智能電力監(jiān)控系統(tǒng)在智能建筑和電氣節(jié)能中的應用
摘要： 關鍵字：應用通信電源電力安防計算機可靠性0引言伴隨著計算機和信息技術的快速發(fā)展及在各行業(yè)普遍應用，智能建筑應運而生，特別是商業(yè)和公共建筑不斷提高的智能化管理和節(jié)能的要求，使建筑智能化的用途更為廣泛，已經(jīng)成為21世紀建筑業(yè)的發(fā)展主流。智能建筑是采用計算機技術對建筑物內(nèi)的設備進行自動控制和管理并對用戶提供信息和通信服務等的一種新型建筑。可以說智能建筑是信息時代的必然產(chǎn)物，是一個國家的綜合國力和科技水平的具體體現(xiàn)之一。
Abstract：
Key words :
0 引言
伴隨著計算機和信息技術的快速發(fā)展及在各行業(yè)普遍應用，智能建筑應運而生，特別是商業(yè)和公共建筑不斷提高的智能化管理和節(jié)能的要求，使建筑智能化的用途更為廣泛，已經(jīng)成為21世紀建筑業(yè)的發(fā)展主流。智能建筑是采用計算機技術對建筑物內(nèi)的設備進行自動控制和管理并對用戶提供信息和通信服務等的一種新型建筑。可以說智能建筑是信息時代的必然產(chǎn)物，是一個國家的綜合國力和科技水平的具體體現(xiàn)之一。目前世界各國都在加大力度發(fā)展智能建筑，中國也把智能建筑的建設納入了重要的議程。由于網(wǎng)絡技術、視頻技術、通信技術、智能配電等新技術的發(fā)展，使未來智能建筑正朝著集約化、系統(tǒng)化、標準化的方向發(fā)展，智能、綠色、環(huán)保、節(jié)能成為智能建筑發(fā)展的主流方向。
智能建筑通常具備以下幾個條件：一套先進的樓宇自控系統(tǒng)，以營造一種溫馨、回歸大自然的生活環(huán)境；一套結構化布線系統(tǒng)，將整座大樓或整個小區(qū)的數(shù)據(jù)通信、語音通信、多媒體通信融為一體；一個現(xiàn)代化的通訊系統(tǒng)；以滿足現(xiàn)代信息社會高效率的工作需求；一個電力監(jiān)控系統(tǒng)，對建筑物內(nèi)的高低壓配電設備進行統(tǒng)一監(jiān)視和管理的智能電力監(jiān)控系統(tǒng)平臺。
可見，電力監(jiān)控系統(tǒng)是智能建筑的重要組成部分。配電系統(tǒng)的可靠性、安全性、連續(xù)性以及提高電能使用效率節(jié)約用電成本與使用者的生產(chǎn)和生活息息相關，智能的電力監(jiān)控系統(tǒng)為此提供了強有力的保證。以安科瑞公司的Acrel-2000電力監(jiān)控系統(tǒng)為例，概述了電力監(jiān)控系統(tǒng)的作用和功能，并以應用實例著重介紹其在智能建筑和電氣節(jié)能方面的應用。
1 智能電力監(jiān)控系統(tǒng)概述
安科瑞公司的Acrel-2000電力監(jiān)控系統(tǒng)是基于先進的現(xiàn)場總線方式（FCS），來實現(xiàn)電力系統(tǒng)信息的交換與管理。Acrel-2000電力監(jiān)控系統(tǒng)借助現(xiàn)代的網(wǎng)絡技術和計算機技術實時監(jiān)視電力系統(tǒng)的運行參數(shù)（包括：開關狀態(tài)，故障狀態(tài)和位置，電壓、電流、電度等實時變化的電氣參數(shù)，報警信號等）、事件記錄、波形記錄等數(shù)據(jù)，不斷地傳送至電力監(jiān)控計算機（以后簡稱監(jiān)控中心），并可以實施遙控命令，使運行管理人員可以通過監(jiān)控中心全面了解電力系統(tǒng)的運行工況，準確、快速地判斷故障位置和故障原因，簡便地實現(xiàn)各種數(shù)據(jù)分析（包括負荷分析，電能消耗分析，電能質(zhì)量）。對于一些難于判斷的故障，可以通過波形記錄來幫助管理者分析故障原因。
該電力監(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)的主要功能包括：系統(tǒng)運行實時監(jiān)視、電能質(zhì)量監(jiān)視、遠程控制和操作記錄、事件報警和記錄、數(shù)據(jù)采集和歷史數(shù)據(jù)管理、各種報表打印、電能管理。
2 智能電力監(jiān)控系統(tǒng)結構
Acrel-2000電力監(jiān)控系統(tǒng)是基于10kV及以下變配電系統(tǒng)的監(jiān)測與管理，該系統(tǒng)由管理層（站控層）、通信層（中間層）、間隔層（現(xiàn)場監(jiān)控層）三部分組成，見下圖。
2 主要監(jiān)控表計
2.1 高壓回路或低壓進線回路選ACR330ELH儀表
該表為電能質(zhì)量分析儀表，主要功能有：LCD顯示、全電參量測量（U、I、P、Q、PF、F、S）；四象限電能計量、復費率電能統(tǒng)計；THDu，THDi、2-31次各次諧波分量；電壓波峰系數(shù)、電話波形因子、電流K系數(shù)、電壓與電流不平衡度計算；電網(wǎng)電壓電流正、負、零序分量（含負序電流）測量；4DI+3DO（DO3做過壓、欠壓、過流、不平衡報警）；RS485通訊接口、Modbus協(xié)議或DL/T645規(guī)約。外形尺寸：120×120mm，開孔尺寸：108×108mm。適用于高壓重要回路或低壓進線柜。
2.2 低壓聯(lián)絡或出線回路選ACR220EL電力儀表
該表主要功能有：LCD顯示、全電參量測量（U、I、P、Q、PF、F）；四象限電能計量、復費率電能統(tǒng)計、最大需量統(tǒng)計；4DI+2DO；RS485通訊接口、Modbus協(xié)議。外形尺寸：96×96mm，開孔尺寸：88×88mm。適用于低壓聯(lián)絡柜、出線柜。
2.3 動力柜、照明箱選ACR120EL電力儀表或?qū)к壥诫姳?
ACR120EL電力儀表主要功能有：LCD顯示、全電參量測量（U、I、P、Q、PF、F）；四象限電能計量、復費率電能統(tǒng)計、最大需量統(tǒng)計；2DI+2DO；RS485通訊接口、Modbus協(xié)議。外形尺寸：開孔尺寸80×80mm，開孔尺寸72×72mm。適用于動力柜。
DTSD1352導軌式電表主要功能：LCD顯示、全電參量測量（U、I、P、Q、PF、F、S）；四象限電能計量、復費率電能統(tǒng)計、最大需量統(tǒng)計；電流規(guī)格1.5(6)A、5(20)A、10(40)A、20(80)A可選、RS485通訊接口、Modbus協(xié)議或DL/T 645規(guī)約可選。外形尺寸：126×89×74mm，7模數(shù)。適用于動力柜。
DTSF1352導軌式電表主要功能：電流規(guī)格1.5(6)A、5(20)A、10(40)A、20(80)A可選、復費率電能統(tǒng)計、電能脈沖輸出、RS485通訊接口、Modbus協(xié)議或DL/T 645規(guī)約可選。外形尺寸：126×89×74mm，7模數(shù)。適用于照明箱的三相電能計量。
照明箱DDSF1352電表主要功能：電流規(guī)格1.5(6)A、5(20)A、10(40)A、20(80)A可選、復費率電能統(tǒng)計、電能脈沖輸出、RS485通訊接口、Modbus協(xié)議或DL/T 645規(guī)約可選。外形尺寸：76×89×74mm，4模數(shù)。適用于照明箱的電流、電壓測量；單相電能計量。
2.4 低壓出線柜(馬達回路)
ARD系列測量三相電流、定值查詢、定值整定、過載、斷相（不平衡）、堵轉、欠載、外部故障、阻塞、欠壓等保護功能、8DI+4DO、電能管理、漏電保護、SOE記錄、多種起動模式、RS485通訊接口、Modbus協(xié)議/Profibus-DP協(xié)議可選。
2.5 低壓無功補償柜
ARC-12/J 主要功能：12路控制、過壓保護、諧波保護、投切延時設定、12DI；RS485通訊接口、Modbus協(xié)議。
2.6 微機保護裝置
M5-T主要功能為：相定時限過流保護二段(可選復合電壓閉鎖、方向閉鎖)、相定時限過流保護三段、相定時限過流保護四段、相反時限過流保護、IO1過流保護(兩段、反時限)、IO2過流保護(兩段、反時限)、控制回路異常告警、PT斷線、斷路器失靈告警、零序過壓保護、過負荷啟動冷風、閉鎖有載調(diào)壓、輕瓦斯告警、重瓦斯跳閘、壓力釋放、溫度保護、低電壓保護(失壓保護)、過電壓保護、CT斷線、斷路器遙控分合。
3 智能電力監(jiān)控系統(tǒng)在智能建筑中的應用
通過監(jiān)控，可以實現(xiàn)對配電室內(nèi)的二次設備（安全自動裝置、傳統(tǒng)測量儀表、操作控制、信號系統(tǒng)等）的功能進行智能化改造，取消了常規(guī)的人工電力管理，通過計算機和通訊網(wǎng)絡進行電力系統(tǒng)的測量、控制、信號采集、故障分析、負荷控制和運行管理，實現(xiàn)了智能建筑中的配電管理透明化，極大地提高配電系統(tǒng)的安全性、可靠性和管理水平的智能化。該電力監(jiān)控系統(tǒng)具有良好的開放性，可以方便的與智能建筑中其他相關系統(tǒng)和智能裝置進行通信，如：建筑設備自動化系統(tǒng)、通信網(wǎng)絡系統(tǒng)、辦公自動化系統(tǒng)、火災自動報警系統(tǒng)等，實現(xiàn)自動化系統(tǒng)間相互通訊和信息共享。下面通過一個系統(tǒng)應用實例來具體闡述。
某大型園區(qū)中，由于面積大，建筑物多，其中包含有廠房和辦公用樓。園區(qū)中有中央空調(diào)、動力電源、安防等設備，因此采用了智能化設計。其中電力系統(tǒng)中，共有8個10kV變電站，每個變電站有兩臺10kV/380V變壓器，采用兩進線一母聯(lián)結構，每個變電站內(nèi)有低壓饋出線80條。為了保證園區(qū)正常工作的可靠供電和實現(xiàn)供電系統(tǒng)的現(xiàn)代化管理，采用了電力監(jiān)控，將全系統(tǒng)分為8個子工作站和1個監(jiān)控中心，主通訊網(wǎng)采用100m TCP /IP光纖以太網(wǎng)，子站內(nèi)的現(xiàn)場監(jiān)控層采用Modbus總線通訊。
通過電力監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)對建筑物配電系統(tǒng)的全面管理，并通過與樓宇自控系統(tǒng)的通訊，將電力監(jiān)控納入到整個智能建筑的綜合管理中。不但極大的提高了智能建筑的管理效率與安全性，減少了故障損失，同時降低了園區(qū)管理運營成本，大大提高了園區(qū)管理的智能化水平。
4 智能電力監(jiān)控系統(tǒng)帶來的電氣節(jié)能
所有智能建筑所共有的唯一特性是其結構設計可以適于便利、降低成本的變化。經(jīng)過十幾年的發(fā)展，智能建筑已經(jīng)處于更高智能的發(fā)展階段，發(fā)達國家已經(jīng)進入“綠色建筑”的新境界。通過對建筑物智能功能的配備，強調(diào)高效率、低能耗、低污染，達到節(jié)約能源、保護環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展的目標。
在當前的國內(nèi)，對于用戶來說，設備運行消耗是商業(yè)運作的主要支出之一。在今天的競爭環(huán)境中，合理控制這些費用并不斷設法提高效率、削減支出，是每個用戶的目標。為了有效控制這些費用，首先應該對其進行監(jiān)測。這就是Acrel-2000電力監(jiān)控系統(tǒng)的主要功能之一。它可以提高管理效率和系統(tǒng)供電可靠性，提供減少電能花費、降低成本設備投資和設備運行潛在消耗所需的信息。
Acrel-2000電力監(jiān)控系統(tǒng)的電氣節(jié)能體現(xiàn)在：通過對電力參數(shù)歷史數(shù)據(jù)分析，建立系統(tǒng)和設備的電能消耗模式，在實時監(jiān)視過程中及時發(fā)現(xiàn)電能消耗異常現(xiàn)象，采取有效措施進行設備改造或補償，以避免電能損耗。如設備故障和諧波引起的電能消耗。優(yōu)化配電系統(tǒng)運行模式，減少不必要的電能花費，如對定時用電設備進行集中控制公共照明。對配電系統(tǒng)內(nèi)部的各用電單位進行電能分配、計量和監(jiān)控，以避免電能浪費的現(xiàn)象和提高管理效率，降低運營成本。
5 智能電力監(jiān)控系統(tǒng)的客戶價值
冰山，通常我們看到的是漂浮在水面上的小山峰，而實際上，那只是冰山的一角，還有巨大的體積都在水面以下。大多數(shù)的費用節(jié)余也可以用同樣的方式來考慮。關于快速的投資回報方面如果把帳單看成整座冰山，將很容易理解Acrel-2000電力監(jiān)控系統(tǒng)的價值。讓我們來看看投資Acrel-2000系統(tǒng)將給您帶來的巨大回報。
使用Acrel-2000電力監(jiān)控系統(tǒng)，將使用戶有效管理現(xiàn)有資源和用電負荷，減少設備運行和電能消耗的支出。對于全部潛在費用節(jié)余而言，那僅僅是“冰山一角”；通過數(shù)據(jù)分析，使用戶合理有效地利用設備，減少不必要設備添置，避免了資源浪費，可以節(jié)約大量資金；及時發(fā)現(xiàn)潛在故障，減少設備維護費用，延長設備使用壽命；提高運行管理效率，減少運行維護人員工作量和提高供電可靠性，縮短停電時間，減少火災、人員傷亡等嚴重事故的發(fā)生，節(jié)約大量事故費用。
電力監(jiān)控系統(tǒng)的電氣節(jié)能實例的案例一：波音公司在美國的飛機制造廠僅照明的電能花費就達350萬$/a，是其全部電能費用的30％。利用該配電監(jiān)控系統(tǒng)得到的監(jiān)測數(shù)據(jù)，為波音提供了配電控制方案。實施該方案的結果是減少了20％的峰值電價費用，周末時可以達到50％。
案例二：最近DELL公司的一臺重要設備內(nèi)部發(fā)生了非常嚴重的暫態(tài)故障，但很快它又恢復了正常，如果沒有監(jiān)控系統(tǒng)這個故障根本無法被察覺，然而這是一個很可怕的潛在威脅。由于安裝該系統(tǒng)時，發(fā)現(xiàn)了這個故障并捕捉記錄了暫態(tài)故障波形，這個信息為DELL公司節(jié)省了25,000$的設備修理費。
綜上所述安科瑞公司的Acrel-2000電力監(jiān)控系統(tǒng)，全面實現(xiàn)了配電系統(tǒng)的智能監(jiān)控，幫助用戶提高用電管理水平，降低設備運營成本，達到智能、高效、節(jié)能目標。
參考文獻 [1]安科瑞電氣股份有限公司產(chǎn)品手冊.2010.08版. [2]施耐德電氣(中國)投資有限公司產(chǎn)品手冊.
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