方便等缺點。而DDSF1352/DTSF1352導軌式安裝電表采用模數化設計，具有體積小、易安裝、易組網等優點，易于實現終端配電電能計量。便于配電系統加裝電度表的改造。
1 DDSF1352/DTSF1352電表簡介
1.1產品特點
DDSF1352/DTSF1352單、三相電子式復費率電表，采用DIN35mm軌道安裝，結構模數化設計，寬度與微型斷路器匹配，分別是4和7個模數，可方便安裝于照明箱內（見圖1）。一次接入最大電流20（80）A，80A以上需外接CT，變比最大可擴至6000/5A。電表帶RS485通訊接口，支持MODBUS-RTU協議或DL/T645規約。接線端子上的透明翻蓋與外殼可鉛封，達到防竊電的目的。該表除用于企事業內部電能計量考核管理外，經供電部門測試校驗合格后，還可作為貿易結算表使用。該產品符合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》等標準要求。
圖1 電表外形及安裝方式
1.2 設計原理
1.2.1 單相DDSF1352電表設計原理
DDSF1352單相復費率電能表采用ADI公司最新技術ADE7169F16片上系統的單芯片設計完成。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、電網頻率等運行參數，過載倍數大。片上8052的MCU帶有16K FLASH和512B RAM和多種外設模塊，支持低功耗溫度補償的片上RTC模塊、LCD驅動模塊、電源管理模塊、SPI/I2C接口模塊和UART通訊模塊等，用一片ADE7169就能實現單相復費率多功能電能表設計。具體設計框圖如圖2。
圖2 單相DDSF1352電表原理框圖
1.2.2 三相DTSF1352電表設計原理
DTSF1352 三相電子復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。其原理為：線路上實時電壓、電流經高精度互感器耦合，采樣電路分別采樣后，送到電量計量專用芯片ATT7030A（A/D轉換器轉化成數字信號，通過片內專用DSP運算后輸出電能脈沖），通過脈沖送到MCU中，并根據預先設定的時段完成分時有功、無功電量計量和最大需量計算，分別作出相應處理，并存貯到EEPROM中；同時實現顯示和輸出、RS485串行數據傳輸。具體設計框圖如圖3。
圖3 三相DTSF1352電表原理框圖
2 應用案例
2.1一次方案
以某理工大學學生宿舍樓為例。該樓有4層，每層有24間宿舍，配有公共衛生間、洗衣房、公共浴室，電氣一次方案見圖4。總配電箱進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、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、負零序分量檢測和分析。每個樓層、應急照明、風機、預留電氣干線分別由7臺DTSF1352電表負責計量三相有功電度，電表可與CM1斷路器對應并列導軌式安裝，也可集中安裝在箱內上方。每一樓層的宿舍房間、公共衛生間、洗衣房、走廊電能由27臺單相電表DDSF1352負責計量，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系統組網
配電系統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及各支路電能表的型號。為滿足智能化監測及遠程自動抄表需要，該電能管理系統采用RS485總線，將安裝于總配電箱AL1總進線的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DTSF1352三相導軌式電度表及安裝于宿舍樓各樓層的108臺DDSF1352單相導軌式電度表（27×4層宿舍樓）進行集中組網，監控中心配置監控計算機、打印機、通訊服務器及必要的輔助設備，安裝電能管理系統EMS軟件完成對各臺電能表的遠程采集和數據的集中處理。電 能管理系統圖見圖5。
圖5 系統組網方案
2.3電能管理系統功能
2.3.1遠程電參量測量。
完成了對總進線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、有功電度、無功電度、頻率等，顯示于電能管理主畫面；實現了對11只DTSF1352三相電度表和108只DDSF1352單相電度表的遠程自動抄表功能；實現自動統計各宿舍日、月用電及分攤電能計算功能；通過該系統與現場儀表的結合使用體現出電能的總進線、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、不平衡度等電能質量進行診斷，系統保存歷史記錄，對下一步電能質量改善方案提供決策依據。
2.3.2 運行狀態監測。
管理員可設定系統的采集頻率，如每15分種采集一次，并設定各回路的用電負荷值（如宿舍負荷設定為6～10A），系統可根據設定對采集值進行處理，并對過負荷回路進行聲光報警，提示管理員該回路出現異常的狀態信息。系統還可對各回路通訊異常進行自檢測，以便維護人員能夠及時進行排錯與維修。
2.3.3 趨勢分析。
對采集的電參量進行分類識別并將必要參量存儲至數據庫中，對所有電參量的數據存儲可達兩年，對電能參量的數據存儲可達三年以上，并可根據用戶需求及硬件配置更改存儲時間。系統提供了實時曲線和歷史趨勢兩種曲線分析界面，通過調用相關回路實時曲線界面分析該回路當前的運行負荷狀況。系統的歷史趨勢即系統對所有已存儲數據均可查看其歷史趨勢，并通過調用顯示各種曲線畫面，方便工程人員對監測的配電系統進行質量分析。如：總進線的電流趨勢、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/前年同期數據相比，生成計量數據庫。
2.3.4 報表打印。
系統可根據用戶需求設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。可以查詢和打印系統記錄的所有數據值，自動生成電能的日、月、季、年度報表。根據復費率的時段及費率的設定值生成電能的費率報表，查詢打印的起點、間隔等參數可自行設置，自動生成收費報表以便內部收費管理。
2.4 工程造價
根據一次方案及系統結構，該宿舍樓電能管理系統材料名稱、型號、數量、報價見表1。不含人力成本投資大約為11.45萬元。
表1
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編號
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名 稱
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型 號
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數量
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單價
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合計
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1
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多功能電力儀表
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ACR230ELH
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1
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3000.00
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3000.00
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2
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三相導軌式電度表
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DTSF1352
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11
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1000.00
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11000.00
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3
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單相導軌式電度表
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DDSF1352
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108
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500.00
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54000.00
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4
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通訊線纜
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RVVP2×1.0
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1000
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3.30
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3300.00
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5
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串口服務器
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ACRNET-PORT8
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1
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6500.00
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6500.00
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6
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監測計算機
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DELL品牌
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1
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5000.00
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5000.00
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7
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打印機
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HP A4打印機
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1
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1200.00
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1200.00
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8
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電力系統軟件
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Acrel-3000
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1
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30000.00
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30000.00
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9
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其他附件
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連接線、插座等
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1
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500.00
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500.00
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總 計
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114500.00
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3 結束語
2009年1月，DDSF1352/DTSF1352單、三相電表通過國家電能表質量監督檢驗中心（江蘇）委托檢驗，各項指標均合格。除某理工大學外，產品還在長沙某卷煙廠、運城某中心醫院、上海某警務區9156工程等項目中得到應用，取得了較好的社會效益。
【參考文獻】
[1] 中華人民共和國國務院令第531號《公共機構節能條例》
[2] 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.
[3] 滬建交〔2008〕828號 上海市建設和交通委員會關于進一步加強本市民用建筑設備專業節能設計技術管理的通知.
[4]蘇建科〔2007〕217號 江蘇省公共建筑用能計量設計規定（暫行）.
作者簡介：
周中（1968- ），男，學士，研究方向為低壓智能配電系統。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分項計量。
王曉明（1981- ），男，學士，研究方向為計算機系統集成。Email:ACREL006@VIP.163.COM
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