电能表管理系统

电能管理系统在1788中心的应用 安科瑞鲍静君

摘要：介绍电能管理系统在1788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*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**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**过25台，**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，**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，即直接从较近的配电箱中取。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，**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，即较高显示值仅为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]. 北京. 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]. 北京. 机械工业出版社. 2011.10

电能管理系统改造方案介绍   安科瑞鲍静君

 摘  要  采用Acrel-3000电能管理系统对某厂配电系统进行了改造，实现了各配电回路的远程监控和集中管理，能自动计算出单位产量能耗用电，为科学的节能管理提供了依据。介绍该电能管理系统的结构、功能及软件实现。特别介绍了ADL导轨式安装电能表的特点及其通讯电缆的接线方式。

关键词  电能管理系统  电能表  导轨式安装  RS485通讯

 1  前言

       为响应**制定的一系列促进节能减排的政策措施，全国各行各业都积极采取措施节能节电，取得了积极进展。然而电力节能方案的实施、用电节能设备的广泛采用是否真的起到了节能的作用，必须用合理的考核管理机制进行科学的判断。

       某公司厂房共有一期配电房1个、二期配电房2个，提供全厂的生产、照明、空调用电及其它用电等。原有配电系统只在全厂总进线回路上装有电力部门的电度表，管理者只能从每个月电力部门提供的用电总数值得知本月电量能耗，至于电能都用在了什么地方，有没有电能浪费，节能措施有没有收到应有的效果，企业管理者不是很清楚。亟待一个合理的电能考核机制来实现电能的科学管理。

       针对以上问题，并根据客户要求，对原有配电系统进行了改造，改造后的Acrel-3000电能管理系统，不仅能实现对各配电回路的远程监控和集中管理，而且还实现了根据各监控设备进行分类电能统计、复费率电能统计、8小时班组能耗统计、日能耗统计和月耗电能统计，自动计算出单位产量能耗用电，为科学地节能管理提供了依据。

2  项目分析

       该电能管理系统是在原有变配电柜基础上增加带通讯接口的电能表，将电量参数远传至监控中心，从而实现集中远程监控和管理的一个低压配电改造项目。

       要实现对每一台机器用电量的统计，及对每一出线回路电能数据的采集，必须在每一出线回路安装一块电能计量表，但目前市场上的电能计量表普遍采用传统的壁挂式安装方式，体积大，安装不方便。该公司原有配电系统的配电柜均为抽屉柜，在原有抽屉柜面板上已经安装了电流表和信号指示灯，安装空间非常狭小，不可能在抽屉面板上增加任何传统的电能表。抽屉内部安装的元器件已非常紧密，再安装传统电能表或数字式电力网络仪表都是不可能的。

       如果从每个回路互感器引出测量线路，重新制作新电表箱放置在配电柜旁边，将电能表集中安装在电表箱里呢？这种方法会使电表箱到配电柜的线缆特别多，鉴于该公司厂房配电回路数较多，安装接线比较麻烦，且以后的检修维护也会比较困难，增加如此多的电缆线和新增加的电表箱也会增加了用户的经济成本，因此这种方法是不可取的。

       综合考虑仪表安装、调试及后期维护等多种因素，较终选用ADL系列导轨式安装电能表。该系列仪表可以很方便地安装在配电柜背面的导轨上，不需要对配电柜重新开孔，也不用将大量的电缆引出到新的电表箱中，安装方便又节约了大量电缆和电表箱的成本，而且这种一对一式的测量，对于将来系统的检修维护也是非常清晰方便的。

       ADL系列导轨式电能表均带有标准的RS485通讯接口，采用Modbus RTU标准通讯协议，通过仪表的通讯接口将仪表组网，较终实现在监控中心进行集中监控和管理。

3  ADL导轨式安装电能表

       ADL系列导轨式安装电能表包括单相复费率电能表和三相复费率电能表。该系列电能表体积小巧，外形美观，结构模数化，可安装于35mm标准导轨上。图1为ADL系列仪表外形及安装方式。

图1  ADL系列仪表外形及安装方式

       ADL系列导轨式安装电能表支持一次接入和二次接入两种接线方式，不仅可用于低压配电柜，还可以用在终端配电箱，电流表较大规格为20(80)A。

ADL系列导轨式安装电能表不仅在外形和接线上具有灵活方便的特点，而且在功能和性能上也具有下述优点：

a.  计量正反向有功电量，功率潮流方向自动识别并指示，具有4费率及总电能计量功能。

b.  分时复费率功能，日时段可设4费率、8时段，时段内的较小时间单位为1min。

c.  按月冻结转存功能，可统计上上月、上月及本月的总用电量和分时电量，用于月用电费的结算及监测用电情况。

d.  实时监测功能，测量显示电压、电流、频率、功率、功率因数。

e.  输出接口。带光电隔离的电量脉冲数据输出接口，可用于校表和实现DCS（集散控制系统）远传，RS485通讯接口可以实现远程抄表和负荷监测。

4  系统构成

该电能管理改造系统采用分层分布式计算机网络结构，即间隔层、通讯层和站控层，如图2所示。

图2 电能管理系统结构示意图

       仪表之间采用屏蔽双绞线进行总线型连接，通过通讯扩展卡进入监控主机。图3所示为ADL仪表通讯电缆接线示意图。通过对配电系统的二次设备进行组网，经由通讯网络到达监控主机，将分散的配电所的现场设备连接为一个整体。

图3  ADL仪表通讯电缆接线示意图

       监控中心配置监控计算机、打印机、UPS电源及必要的辅助设备，Acrel - 3000电能管理软件完成对各台电能表的远程采集和数据的集中处理。

5  软件实现及系统功能

5. 1 软件实现

       上位机软件采用Acrel - 3000组态软件，通过软件进行设备配置、数据库变量配置、界面设计等，完成了在上位机软件监控及电能管理的功能。

5. 2 系统功能

       整个系统实现了对一期配电房和二期配电房所有回路电能的采集和统计，远程自动抄表、电能统计等功能，包括：

a. 远程电量参数测量，包括实时电能、分摊电能、总电能以及按各监控设备统计电能。

b. 运行状态监测，通讯异常报警提示。

c. 用户管理，不同用户权限具备不同操作功能，各级权限具有口令修改操作功能和权限防误功能。

d. 电能报表，实现了所有电能报表的按时间查询，分为分钟、小时、班组、日、月五种类型，包括总、尖、峰、平、谷复费率电能及用电量。

e. 电能柱形图，任意回路电能实时电能柱形图显示，包括总、尖、峰、平、谷电能。

f. 汇总表，所有监控设备电能汇总，按时间段查询，自动计算任意时段用电量。

g. 单位能耗，自动计算单位产量能耗，并可打印及导出。单位产量能耗计算界面如图4所示。

h. 打印及导出，所有报表及界面均可打印，或以EXCEL、WORD格式导出。

图4 单片能耗报表

6 结束语

       该系统已调试完毕并验收，目前已成功投入运行，系统软件画面刷新时间小于1s，遥信处理准确率大于99.9％，整个系统运行安全、稳定，较大地方便了用户的使用。

       ADL导轨式电能表的应用对于准确计量电能、节省安装空间、节约工程成本，均具有现实意义，对比传统的壁挂式电度表，其体积小巧、外形简洁、接线方式灵活、安装方便，为电能管理系统的改造简单化、集中化提供了方便。

       该系统完全按照客户要求对各个监控设备进行分别计算，计算共同设备的电能分摊数及单位产量能耗数，并做了分钟、小时、日、月4种类型报表。方便的电能数据库报表较大地减少了用户进行电能抄表人力的投入，为管理者进行内部计量考核提供了直观的依据，为进一步的节能管理及节能措施的实施打下了基础。

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.  北京. 中国电力出版社， 2007