电能管理系统-用电抄表系统

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政府提供，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，最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，少数动力设备均由专用回路供电。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最终的设计方案: 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》、发改委《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。最大可以同时计量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》，它是安科瑞公司最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最优的计量方案，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］中华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］中华人民共和国建设部，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．

电力需求侧管理及智能电力监控一、行业用户用电特性分析 安科瑞鲍静君

服装制造业按国民生产行业分类可细分为：纺织服装制造业、纺织面料鞋的制造业、制帽业。

该行业一般都由10kV变电所和0.4kV供电，其用电负荷中等或较小；生产性质为三班制连续作业。服装制造业属于劳动密集型企业，每个车间为一条生产流水线，使用的设备数量多、功率小，负荷相对比较平稳。服装企业非生产用电除办公楼外，厂区内都建有宿舍和食堂，非生产用电约占总用电量的10%左右。

服装制造行业用户设备分类表

 二、行业用户参与错峰限电能力分析

1. 该行业用户一般生产时间为7：30～21：00，在生产时间段负荷曲线相对稳定，在高温或严寒季节，该类企业的用电需求也有所变化，随着温度的变化，用电负荷将有显着上升，夏季高温期间将增加35%左右的空调负荷。服装制造行业的办公、生活用电约占总用电的10%左右，生产用电以车间为单位，每个车间的上下道工序相互衔接，错峰时只能以车间为单位进行限电。

2. 紧急错峰限电，可停用非生产性负荷和生产性负荷，可以快速响应错峰实施。该行业用电负荷中等偏小，紧急错峰限电效果较好。

3. 阶段性错峰，该行业用户可以通过有效组织部分生产车间停产让电的方式开展，阶段性错峰效果较好。

三、行业用户参与错峰限电技术方案

（一）缺口等级Ⅳ级参与方案

1. 阶段性错峰：

执行错峰指令，大型服装厂对办公用电、生活用电等部分非生产用电限电、部分车间停产，保证企业生产的连续性。中小型服装厂每周开六停一。

2. 紧急错峰：

接到错峰指令后快速停用办公用电（电脑、打印机、照明、空调、电梯）等非生产性负荷，然后根据指令释放负荷恢复正常生产。

（二）缺口等级Ⅲ级参与方案

1. 阶段性错峰：

执行错峰指令，大型服装厂对办公用电、生活用电等部分非生产用电限电、部分生产车间停产，保证企业生产的连续性。中小型服装厂每周开六停二。

2. 紧急错峰：

接到错峰指令后快速停用生产辅助设备和部分生产车间的孔压机、裁剪机、缝纫机、粘合机、断布机等生产负荷进行限电。然后根据指令释放负荷恢复正常生产。

（三）缺口等级Ⅱ级参与方案

1. 阶段性错峰：

执行错峰指令，大型服装厂对办公用电、生活用电等部分非生产用电限电、部分生产车间停产，保证企业生产的连续性。中小型服装厂每周开六停三。

2. 紧急错峰：

在执行Ⅲ级方案的基础上，继续停用部分生产车间进行限电，完成错峰指标。然后根据指令释放负荷恢复正常生产。

（四）缺口等级Ⅰ级参与方案

1. 阶段性错峰：

执行错峰指令，企业停产，非生产用电只留门卫、消防、职工生活等必须用电。

2. 紧急错峰：

在执行Ⅱ级方案的基础上，继续停用部分生产车间进行限电，直至企业停产，非生产用电只留门卫、消防、职工生活等必须用电以完成错峰指标。然后根据指令释放负荷恢复正常生产。

四、行业用户参与错峰限电风险及注意事项

1. 服装制造业属于劳动密集型企业，一般每个车间的工人数大都超过一百人，大型服装企业每个车间工人数一般超过五百人。由于服装企业的生产车间均为全封闭，因此夏季空调负荷很大，在需要限电时企业为保证产品质量和工人不停工，优先考虑停用生产设备，保留空调用电和照明用电。

2. 服装制造行业的企业接到订单后，给予的生产时间都很短，需集中力量生产，如企业参与错峰限电后，影响订单的完成情况，造成不能按合同及时交货，特别是以外贸订单为主的企业，将面临很大的考验。

3. 服装企业都是劳动密集型企业，工人薪资都是按基本工资加计件提成的模式确定，如企业参与错峰限电后，有部分工人被迫停工，影响其工资收入，最终导致工人流失，给原本就招工难的服装行业雪上加霜。

因此，该行业用户参与错峰时，企业应根据自身的实际情况，科学、合理地编制内部应急预案，主动配合错峰实施，杜绝恶性事故发生，主动承担社会责任同时将损失降到最低。

五、智能电力监控的功能与应用

5.1项目概况

苏州某纺织制造厂变配电系统主要由工厂一楼高压电机出线和三楼配电室进行变配电管理，共计一个高压出线回路，32个低压出线回路，高压出线回路，工厂三楼配电室提供整个常熟涤纶的生产所需电力。监控值班室设置在工厂的二楼监控室。

5.2系统结构

Acrel-3000电能管理系统以监控主机、通讯设备、测控单元为基本工具，为大型公共建筑的实时数据采集、开关状态监测及远程管理与控制提供了基础平台，它可以和检测、控制设备构成任意复杂的监控系统。该系统主要采用分层分布式计算机网络结构，如图下图所示：站控管理层、网络通讯层和现场设备层。

1）站控管理层

站控管理层针对电能管理系统的管理人员，是人机交互的直接窗口，也是系统的最上层部分。主要由系统软件和必要的硬件设备，如工业级计算机、打印机、UPS电源等组成。监测系统软件具有良好的人机交互界面，对采集的现场各类数据信息计算、分析与处理，并以图形、数显、声音等方式反映现场的运行状况。

监控主机：用于数据采集、处理和数据转发。为系统内或外部提供数据接口，进行系统管理、维护和分析工作。

打印机：系统召唤打印或自动打印图形、报表等。

UPS：保证计算机监测系统的正常供电，在整个系统发生供电问题时，保证站控管理层设备的正常运行，提供足够的时间进行数据存储。

2）网络通讯层

通讯层设备为CP134U-I扩展卡。该层是数据信息交换的桥梁，负责对现场设备回送的数据信息进行采集、分类和传送等工作的同时，转达上位机对现场设备的各种控制命令。

通讯介质：系统主要采用屏蔽双绞线，以RS485接口，MODBUS通讯协议实现现场设备与上位机的实时通讯。

3）现场设备层

现场设备层是数据采集终端，主要由智能仪表组成，采用具有高可靠性、带有现场总线连接的分布式I/O控制器构成数据采集终端，向数据中心上传采集的数据。测量仪表担负着最基层的数据采集任务，其监测的数据必须完整、准确并实时传送至监控主机。

5.3系统功能

上位机软件为Acrel-3000电能管理系统组态软件，该软件是对现场电参量数据进行采集与监测的专用软件，最大的特点是能以灵活多样的“组态形式”而不是编程方式来进行系统集成，它提供了良好的用户开发界面和简捷的工程实现方法，只要将其预设置的各种软件模块进行简单的“组态”，便可以非常容易地实现和完成对现场数据的采集与监测功能。Acrel-3000电能管理系统具有友好的人机交互界面，可实时和定时采集现场设备各电参量及开关量状态，并将采集到的数据上传给监控主机进行实时显示与存储。系统还提供了实时曲线和历史趋势曲线分析，符合用户设计需要的报表、事件记录和故障报警等功能。整个系统可以实现所有回路用电量的采集和统计，实现了远程自动抄表、电力监控与电能管理功能。

①数据采集和显示

现场仪表测量并采集回路数据信息，上位机软件再对现场仪表的数据进行定时或周期采集并存储，可以自由设置采集的时间周期，最小的系统支持的采集周期。可以随时查看任一表计的瞬时表值、累计量等信息，记录时间间隔内电力仪表的电压、电流、功率因数和有功电度等。这些参数信息可以自动保存到数据库中，便于查询。

系统具有友好的人机界面，便于普通的现场值班人员查看并记录相关信息，系统一次图不仅显示了线路的开关状态，还实时显示电压、电力、有功电度等重要的电力参数。所有数据信息都定期的保存到数据库中。

②远程抄表

系统对所有采集到的数据都能实时的显示，并保存到数据库中，因此可以手动查询每个回路的所有实时及历史电参量数据，并以表格的形式展现给用户，便于打印、保存。

③电能报表与棒图

系统采集的有功电度数据，按照回路名称的不同，自动生成日报表、月报表和年报表并有报表打印功能，并可对某一回路的某一时间段内的用电量进行查询与打印，同时这些报表也能以Excel的格式导出。

系统还可以根据生成的电能报表，对每一回路的用电量根据时间不同形成年用电棒图、月用电棒图以及每日的用电棒图，便于查看。

④电流、功率趋势曲线

对于所有回路，不仅可以对电流、功率进行实时显示与监测，并可以根据保存的历史数据做成趋势曲线，可以查看实时和历史变化趋势，预测电力负荷容量，并可对电力故障进行查询，保证电力负荷的安全运行。

⑤事件记录与报警

主要用于查看历史报警信息；帮助用户进行事故查询与追忆；支持历史查询，打印等功能。实时报警信息会即时弹出，提醒用户所进行的操作。并对所有操作具有自动事件记录功能。

六、主要监控产品

（1）高压回路或低压进线回路选ACR330ELH仪表

该表为电能质量分析仪表，主要功能有：LCD显示、全电参量测量（U、I、P、Q、PF、F、S）；四象限电能计量、复费率电能统计；THDu，THDi、2-31次各次谐波分量；电压波峰系数、电话波形因子、电流K系数、电压与电流不平衡度计算；电网电压电流正、负、零序分量（含负序电流）测量；4DI+3DO（DO3做过压、欠压、过流、不平衡报警）；RS485通讯接口、Modbus协议或DL/T645规约。外形尺寸：120×120mm，开孔尺寸：108×108mm。适用于高压重要回路或低压进线柜。

（2）低压联络或出线回路选ACR220EL电力仪表

该表主要功能有：LCD显示、全电参量测量（U、I、P、Q、PF、F）；四象限电能计量、复费率电能统计、最大需量统计；4DI+2DO；RS485通讯接口、Modbus协议。外形尺寸：96×96mm，开孔尺寸：88×88mm。适用于低压联络柜、出线柜。

（3）低压出线柜选ARD系列

该表测量三相电流、定值查询、定值整定、过载、断相（不平衡）、堵转、欠载、外部故障、阻塞、欠压等保护功能、8DI+4DO、电能管理、漏电保护、SOE记录、多种起动模式、RS485通讯接口、MODbus协议/Profibus-DP协议可选。

（4）节能产品可选导轨表或APF有源滤波装置

照明箱DDSF1352电表主要功能：电流规格1.5(6)A、5(20)A、10(40)A、20(80)A可选、复费率电能统计、电能脉冲输出、RS485通讯接口、Modbus协议或DL/T 645规约可选。外形尺寸：76×89×74mm，4模数。适用于照明箱的电流、电压测量；单相电能计量。

ARD

DTSF1352导轨式电表主要功能：电流规格1.5(6)A、5(20)A、10(40)A、20(80)A可选、复费率电能统计、电能脉冲输出、RS485通讯接口、Modbus协议或DL/T 645规约可选。外形尺寸：126×89×74mm，7模数。适用于照明箱的三相电能计量。

DTSD1352导轨式电表主要功能：LCD显示、全电参量测量（U、I、P、Q、PF、F、S）；四象限电能计量、复费率电能统计、最大需量统计；电流规格1.5(6)A、5(20)A、10(40)A、20(80)A可选、RS485通讯接口、Modbus协议或DL/T 645规约可选。外形尺寸：126×89×74mm，7模数。适用于动力柜。

ANAPF系列有源电力滤波装置，以并联方式接入电网，通过实时检测负载的谐波和无功分量，采用PWM变流技术，从变流器中产生一个和当前谐波分量和无功分量对应的反向分量并实时注入电力系统，从而实现谐波治理和无功补偿。

七、设备清单

参考文献：

[1]安科瑞电气股份有限公司系统解决方案.2013.1版.

[2]服装制造行业错峰限电技术指导．技术在服装制造行业错峰限电中的应用  安科瑞鲍静君