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安科瑞多用户计量箱在高校用电计量改造方案 安科瑞鲍静君
摘要通过方案对比选取的用电计量方式，结合终端电子计量装置，实现在不改变既有建筑配电系统前提下将通讯数据在RS485信号与无线信号之间互转，完成普通RS485设备的无线通讯。在末端电子表计量配置ADF300多用户计量箱对单三相混合负载进行计量，对用电能耗数据分项收集，有效降低了建设成本和改造工程量。
关键词 无线通讯ADF300多用户计量箱 无线通讯
引言
在我国，大部分高等院校的建设和运行资金多由**提供，故院校应率先响应国家的政策和要求。完善校区内教学楼、办公楼、实验楼等公共建筑的能源计量体系，对现有系统进行节能改造，不仅可以减少资源浪费、实现用能的定额管理、分级配置以及进行能效公示评比，还可以通过挖掘能源数据来改进物业管理方式、直接联动控制用能设备节电。
高校能源计量体系的建立，可为国家管理部门了解大学的用能分布结构、宏观调整能源配置和能源政策调整提供数据支持。ADF300多用户计量箱在末端配电中可灵活配置单、三回路计量，有效降低了建设成本和改造工程量。本文以某高校改造项目为例，讲解多用户计量箱在高校用电计量改造中的应用。
1 项目概况
本项目是一幢建设于 80 年代的教学实验楼。通过对建筑的勘查和业主需求的了解，在项目前期对项目的各个方面进行了方案对比，确定整体改造方案，并在实施过程中结合ADF300多用户计量箱，较终实现整栋建筑的精细化分项用电计量。
通过查阅资料和现场勘查，该楼分为 Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ四段，其中Ⅱ段、Ⅲ段六层、Ⅳ段五层、Ⅴ段地上地下各一层，使用功能包括: 办公、实验、教学等。Ⅱ段首层设一处总配电间，两路低压进线供全楼及部分地摇楼用电，Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ段每层设有电气竖井服务于本区域，Ⅴ段电源由总配电间或首层Ⅱ段电井引来。各区域的使用功能为: Ⅱ段 1 层为集中实验区( 技术中心) ; 2 ～ 6 层为学院内教授、研究生的办公、实验室。Ⅲ段 1 层为学院行政办公室; 2 ～ 6 层为学院教学实验教室、教授办公室。Ⅳ段 2 层为集中实验区( 技术中心) ; 1、3 ～ 5 层为学院内教授、研究生的办公、实验室; Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ段每个房间内均设有配电箱，但由于后期改造房间分拆及合并，导致配电系统混乱，且后期根据使用需要还会发生房间调整; 办公室、实验室内设备多数为插座设备，少数动力设备均由**回路供电。Ⅳ段五层东侧图书馆分馆，Ⅴ段一层包括计算机机房，文体活动中心，公共阶梯教室，地下一层为人防区域，五个区域均有独立的配电箱供电。
由于楼宇建设年代久远，从属关系复杂，该建筑仅在总配电间设置一块电能表总体计量学院用电能耗。随着学院管理分级、科研经费分摊的内部需求及高校对高校能源监管平台的建设要求，需要在楼内进行既满足学院计费需要，又符合《高等学校节约型校园建设管理与技术导则》要求的用电计量改造工程。
2 项目各项方案对比
了解项目现状和业主需求后，再通过对国家规范、导则等文件的学习，本方案分别从计量方式、改造方式两个方面进行了优化对比。
2.1计量方式
按照《高等学校节约型校园建设管理与技术导则》要求，学校计量深度应达到院、系、部、处的目标要求，导则明确“建立校园建筑及用能设施分类能耗统计或分项能耗统计制度”，即分类和分项都符合导则规定的基本要求。表 1 为两种计量方案的比较。
表1分类计量和分项计量的比较
通过图表列出分类和分项的对比资料可见，两种方式都可以满足本次改造的目的，只是分项比分类得到的能耗数据更多，计量精细化程度更高，对后期改造适应性也更好，但改造工程量大，需求经费多。
2.2改造方式
采用分项计量的效果明显优于分类计量，但高昂的改造经费和巨大的工程量也使业主有所顾虑，寻找降低成本的改造方法成为影响改造效果的关键。经过对无线通讯技术和电子计量设备的了解，末端选用带计量功能且符合精度要求的ADF300多用户计量箱、AEW110无线计量模块等电子设备，通过无线网络将计量数据上传，最后经过软件编程实现各种管理计量的需要。这种创新型用电计量改造方式存在降低改造成本、减少工程量的可能性，表 2 为传统电能表技术与无线电子表技术的对比。
表 2传统电能表与多用户计量箱对比
ADF300多用户计量箱的改造方案不需要对现有配电线路进行更改，减少了大量的施工作业，为了减少面板的安装数量将各个房间面板数量标准化，减少计量插座设备，进一步降低造价。
经过方案对比并结合本项目实际需求确定了较终的设计方案: 在楼内办公室、教学实验教室，实验室采用无线电子表技术的分项计量法，并在户内配电箱设置导轨式电能表，作为末端电子表的二级计量装置; 单独功能区如图书馆分馆、计算机机房，文体活动中心，大型公共教室和大功率用电设备按分类计量法在配电箱和控制箱内设置导轨式电能表计量。
3 项目实施方案
这种创新的改造方案降低了项目的实施难度，由于避免了大量的拆改工作，减少线路重新敷设，使得设计、施工的工作量都得已降低。通过前期对建筑的勘查，在项目的实施过程中将计量点位设置分为配电箱电能表和末端电子表两部分。
安科瑞企业电能管理系统依据住建部《国家机关和大型公建能耗监测系统技术导则》、**《电力需求侧管理平台建设技术规范》和企业节能计量相关标准，帮助用户梳理用电去向，建立符合用户实际的用电计量体系，使其用电透明化，加强用电管理，为后续节能改造提供可靠的数据支撑。系统解决方案有Acrel-3000电能管理系统、Acrel-3100商铺电能管理系统、Acrel-5000建筑能耗监测系统、Acrel-PVMS预付费电能管理系统。相关产品有AEM系列电能计量表、DDSD/DTSD1352系列电能计量表、ADF300系列多用户计量装置、AEW110无线通讯转换器等。
变电所中所用的计量部分是供电公司的壁挂表，或者配合系统具有国网性能指标的壁挂表；楼层与总进线场合可以配壁挂表，也可以用AEM系列及ADL300；到了终端用户，根据其不同的个性化需求，可以选择不同仪表，导轨表，预付费，多用户等。
配电箱电能表计量设置: 整栋建筑总配电间两路进线每路设置一块AEM96电能表; 每层电气竖井内设置一块层电能总表; 每个房间的总配电箱内设置一块DTSD1352导轨式电表; 部分大型单相设备 ( 20A 以上) 及三相用电设备分别设置DDSD1352和DTSF1352导轨式电表; 独立功能区如计算机机房，文体活动中心，公共教室，人防区，图书馆分馆，大会议室的配电总箱分别设置AEW110无线通讯模块。
末端电子表计量设置: 办公室、实验室、教学实验教室，按房间数量设置ADF300多用户计量箱。ADF300系列多用户计量箱是一种电子式智能化多用户电能表，设计采用一户一计量方案，具有计量准确度高、户与户之间计量互不干扰、集中安装、集中管理优势。较大可以同时计量12户三相、36户单相、单/三相回路混合用电状况，其接线示意图如下图所示。
计量系统组网形式: 采用《安科瑞高校电能管理系统》，它是安科瑞公司较新研制的与预付费系列电能表配套的售电管理系统，以电能管理软件和集中抄表软件为主，包括计算机、通讯管理机、打印机等设备在内的集成系统，通过校园网传输至学校能源计量监管平台进行数据分析。该系统主要分为三层，其中底层为ADF300系列多用户计量箱，中间层为通讯管理机，上层为客户端PC、服务器及相关外设（如打印机、短信猫等），系统拓扑图如下图所示。
4 结束语
目前我国的大中城市中存在大量高耗能的既有建筑，它们的功能、年代、形式各有不同，节能改造方式也应根据使用需要、现场情况不同做出有针对性的技术方案并择优使用。本文简述的计量改造项目就是先选取较优的计量方案，再运用的技术产品，从而做出有针对性的实施方案，这种方式既满足了业主需要，又降低了改造成本。
参考文献
［1］*人民共和国住房和城乡建设部，教育部． 高等学校节约型校园建设管理与技术导则 ( 试行 ) ( 建科〔2008 〕89 号 )［Z］． 2008．
［2］*人民共和国建设部，财政部． 关于加强国家机关办公建筑和大型公共建筑节能管理工作的实施意见( 建科〔2007〕245)［Z］． 2007．
基于SOC技术的多功能导轨式三相电能表设计与应用 安科瑞鲍静君
摘要： 针对导轨式三相电能表的实用性及开发难度较大等问题，设计了一种利用SOC技术的实现方法，分别从硬件与软件角度介绍了DTSD1352的设计及应用。
关键字：SOC；导轨式；三相电能表
0.引言
据统计，我国公共建筑单位面积的年平均耗电量数值巨大，约占全国城镇总耗电量的22%。在公共建筑节能方面，分项计量是现阶段有效可行的方法。分项计量系统中电表作为终端元件，在功能、性能、安装方式上都有较严格的要求。目前我国供电部门用于收费的电能表为壁挂式安装方式，此安装方式占用空间较大，不易安装，更不适用于本来空间就狭小的改造项目。而且大型公共建筑分项电能计量属于内部计量管理，不宜使用收费电表，而应采用电力仪表。导轨式安装在体积、结构上都优于传统的壁挂式和嵌入式仪表，其特殊的安装方式既可以安装在终端照明箱中又可以安装在大型开关柜、动力柜中而不用重新开孔。
1.设计依据
电能表作为计量型仪表，与经济、民生息息相关。因此，其相关标准在众多工业标准当中是较为严格的。电能表主要参考的标准为：
GB/T.- 《交流电测量设备特殊要求 22部分：静止式有功电能表（0.2S级和0.5S级）》
GB/T.- 《交流电测量设备 通用要求、试验和试验条件 11部分:测量部分》
DL/T614-2007 《多功能电能表》
以上标准针对电能表在设计、生产及应用中的性能、功能都规定了详细的技术参数。其中较为重要的性能指标有：
1）、工频耐压。所有的电流线路和电压线路以及参比电压**过40V的辅助线路连接在一起为一点，另一点为地，试验电压4kV加于该两点间，不应发生飞弧、火花放电或击穿现象。
2）、快速瞬变脉冲群试验。在电压和电流线路加4kV脉冲群，仪表准确度应在相应标准规定的极限内。
3）、静电放电抗扰度试验。接触放电8kV，空气放电15kV，仪表不能有死机或精度不准显现。
4）、浪涌抗扰度试验。在电压线路通以参比电压，电流端开路，在电压和电流线路上施加4kV，正负极各5次，仪表不应损坏不能工作。
以上几点指标在各自的试验规格中都是较的残酷级别。对于传统的壁挂式电能表，体积较大，内部有足够的设计空间来应对标准中的各种要求。而导轨式三相多功能电能表因为体积较小，模具决定了内部可用空间不大。因此，导轨式三相电能表在设计上要难于传统的壁挂式电能表。本文以DTSD1352三相多功能电能表为例讲解一种基于SOC技术的方案。
2.硬件可靠性设计
2.1 芯片选择
DTSD1352采用的主芯片是美信公司的71M6543，此芯片包含了一个8051的微处理器内核和一个可实现计量功能的32位DSP数字引擎（CE），同时包括了电能表所必须的一些外设，如LCD驱动、可补偿的RTC、UART等。芯片具有良好的电磁兼容性，完全符合电能表的性能标准。由于此芯片的集成度较高，为产品内部结构留下了宝贵的空间。
2.2 总体方案
总体方案框图如图1所示。总体设计中主要围绕71M6543，外围电路主要包括：开关电源、电压电流采样电路、按键、液晶显示、数据存储、RS485通信模块、脉冲输出。原始信号经电阻分压及电流互感器信号衰减输入到CE，CE顺序处理从模拟输入引脚采集的电压信号，计算有功能量（Wh）和无功能量（VARh），以及四象限表计的A2h和V2h。然后MPU存取这些测量值，进一步处理并通过MPU的外围器件输出，输出方式如：LCD显示、RS485通信等。除了测量功能外，实时时钟（RTC）功能允许71M6543不外挂任何实时时钟芯片就可以实现多费率分时计量。同时配合外挂的铁电，可以实现对12个月的历史数据的保存功能。
2.3 采样电路
71M6543的管脚IADC0至IADC7用作电流传感器输入。这8路电流传感器输入可配置为8路单端输入，或配对构成4路差分输入。为获得较佳性能，DTSD1352在设计中将电流传感器输入配置为差分输入（即：IADC0-IADC1、IADC2-IADC3、IADC4-IADC5、IADC6-IADC7）。71M6543提供了分流器接入和电流互感器接入两种接入方式，处于电气安全的考虑，DTSD1352方案中使用的是互感器方案。具体电路原理图如图2所示：
3.软件模块化设计
DTSD1352采用模块化软件设计，模块设计包括：计量运算、校准模块、人机交互模块、通信模块、复费率计算模块、需量计算模块、事件记录模块等。整体流程图如图4所示：
流程图中的任务调度模块其实是由多个中断以及定时器按一定的**级组合而成的。其支配着整个程序，驱动程序正常无误的工作。对于周期性任务，如计量、复费率运算等，由定时器定时分配任务执行顺序。而对于一些非周期性任务，如通信、人机交互等，则由中断触发执行。各模块大多相互独立，代码维护简单。
4.DTSD1352测试数据
表1为DTSD1352在各温度环境测试中的数据，这些数据表明DTSD1352有功电能精度等级可以满足0.5S级要求，并满足高低温性能。
表1
5.DTSD1352在实际中的应用
图5为DTSD1352在某写字楼中的系统图和接线图。右图为电气系统图，DTSD1352作为系统中的终端元件对包括照明、空调或插座等终端负载进行电能计量及电气运行参数测量。左图为单个DTSD1352的外部接线图，电网中的A、B、C三相分别接入表的UA、UB、UC（端子号1、3、5）端子。电流经互感器后接到相应的电流接口。DTSD1352还有直接接入，低于80A的电流可直接进表，接线方式与互感器接入相似，由于篇幅问题，这里就不再赘述。
5.结束语
导轨式安装多功能电能表可在分项计量项目中发挥较大作用，可有效减少施工难度及成本。DTSD1352性能指标符合国标GB/T17215和电力行业标准DL/T614-2007对电能表的各项技术要求，适用于**和大型公建中对电能的分项计量，也可用于企事业单位作电能管理考核。
文章来源于：《电气时代》2012年11期。
参考文献
[1]《电力电测字仪表原理与应用指南》.任致程,周中.中国电力出版社
[2]《交流采样的设计与实现》.陈学珍.数采与监测
