计量管理系统

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

       为响应国务院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，最终选用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，最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，电流表最大规格为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，时段内的最小时间单位为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，极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极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

Acrel-3000电能管理系统技术规范书  安科瑞鲍静君

　　1. 项目概况

　　江阴市体育中心位于江阴城东新区，澄江路以北，滨江路以南，黄山路以东，北靠黄山，南邻天华艺术中心，西邻新体育馆，与江阴长江大桥遥相呼应。

　　目前拥有标准的足球场2片，标准的400米田径跑道2片，网球场10片，室外灯光塑胶篮球场6片，羽毛球场地65片，乒乓球桌80张，其中篮球场对市民全天免费开放。另外中心配备的水上活动中心预计明年完工。体育中心拥有地下停车场约30000平方米，拥有车位1019个，有3个出入口，拥有自动扶梯出入口，停车位共计约1219个。现场进行预付费电表改造，并且为便于管理安装Acrel-3000电能管理系统。

　　2. 设计依据

　　2.1. 用户需求

　　系统应通过多功能的导轨式电能计量表计、通讯网络和计算机软件，实现商户的预付费供电并在运行过程中实现数据采集、数据计算、电能抄表、报表生成等，完成系统的安全供电、电能计量、设备管理和运行管理。系统由站控管理层、网络通讯层和现场设备层构成。

　　系统功能需求：

　　1) 数据采集及处理：通过间隔层单元实时采集现场各种模拟量、电度抄表等;

　　2) 画面显示：全部设备的位置状态、变位信息、保护设备动作及复归信息、直流系统及所用变系统的信息、各测量值的实时数据、各种告警信息、计算机监控系统的状态信息;

　　3) 记录功能：具有对各种历史数据的记忆功能，以供随时查询、回顾、打印。

　　4) 报警处理：用户可以按照自己的意愿分类、筛选报警，并将报警归纳于不同的报警窗口中，根据不同的报警级别，采用推出画面、光显示、条纹闪烁及不同声音级别的音响进行报警;

　　5) 应具有完善的用户管理功能，避免越权操作;

　　6) 历史曲线显示：可显示存于历史数据库中的任意模拟量、电度量以及母线电压任意时间的历史波形图;

　　7) 报表打印功能：可召唤打印、定时打印各种历史数据，运行参数，事故报告统计，电度量统计报表，主接线图，负荷曲线。

　　2.2. 技术标准

　　本技术规范书引用的国家和行业标注如下：

　　ISO/IEC11801 《综合布线标准》

　　GB/50198 《监控系统工程技术规范》

　　GB50052-2009 《供配电系统设计规范》

　　GB50054-2011 《低压配电设计规范》

　　IEC 61587 《电子设备机械结构系列》

　　DL/T448-2000 《电能计量装置技术管理规程》

　　DL/T 698.1-2009 《1部分：总则》

　　DL/T 698.2-2010 《2部分：主站技术规范》

　　DL/T 698.31-2010 《3.1部分：电能信息采集终端技术规范-通用要求》

　　DL/T 698.35-2010 《3-5部分：电能信息采集终端技术规范-低压集中抄表终端特殊要求》

　　DL/T 698.41-2010 《4-1部分：通信协议-主站与电能信息采集终端通信》

　　DL/T 698.42-2010 《4-2部分：通讯协议-集中器下行通信协议》

　　DL/T 698.41-2010 《4-1部分：通信协议-主站与电能信息采集终端通信》

　　DL/T 698.42-2010 《4-2部分：通讯协议-集中器下行通信协议》

　　2.3. 设计范围

　　根据客户需求及项目实际情况，本项目智能化设计一套Acrel-3000电能管理系统。该项目现场设备层仪器仪表的具体分布情况如下：

　　现场体育馆各配电房中各商铺配电箱中安装的安科瑞DDSY1352-C单相预付费电力仪表以及DTSY1352-C三相预付费电力仪表，具体为：

　　DDSY1352-C(直接接入) 25个;

　　DTSY1352-C(直接接入) 10个;

　　DTSY1352-C(二次接入) 30个。

　　监控点位后续增加，不超过150个。

　　3. 系统集成设备清单

　　见附件三：《系统集成设备清单》

　　4. 网络拓扑结构

　　Acrel-3000电能管理系统通常采用分层分布式结构进行设计，即现场设备层、网络通讯层和站控管理层，详细拓扑结构见附件四：《江阴市体育中心电能管理系统网络拓扑图》。

　　5. Acrel-3000电能管理系统运行环境

　　5.1. 电能管理系统硬件正常工作条件

　　为使Acrel-3000电能管理系统正常工作，安装系统软件的主机需满足如下硬件条件：

　　CPU：Pentum(R)4 CPU 2.0GHz以上;

　　内存：512MB以上;

　　硬盘：120G以上;

　　显示器：VGA、SVGA以及支持桌面操作系统的图形适配器，显示256色以上;

　　并行口或USB接口：用于安装产品授权加密狗。

　　5.2. 软件运行环境条件

　　Acrel3000电能管理系统软件主要运行在微软的Windows操作系统平台上，兼容Windows Xp Professional 32位(简体中文)、Windows Server 2003 Standard Edition 32位(简体中文)、Windows Server 2008 Enterprise Edition 32位(简体中文)、Windows 7 Ultimate 32位(简体中文)。

　　软件通过硬件加密锁进行授权，经过授权的软件可以长时间不间断运行，而没有经过授权的软件数据库点仅能使用32点，且连续在线运行时间限制为1小时。

　　5.3. 电能管理系统机房要求

　　本监控系统所处的系统机房的防雷和接地设计，应满足人身安全及电子信息系统正常运行的要求，并应符合现行国家标准《建筑物防雷设计规范》GB 50057和《建筑物电子信息系统防雷技术规范》GB 50343的有关规定。监控计算机及通讯采集装置所处环境应满足以下要求：

　　海拔高度：≤2000m;

　　环境温度：5℃～+45℃;

　　最大日温差：25K;

　　最大相对湿度：95%(日平均);90%(月平均);

　　6. 系统功能

　　1. 配电监测

　　安科瑞Acrel-3000电能管理系统具备友好的人机界面，能够以配电一次干线图的形式直观显示配电线路的分布情况，同时将实时采集的各回路的电参量信息，以及配电回路开关的分合闸状态，实时显示在系统界面中。

　　功能要求：低压进线回路电参量界面显示：回路名称、开关状态、三相电流、三相电压、总有功功率、总无功功率、总功率因数、频率和正向有功电能累计值。低压出线回路界面显示：回路名称、开关状态、三相(单相)电流。每个回路旁设置详细参数按钮，通过点击可查看该回路详细电参量，包括三相电流、三相电压、总有功功率、分相有功功率、总无功功率、分相无功功率、总功率因数、分相功率因数、频率、正向有功电能、反向有功电能、感性无功电能、容性无功电能。

　　2. 电能报表

　　安科瑞Acrel-3000电能管理系统以丰富的数据报表体现计量体系的完整性。系统具备各回路定时抄表汇总统计功能，用户可以自由查询自系统正常运行以来任意时间段内各配电节点的用电情况，即该节点进线用电量与各分支回路消耗电量的统计分析报表。该功能使得用电可视透明，并在用电误差偏大时可追溯，维护计量体系的正确性。

　　功能要求：具有起始时间和结束时间的时间选择框，选定想要查询的时间段后，通过点击查询按钮可查询出系统项目范围内所有配电回路的用电量。可通过导出按钮将报表以Excel形式导出保存，通过打印按钮进行报表打印。

　　3. 负荷曲线

　　安科瑞Acrel-3000电能管理系统对配电系统总进线回路(或重要负荷的出线)设计了负荷趋势曲线。便于配电维护人员及时掌握用电需求与供电系统负荷占比，确保供电可靠性，为用户单位的用能权益提供保障。借助该功能，还可分析用能需量的增长趋势，适时调整需量申报，减少因需量偏差过大造成的多余缴费。

　　功能要求：该界面包括两个曲线图形，上部分曲线图形显示分相电流趋势图，下部分曲线图形显示总有功功率趋势图。曲线的时间跨度为7天，初始进入该界面时曲线图形应为实时曲线。当设定好曲线的起始时间，点击界面中的刷新曲线按钮时，此时曲线应自动切换为历史曲线，显示的为自曲线的起始时间至7天后的趋势曲线。电流曲线的纵坐标刻度最大值应为配电回路额定电流的1.2倍，负荷功率曲线的纵坐标刻度最大值应为配电回路额定功率的1.2倍。

　　4. 电参量报表

　　安科瑞Acrel-3000电能管理系统具有对实时电力参数和历史电力参数的存储和管理功能，所有实时采集的数据、顺序事件记录等均可保存到实时数据库。在监控画面中能够自由设定需要查询的历史时间，历史电力参数通过报表方式显示出来。该功能方便用户进行事故追溯查询。

　　功能要求：可通过在抄表时间选择框中设定好抄表时间，点击抄表按钮，在查询表格中显示查询到的配电回路电参量信息应包括：回路名称、三相电流、三相电压、总有功功率、分相有功功率、总无功功率、总功率因数、频率、正向有功电能。电参量报表要支持Excel表格导出保存和表格打印功能。

　　5. 遥信实时报警

　　安科瑞Acrel-3000电能管理系统具备遥信报警配置功能，系统能够对配电回路断路器的分合闸动作进行实时监测并报警。系统报警时能够进行信息语音提示，自动弹出报警画面。

　　功能要求：系统应采集断路器分合闸信号，当发生断路器分合闸事件时，系统弹出遥信实时报警窗口。报警列表中应包含如下信息：报警时间、报警回路名称、报警点名称、报警内容、报警类型。

　　6. 遥测实时报警

　　安科瑞Acrel-3000电能管理系统具备遥测报警配置功能，报警类型包括电压越限、电流越限、频率越限、功率因数越限、断路器分合闸。系统报警时能够进行信息语音提示，自动弹出报警画面。

　　功能要求：应设置进线回路电参量遥测报警限值，电压的报警限值设定为±5%;频率为±0.5%;(相)电压谐波的报警限值设定为10kV配电系统4.0%，0.4kV配电系统5.0%;电流的报警上限值设定为额定值的85%;功率因数的报警下限值设定为0.9。当遥测电参量发生越限事件时，系统应弹出遥测实时报警窗口。报警列表中应包含如下信息：报警时间、报警回路名称、报警点名称、报警内容、报警类型、报警值、报警限值。

　　7. 遥信、遥测历史报警查询

　　安科瑞Acrel-3000电能管理系统能够对遥信、遥测报警数据进行存储，方便用户对系统报警事件进行追溯查询。

　　功能要求：可通过查询按钮选择查询时间，返回的遥信报警查询列表中应包含如下信息：报警时间、报警回路名称、报警点名称、报警内容、报警类型。遥测报警查询列表中应包含如下信息：报警时间、报警回路名称、报警点名称、报警内容、报警类型、报警值、报警限值。

　　8. 用户权限管理

　　安科瑞Acrel-3000电能管理系统为保障系统安全稳定运行，设置了用户权限管理功能。通过用户权限管理能够防止未经授权的操作(如配电回路名称修改等)。可以定义不同级别用户的登录名、密码及操作权限，为系统运行维护管理提供可靠的安全保障。

　　功能要求：将用户的级别分为操作工、班长、工程师、系统管理员这四个等级，每个等级可以单独赋给不同的操作权限，包括进入运行、退出运行、遥控操作、报表管理。系统管理员为最高等级用户，高一级的用户可以添加、删除下一级别的用户。

　　9. 通讯状态图

　　安科瑞Acrel-3000电能管理系统可以实时显示接入系统的各设备的通讯状态，能够完整的显示整个系统网络结构，可在线诊断系统网络通讯状态，发生网络故障时能自动在屏幕上显示故障单元和故障部位。从而方便系统维护人员实时掌握现场各设备的通讯状态，对出现异常的设备及时维护，保证系统的稳定运行。

　　功能要求：具备完整的系统通讯示意图，把系统拓扑结构和实时通讯状态显示出来。使用红色色块表示该回路通讯正常，绿色色块表示该回路通讯中断。在系统主机和通讯采集器旁标明该设备采用的IP地址，在各被监测设备旁标注上设备地址和设备回路编号。