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沈建伟
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重庆广达生活服务区Acrel-5000能耗监测系统

    摘要:本文以Acrel-5000能耗监测系统在重庆广达生活服务区项目中的应用为案例,介绍Acrel-5000能耗监测系统的智能监测设备的选型方案、现场各监控点的组网方式、数据采集终端与能耗系统子站之间的数据传输、子站和监控中心主站之间的数据交互、能耗监测系统软件实现的功能等。
    关键词:智能电表   能耗监测   广达   智能水表     

    0 引言
            随着中国城市化进程的推进、经济的发展,我国建筑能耗总量呈持续增长的态势,并且增长速度有越来越快的趋势。如果任由建筑能耗照此速度增长,必然给中国能源供应安全带来极大的压力,因此建筑节能势在必行。
            Acrel-5000建筑能耗分析管理系统的能耗数据采集方式包括人工采集方式和自动采集方式。通过人工采集方式采集的数据包括建筑基本情况数据采集指标和其它不能通过自动方式采集的能耗数据,如建筑消耗的煤、液化石油、人工煤气等能耗量。通过自动采集方式采集的数据包括建筑分项能耗数据和分类能耗数据,由自动计量装置实时采集,通过自动传输方式实时传输至数据中心。本文通过对重庆广达生活服务区能耗监测系统案例的分析,简单介绍下Acrel-5000能耗监测系统在大型公共建筑中的应用。

    1 项目概况
            广达电脑成立于1988年,是目前全球第一大笔记本电脑研发设计制造公司。以领先群伦的技术与坚强优越的研发团队,屹立于高科技市场领导者地位;除了在笔记本电脑的领域中维持高成长、高品质与高评价之外,更将触角延伸到企业网路系统、家庭娱乐产品、行动通讯产品、车用电子产品以及数码家庭产品等市场,积极拓展产业整合布局。2006年荣登美国「财富杂志(Fortune)」评定为全球五百大企业。2011年广达电脑入住重庆,建成了一个拥有七栋大楼的员工居住建筑群(每栋十层,每层35个房间),员工总人数以万计的重庆广达制造城。                           
            本项目针对制造城中员工居住大楼的用水和用电进行监控。监控点的具体分布情况为:用电量计量位置设在配电终端,计量大楼中每个房间的用电情况。电表的安装位置为每层的配电竖井内,每个竖井有两个配电箱,共计约35个出线回路。所以每层大约35个电能计量仪表。用水量计量到户,每个房间有两块水表,一块冷水表和一块热水表。安装位置为每个房间风井旁的供水竖井内。每层约35个房间,共计水表数约为70只。房间的平面图如下所示:
    图一 楼内房间平面图
     
            上海安科瑞电气股份有限公司于2011年承接了重庆广达生活服务区一期能耗监测系统的设计与实施。系统采用Acrel-5000型能耗监测系统,主要实现对生活服务区内用电量和用水量的在线监测,方便了对该建筑群的能耗管理。
    图二现场设备组网结构图
     
    图三 监控室组网结构图
     
            以上图为某设计院针对重庆广达生活服务区的供水供电系统设计的能耗监测系统拓扑结构图。图二中左边为单栋建筑的供水系统拓扑结构,右边为单栋建筑供电系统拓扑结构。整个系统包括该建筑群的七个子系统和中心监控室的一个总监控系统。子系统的数据包括:独栋建筑楼层中的配电竖井内的电表数据;楼层各房间内供水竖井内的冷/热水表数据。数据全部由屏蔽线经RS485接口传至数据采集器,然后由五类线经RJ45接口接入当地局域网。图三中左边表示独栋建筑能耗监测子系统监控室的组网结构图。网络交换机下端连接来自水表和电表的多个数据采集器,上端连接监控主机完成数据上传。七个子系统的数据采用光纤通讯的方式转发至中心监控室,如图三中右边图示。每个监控主机配UPS电源。

    2 客户需求
            重庆广达生活服务区能耗监测系统技术要求:
            1.系统能耗监测由能源监控平台、交换机、多功能电表、通讯转换器、远程水表等设备组成,本系统重点实现的功能为水,电耗的集抄。
            2.支持统一网络架构下的电力、水等能源数据的采集和管理,能耗数据采集无需在多个不同系统中集成,能量监测与管理系统包含丰富的功能,能够对建筑物或建筑群中各类能源(电、水)进行分别统计、统一管理并提供能耗数据自动采集、分析和挖掘、持续优化。
            3.系统采集来自智能测控单元装置送来的参数,包括每个用电回路的实时电能值和各种告警信息,各水表的用水量等,并实时显示采集上来的各个参数。
            4.各能源管理组逐时、逐日、逐月、逐年能耗值报告,帮助用户掌握自己的能源消耗情况,找出能源消耗异常值。
            5.系统支持基于Internet的远程浏览,不同的能源管理部门可在不同的地点同时查看所需能源的消耗情况。

    3 硬件选型和软件设计参照的标准和依据
            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
            (并参考国家电网公司2009年发布的《智能变电站智能控制柜技术规范》)
            DL/T 698                      电能信息采集与管理系统
            DL/T 698.1-2009        第1部分:总则
            DL/T 698.2-2010        第2部分:主站技术规范
            DL/T 698.31-2010      第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      第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      第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      第4-2部分:通讯协议-集中器下行通信协议
            DL/T/814-2002            配电自动化系统功能规范
            GB/T/3047.1                面板、架和柜的基本尺寸系列
            GB2887                        计算站场地技术条件

    4 硬件选型
            子系统站控管理层采用一台工控机、一台A4打印机、一台在线式UPS电源;总系统接收七个子系统的全部数据,处理数据量比较大,其站控管理层采用IBM机架式服务器、一台A4打印机、一台在线式UPS电源。
            子系统通讯层设备采用五个16口串口服务器,因为要进行数据转发,所以再配一个8口的网络交换机和光电转换器一套。总系统接受来自七个子系统的转发数据,有七个光电转换需要接入总系统的网络,所以配16口网络交换机一台。
            现场设备层: 是数据采集终端,主要由智能仪表组成,电力仪表通过屏蔽双绞线RS485接口,采用MODBUS通讯协议总线型连接接入通讯服务器,经通讯服务器和交换机到达监控主机,现场仪表通过双绞线以手拉手方式进行通讯连接,每根总线的仪表数量在20只左右。
            本项目的监控点分布在现场大楼的各个楼层内的竖井中,都属于终端计量,电表总数约2500只,水表总数约为5000只。电能管理部分重点是用电量的统计,对其他参数的要求不是很高。其安装位置是在配电竖井中的配电箱内。从安装调试,设备成本上考虑,本项目宜采用不装互感器,直接接入类型的电测仪表。配电系统的组成和实际一定要符合现场配电的实际情况,不能追求华而不实,非重要的出线回路中一些不必要的电参数如果进行测量则必须配备具备该功能的电力仪表,这样势必造成投资过大,远超出实际需要。因此,在能够充分实现用户所需功能的情况下,系统的实用性是首先应遵循的第一设计原则。同时,系统的前端产品和系统软件均有良好的可学习性和可操作性。特别是操作性,使具备电脑初级操作水平的管理人员,通过简单的培训就能掌握系统的操作要领,达到能完成值班任务的操作水平。上海安科瑞电气股份有限公司生产的ADL系列导轨式安装仪表符合直接接入的要求,此表采用导轨式的安装方式,既减少施工周期降低施工难度,又节约成本,同时还能满足需求。具体的设备参数如下表所示:
    配电箱
    DTSF1352
    126×91×74
    导轨安装
    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
    三相电能计量
    DDSD1352
    36×89×62
    导轨安装
    电流规格10(60)A、可编程、复费率电能统计、电能脉冲输出、RS485通讯接口、Modbus协议或DL/T645规约可选
    全电参量测量(I、U、P、Q、S、PF、F)
    单相电能计量

     
             耗水量管理也是终端计量,本项目水量计量的是每个房间的冷/热水的用量情况。本项目采用埃美柯公司的水表,具体参数如下:
            产品说明:
            1.该水表采用特殊液体封装
            2.同时具有湿式水表始动流量小,干式清可长期保持读数清晰的优点
            3.选用优质材料,性能稳定可靠,外观漂亮
            4.特别适用于水质较差管网
            5.该系列水表技术参数符合国际标准ISO4064规定
            6.该系列水表有热水表,有铜壳、铁壳可共客户选择
     
    5 软件设计思路
            首先,能耗监测系统软件设计所要遵循的原则是:系统的安全性、系统的实用性、系统的实时性、系统的稳定性、系统的可扩展性、系统的易维护性。
            重庆广达生活服务区能耗监测系统采用网络分布式结构,整个系统包括该建筑群七栋建筑的七个子系统和中心监控室的一个总监控系统。冷/热水表数据和电表数据当地采集完成后传至子系统的监控后台进行数据分析和存储。之后七个子系统将数据转发至中心监控室的监控主机。分控中心和中心监控室之间用光纤网络进行通讯。系统实现子系统对本栋大楼的数据采集和处理,总系统对整个建筑群的能耗进行数据监控。

    6 系统结构

    7 软件功能
            ①大型公建或楼宇建筑的信息管理
            系统提供标准的手工信息录入界面,可对各栋监控建筑的基本信息进行整理和录入,并支持手工录入历史能耗数据的功能。
            ②能耗数据的实时监测
            系统采集站定时采集各监控点的仪表参数并上传至本地建筑能耗分析管理系统数据库,用户可于当地实时查询能耗监测情况。
            ③建筑分类能耗分析
            系统自动将建筑能耗进行分类分析,即:
            1、耗电量
            2、耗水量
            3、耗气量(天然气量或者煤气量)
            4、集中供热耗热量
            5、集中供冷耗冷量
            6、其他能源应用量(如集中热水供应量、煤、油、可再生能源等)
            ④电量分项能耗分析
            照明插座用电:为建筑物主要功能区域的照明、插座等室内设备用电。主要包括照明和插座用电、走廊和应急照明用电、室外景观照明用电。
            空调用电:主要包括冷热站用电、空调末端用电。
            动力用电:主要包括电梯用电、水泵用电、通风机用电。
            特殊用电:主要包括信息中心、洗衣房、厨房、餐厅、游泳池、健身房或者其他特殊用电。
            ⑤用能情况的同、环比分析
            统计建筑或片区能耗的时用量、日用量和年用量,以曲线图、柱状图等不同方式显示,支持报表输出。
            ⑥建筑节能辅助诊断
            系统可提取各能耗数据进行同、环对比分析,确立标杆值并对各监控点的能耗情况进行能耗水平判定,对能耗改善提出一套完整的诊断流程,并给出能耗分析报告。

    8 软件界面如下所示:
     
    能耗实时显示界面
     

    电耗集抄报表
     

    水耗集抄报表
    9 结束语
            随着能源的日益紧张,节能降耗成为大型公共建筑智能化建设的必然选择,本文介绍的Acrel-5000能耗监测系统,能监控耗能设备的运行状况,并能根据采集到的数据绘制出各种报表、分析曲线、图形等,便于分析研究,为智能建筑的节能技术提供参考。该系统运行安全、可靠,极大地方便了用户的使用。随着社会的发展,能源的日益紧张,实现对分类能耗、分项能耗的远程监测与管理成为智能建筑发展的必然趋势。

    参考文献
    任致程、周中编著 电力电测数字仪表原理与应用指南中国电力出版社 2007.4
    朱立泉变配电系统的智能管理系统分析 智能建筑电气技术 2007年第1卷第4期
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