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能耗在线监测系统在江阴港口集团办公楼中的应用 安科瑞 鲍静君
摘要：介绍了江阴港港口集团有限公司新建办公楼能耗在线监测系统的系统结构、数据采集及系统软件的功能实现。通过对各办公室空调、照明与插座用电进行分析处理，把分析处理结果通过表格、图片等方式进行公布。企业管理人员可通过该系统平台，建立健全企业节能管理制度，约束各用能单位的能源消耗，提高企业办公的运行能效。
关键字：办公节能；用能管理；能耗监测；港口； 数据采集
0 引言
能源消耗是企业生产成本中重要的可控部分，降低能源消耗是企业降低生产成本的重要途径。随着社会的不断进步和科学技术的不断发展，节能技术和装备如锅炉窑炉、电机及拖动设备、余热余压利用装备、节能仪器设备等已广泛应用于企业生产工序的各个环节。生产型企业的办公管理能源消耗量（主要为耗电量）也是其能源消耗的重要组成部分，但因其占能源消耗总量的比重不大，在企业节能改造实施过程中往往被忽略。如果在企业办公建筑中建立能源监管体系，通过计算机等辅助手段将能耗分类计量，就可发现高能耗点和不必要的能耗消耗量，在此基础上加强用能考核管理，往往可以起到事半功倍的效果。
本文结合江阴港港口集团股份有限公司5号码头新建办公楼能耗（电能）在线监测系统，对生产型企业如何建立有效的办公管理用能监测进行了详细介绍。
1 配电情况及建设目标
江阴港港口集团股份有限公司5号码头新建办公楼为三层办公楼，该楼电源总进线由码头5#变电所0.4kV配出回路引入至总配电箱。总配电箱位于一楼网络机房外间，设总开关、各楼层总开关，再采用放射式与干状式混合的配电模式将电源引至各办公室。各办公室均设单独的PZ30配电箱，为便于电能的消耗分类，电源引入各办公室后分配为空调用电和照明插座用电。如下图所示为该办公楼三楼各办公室的分布示意：
图1 办公楼三楼各办公室分布示意
系统建设方和承建方经充分讨论，认为该能耗在线监测系统应实现如下目标：
1.各办公室的用电按空调用电、照明插座用电分别计量，实现能耗波动幅度跟踪，实现能耗的准确预测；
2.将各办公室用电按部门进行汇*计，并以帮图、曲线等多种形式展示，实现能耗监测，避免不合理能耗；
3.可建立用电成员值，对**额用电或非正常用电等起到提示作用，实现能耗标准化管理，形成具有推广性的标准规范；
4.系统建成后能于局域网内电脑查看该系统的展示数据；实现能耗量化分析、能耗管理流程化和精细化管理，节能效果评估，实现对节能改造措施的管理；
2 系统组网结构设计实现
依据新建办公楼的配电情况和办公室分布情况，能耗在线监测系统建设采用分层分布式结构，系统包括：站控管理层、网络通讯层、现场设备层。系统网络结构如图2所示：
图2 系统网络结构图
管理测控层是针对系统的使用和维护人员的人机交互窗口，也是系统的较上层部分。在该能耗在线监测系统的建设中，配置了数据服务器用以采集、存储与处理各回路耗电信息、Web服务器将友好的人机界面通过互联网展示给使用者，并设置了用于系统日常维护的工程师工作站；
通讯控制层主要是由通讯服务器、接口转换器件及总线网络等组成，是数据信息交换的桥梁。在该项目方案中通讯控制层配置1台8端口数据采集器，考虑到通讯可靠性及防雷等因素，配置串口隔离设备。1～3楼层按东西侧分别引一根RS485总线，连接位于各办公室的单相计量表计至串口服务器，通讯总线采用屏蔽双绞线（RVSP2×0.75），穿Φ25管沿墙壁铺设至各房间；
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等，也是构建该配电系统必要的基本组成元素。为建立用电分项计量体系，在本项目方案设计时即为每个办公室的PZ30箱内安装两只单相一次接入导轨式电能计量表，分别计量该办公室的空调用电和照明插座用电。基于该设计方案，办公楼1楼层16个办公室配置32只单相计量表计、2楼层17个办公室（含会议室）配置34只单相计量表计、3楼层17个办公室（含会议室）配置34只单相计量表计、总配电箱配置4只三箱计量表计。
3系统功能设计实现
能耗在线监测系统围绕系统建设目标，设计了以下软件功能：
1.用电回路清晰的计量体系结构
江阴港港口集团办公楼共有三层，能耗系统在办公楼总进线、各楼层、各办公室分别安装了两个电能表，分别用来计量空调用电和照明插座用电，结合 4只用电总表，整个系统共设置了104个计量点，建立了覆盖整个办公楼的用电计量体系。系统软件中建立了计量体系展示功能，如图3所示，系统使用人员通过该功能界面可一目了然的了解该办公楼的配电层次分级情况；
图3 计量体系展示
2.电能管理ERP
系统管理或维护人员还可以通过用电回路信息维护功能配置用电支路的名称、用电类型（空调用电、照明插座用电）、所属部门、电能表类型等信息，该功能使得系统可以对各用电回路的用电量自动按部门进行统计，可对管理用电按部门划分，建立类似于财务ERP的电能管理ERP分配功能。该功能便于办公室所属部门的变更等信息变化时系统的维护工作。配置界面如图4所示；
图4用电回路信息维护
3.用电展示与能耗排序
系统主界面可直观的以数据和棒图形式显示该办公楼当月用电、上月用电、当年用电、上年同期用电电能消耗总量、当月每日空调耗电量结合气温变化的趋势、当月照明插座耗电量的平均值与变化对比趋势、各部门当月耗电量的排名情况，企业节能办或企业管理人员通过该界面可直观了解企业用电消耗概况。如图5所示；
图5 系统展示画面
4.节能潜力挖掘——非工作时段用电分析
该电能管理系统软件具备逐日显示各回路的用电情况的功能，并且将非工作日用电以蓝色柱体区别显示，并标定日耗电平均值线，如某日用电明显**平时正常用电，则可通过系统的用电回路逐时分析查找耗电点，进行必要整改，防止非正常耗电情况的发生。如图6回路逐日用电棒图趋势和图7某回路逐时用电分析趋势；
图6回路逐日用电棒图趋势
图7 某回路逐时用电分析趋势
5.分时段电能管理
电能管理系统可根据供电局电费标准于软件中设置峰、平、谷的时段和费率，也可根据客户的实际情况设置工作和非工作时间段，通过能耗系统可以找到各回路非工作时间的不合理用电，通过奖惩措施使员工养成下班后及时关闭用电设备的习惯，如图8 峰、平、谷时段耗电展示；
图8峰、平、谷时段耗电展示
6.建立绩效考核措施
办公楼主要用于行政办公，系统根据客户要求将各个办公室划分到每个部门，系统自动完成部门用能的统计与分析，并可于系统信息维护中录入部门人员数量、各部门建筑面积等信息，并按综合耗电量、人均耗电量、单位面积耗电量进行综合排名分析，并可对各部门、办公室进行耗电**信息录入，当耗电量接近或**限值时，自动弹出提示信息，如图9为部门综合耗电量排行；
图9 部门综合耗电量排行
7.用电量统计报表
系统软件自动采集并按部门生成用电量月报表，该报表可提交财务或自动转入财务ERP系统，便于各部门的独立核算，如图10用电量月报表；
图10 用电量月报表
用能管理考核单位通过以上软件功能的实现，合理的制定了各部门的用电成员值，并将用电量以财务数据反馈至各部门，建立了有效的用能管理考核制度。通过系统的建设和制度的建立，使企业管理办公人员节能意识大大提高，有效的节约了企业管理办公能源消耗。
4结束语
企业管理办公能耗在线监测系统的设计主要是结合信息技术建立一套符合用户实际需求的计算机辅助管理软件，系统软件通过数据实时采集与自动存储，得到用电过程的原始数据；通过功能设计与实现，对数据的优化与整合，并以友好直观的人机界面展示给企业管理人员，对其用电管理模式的改进提供数据支撑，建立用电考核机制，从而实现办公用电的科学化管理。
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 ]姜海涛，赵月.需求侧负荷管理系统建设分析[J].华北电力技术,2006(10):20-22
[ 3 ]岳明.用户侧电能管理系统及其应用[E].电力需求侧管理 15卷 5期 2013.9
文章来源：《自动化博览》 2014年1月 期
变配电监控系统在上海华山医院病房新建工程中的应用 安科瑞鲍静君
摘要：介绍一种在10/0.4KV配电系统中，加装智能电力仪表和变配电监控系统，对于主要回路的电压、电流、频率、功率因数、有功电能等电参量和开关信号进行实时采集；经组网远传至后台，从而实现对低压配电系统的电力状态实时监控和能耗监测。
关键词：变配电监控系统；Acrel-3000 型；RS485通讯；能耗监测
0 概述
上海华山医院病房楼是一幢医用建筑,建筑面积约为2万平方米。根据配电系统管理和能耗监测的要求，需要对楼内的高压进线、低压配出线和各楼层内配电箱进行电力监控，以保证用电的安全、。
Acrel-3000型低压智能配电系统，利用现代电子技术、计算机技术、网络技术和现场总线技术的较新发展，对变配电系统进行分散数据采集和集中监控管理。对配电系统的二次设备进行组网，通过计算机和通讯网络，将分散的现场设备连接为一个**的整体，实现远程监控和集中管理。
1 配电监控系统构成
本系统采用分层分布式计算机网络结构即现场设备层、网络通讯层和站控管理层如图1所示。
图1 系统拓扑结构
现场设备主要的设备为：多功能网络电力仪表、开关量、模拟量采集模块和智能断路器等。这些装置分别对应相应的一次设备安装在电气柜内，这些装置均采用RS485通讯接口，通过现场MODBUS总线组网通讯，实现数据现场采集。
网络通讯层主要为：通讯服务器，其主要功能为把分散在现场采集装置集中采集，同时远传至站控层，完成现场层和站控层之间的数据交互。
站控管理层：设有高性能工业计算机、显示器、UPS电源、打印机、报警蜂鸣器等设备。监控系统安装在计算机上，集中采集显示现场设备运行状况，以人机交互的形式显示给用户，同时用户可以通过系统软件发送指令至现场设备，实现远程遥控功能。
以上网络仪表均采用RS485接口和MODBUS-RTU通讯协议，RS485采用屏蔽线传输，一般都采用二根连线，接线简单方便；通讯接口是半双工通信即通信的双方都可以接收、发送数据但是在同一时刻只能发送或接收数据，数据较高传输速率为10Mbps。RS-485接口是采用平衡驱动器和差分接收器的组合，抗噪声干扰能力增强，总线上允许连接多达32个设备，较大传输距离为1.2km。
2 监控系统的主要功能
电力监控计算机通过现场设备和通信系统提供的传输通道，完成对各回路电力参数的数据采集，信息经分析、处理，以报表等多种形式供值班员参考，使值班员能够便捷的掌握供电系统的运行状况，包括相关设备的运行状况。
2.1 运行信息与保护信息采集
系统采集来自智能测控单元装置送来的参数，所有信息低压主进、母联和出线的遥测信号。包括每个回路的电压、电流、有功功率 、无功功率、功率因数、频率、有功电能、无功电能和各种告警信息等。
2.2 人机操作界面
统提供简单、易用、良好的用户使用界面。可按照配电所显示配电系统设备状态及相应实时运行参数。
系统软件提供功能齐全的图形编辑软件，用户可以根据实际情况和以往习惯自行定各种图元图形及设备在各种状态下的显示方式。
包括如下功能特征：
全图形方式编辑的图形画面具有多种显示特性，用户可以非常直观、方便地编辑、定位、查看有关信息和内容。
提供画面管理工具，可联想相关调用、重要画面快速调用、画面文件索引选择、事故自动调用画面。
提供多种数值显示手段，数值可用棒图显示、曲线显示，并可根据数值状态和系统状态由用户根据需要和习惯自行定义闪烁、变色及置上特殊符号以便区分包括遥测在内的各种数据的正常、越上限、越下限等情况。
屏幕显示：中文液晶显示，可选择图形颜色、闪烁、动画等手段充分表示工况图及操作画面、配电系统实用参数表格、各类操作票及报表、事故及故障报警显示、测控及保护单元运行工况显示等电力运行状况；画面显示响应时间1s。见图2。
图2 配电系统图
2.3 统计分析、报表、打印
时、日、月、年用电量统计；用户自定义报表格式和计算方法；所有报表的定时打印、召唤打印、和事件记录打印；数据库实时和历史记录保留2年以上；对各电气设备和系统运行参数进行汇*计，并根据用户要求生成各类报表，包括：分时、日、月、季度和年度报表；见图3。
图3 电参量汇总表
各设备参数和较值统计报表；全系统运行统计报表等对于事件记录、报警和数据报表，可设置为定时和根据需要的召唤打印。
能源统计报表及打印，对能源消耗进行汇*计，并根据用户要求生成各类报表，包括：分时、日、月、季度和年度报表；能耗统计报表，日、月、年的有功/无功电能的统计，并按用户常规格式输出电能报表，实现人工抄表到自动报表，可设置为定时和根据需要的召唤打印，见图4。
图4 电能报表
2.4 历史记录与趋势分析
系统收集各监测控制与管理装置的实时数据并存储在一个开放式数据库中予以保存，系统可保存长时段（多年）的历史记录。系统可以标准和设定文件格式随时调用和打印上述历史数据。
根据历史数据记录可进行各参数的年度、月度和日变化和实时数据趋势分析，进行分类和综合比较分析，为业务流程优化和设备设施使用优化提供依据，见图5。
图5 电流趋势曲线图
2.5 系统安全
本系统软件设置多达几百种密码分区和密级设置，为系统管理员、工程师、值长、一般值班操作人员等提供分级密码，并对所有操作自动进行带时标事件记录，可建立良好的反事故措施，见图6。
图6 用户权限管理
2.6 故障分析与设备维护管理
系统依据带时标的事件记录和波形记录可进行故障和事件的成因分析；另外，系统统计开关等设备的状态参数和累积寿命参数，可据此提出设备维护预告；见图7。
图7 事件记录
2.7 保护信息管理
管理保护定值和保护动作信息，提供有关查询。
2.8 其他功能
其它日常管理，如运行记录及交接班记录管理，设备运行状态、缺陷、维修记录管理、规章制度等。管理功能满足用户要求，适用、方便、资源共享。各种文档能存储、检索、编辑、显示、打印。
2.9 系统自诊断功能
本系统软件能在线诊断各软件和硬件的运行工况，当发现异常及故障时能及时显示和打印报警信息，并在运行工况图上用不同颜色区分显示。
由于本系统设备有冗余配置，当系统发生软、硬件故障时，能自动切换到备用系统设备上运行。
3 结束语
随着社会的快速发展，用户对供配电自动化和智能化的要求越来越高，实现配电室的无人职守已经成为未来配电自动化发展的一个方向；ACREL-3000型变配电监控系统是解决供配电高质量运行的良好方案，运行表明，系统可靠、安全、稳定，并降低了设备运行成本，提高配电自动化质量。
参考文献：
任致程、周中编着 电力电测数字仪表原理与应用指南 中国电力出版社 2007.4