智能电力监控系统在智能建筑和电气节能中的应用

关键字：应用 通信 电源 电力 安防 计算机 可靠性

0 　引言

伴随着计算机和信息技术的快速发展及在各行业普遍应用，智能建筑应运而生，特别是商业和公共建筑不断提高的智能化管理和节能的要求，使建筑智能化的用途更为广泛，已经成为21世纪建筑业的发展主流。智能建筑是采用计算机技术对建筑物内的设备进行自动控制和管理并对用户提供信息和通信服务等的一种新型建筑。可以说智能建筑是信息时代的必然产物，是一个国家的综合国力和科技水平的具体体现之一。目前世界各国都在加大力度发展智能建筑，中国也把智能建筑的建设纳入了重要的议程。由于网络技术、视频技术、通信技术、智能配电等新技术的发展，使未来智能建筑正朝着集约化、系统化、标准化的方向发展，智能、绿色、环保、节能成为智能建筑发展的主流方向。

智能建筑通常具备以下几个条件：一套先进的楼宇自控系统，以营造一种温馨、回归大自然的生活环境；一套结构化布线系统，将整座大楼或整个小区的数据通信、语音通信、多媒体通信融为一体；一个现代化的通讯系统；以满足现代信息社会高效率的工作需求；一个电力监控系统，对建筑物内的高低压配电设备进行统一监视和管理的智能电力监控系统平台。

可见，电力监控系统是智能建筑的重要组成部分。配电系统的可靠性、安全性、连续性以及提高电能使用效率节约用电成本与使用者的生产和生活息息相关，智能的电力监控系统为此提供了强有力的保证。以安科瑞公司的Acrel-2000电力监控系统为例，概述了电力监控系统的作用和功能，并以应用实例着重介绍其在智能建筑和电气节能方面的应用。

1 　智能电力监控系统概述

安科瑞公司的Acrel-2000电力监控系统是基于先进的现场总线方式（FCS），来实现电力系统信息的交换与管理。Acrel-2000电力监控系统借助现代的网络技术和计算机技术实时监视电力系统的运行参数（包括：开关状态，故障状态和位置，电压、电流、电度等实时变化的电气参数，报警信号等）、事件记录、波形记录等数据，不断地传送至电力监控计算机（以后简称监控中心），并可以实施遥控命令，使运行管理人员可以通过监控中心全面了解电力系统的运行工况，准确、快速地判断故障位置和故障原因，简便地实现各种数据分析（包括负荷分析，电能消耗分析，电能质量）。对于一些难于判断的故障，可以通过波形记录来帮助管理者分析故障原因。

该电力监控系统能够实现的主要功能包括：系统运行实时监视、电能质量监视、远程控制和操作记录、事件报警和记录、数据采集和历史数据管理、各种报表打印、电能管理。


2 　智能电力监控系统结构

Acrel-2000电力监控系统是基于10kV及以下变配电系统的监测与管理，该系统由管理层（站控层）、通信层（中间层）、间隔层（现场监控层）三部分组成，见下图。





2 　主要监控表计

2.1 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。

2.2 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。

2.3 动力柜、照明箱选ACR120EL电力仪表或导轨式电表

ACR120EL电力仪表主要功能有：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；2DI+2DO；RS485通讯接口、Modbus协议。外形尺寸：开孔尺寸80×80mm，开孔尺寸72×72mm。适用于动力柜。

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。

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。

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。

2.4 低压出线柜(马达回路)

ARD系列测量三相电流、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。

2.5 低压无功补偿柜

ARC-12/J 主要功能：12路控制、过压保护、谐波保护、投切延时设定、12DI；RS485通讯接口、Modbus协议。

2.6 微机保护装置

M5-T主要功能为：相定时限过流保护二段(可选复合电压闭锁、方向闭锁)、相定时限过流保护三段、相定时限过流保护四段、相反时限过流保护、IO1过流保护(两段、反时限)、IO2过流保护(两段、反时限)、控制回路异常告警、PT断线、断路器失灵告警、零序过压保护、过负荷启动冷风、闭锁有载调压、轻瓦斯告警、重瓦斯跳闸、压力释放、温度保护、低电压保护(失压保护)、过电压保护、CT断线、断路器遥控分合。



3 　智能电力监控系统在智能建筑中的应用

通过监控，可以实现对配电室内的二次设备（安全自动装置、传统测量仪表、操作控制、信号系统等）的功能进行智能化改造，取消了常规的人工电力管理，通过计算机和通讯网络进行电力系统的测量、控制、信号采集、故障分析、负荷控制和运行管理，实现了智能建筑中的配电管理透明化，极大地提高配电系统的安全性、可靠性和管理水平的智能化。该电力监控系统具有良好的开放性，可以方便的与智能建筑中其他相关系统和智能装置进行通信，如：建筑设备自动化系统、通信网络系统、办公自动化系统、火灾自动报警系统等，实现自动化系统间相互通讯和信息共享。下面通过一个系统应用实例来具体阐述。

某大型园区中，由于面积大，建筑物多，其中包含有厂房和办公用楼。园区中有中央空调、动力电源、安防等设备，因此采用了智能化设计。其中电力系统中，共有8个10kV变电站，每个变电站有两台10kV/380V变压器，采用两进线一母联结构，每个变电站内有低压馈出线80条。为了保证园区正常工作的可靠供电和实现供电系统的现代化管理，采用了电力监控，将全系统分为8个子工作站和1个监控中心，主通讯网采用100m TCP /IP光纤以太网，子站内的现场监控层采用Modbus总线通讯。

通过电力监控系统实现对建筑物配电系统的全面管理，并通过与楼宇自控系统的通讯，将电力监控纳入到整个智能建筑的综合管理中。不但极大的提高了智能建筑的管理效率与安全性，减少了故障损失，同时降低了园区管理运营成本，大大提高了园区管理的智能化水平。

4 　智能电力监控系统带来的电气节能

所有智能建筑所共有的唯一特性是其结构设计可以适于便利、降低成本的变化。经过十几年的发展，智能建筑已经处于更高智能的发展阶段，发达国家已经进入“绿色建筑”的新境界。通过对建筑物智能功能的配备，强调高效率、低能耗、低污染，达到节约能源、保护环境的可持续发展的目标。

在当前的国内，对于用户来说，设备运行消耗是商业运作的主要支出之一。在今天的竞争环境中，合理控制这些费用并不断设法提高效率、削减支出，是每个用户的目标。为了有效控制这些费用，首先应该对其进行监测。这就是Acrel-2000电力监控系统的主要功能之一。它可以提高管理效率和系统供电可靠性，提供减少电能花费、降低成本设备投资和设备运行潜在消耗所需的信息。

Acrel-2000电力监控系统的电气节能体现在：通过对电力参数历史数据分析，建立系统和设备的电能消耗模式，在实时监视过程中及时发现电能消耗异常现象，采取有效措施进行设备改造或补偿，以避免电能损耗。如设备故障和谐波引起的电能消耗。优化配电系统运行模式，减少不必要的电能花费，如对定时用电设备进行集中控制公共照明。对配电系统内部的各用电单位进行电能分配、计量和监控，以避免电能浪费的现象和提高管理效率，降低运营成本。


5 　智能电力监控系统的客户价值

冰山，通常我们看到的是漂浮在水面上的小山峰，而实际上，那只是冰山的一角，还有巨大的体积都在水面以下。大多数的费用节余也可以用同样的方式来考虑。关于快速的投资回报方面如果把帐单看成整座冰山，将很容易理解Acrel-2000电力监控系统的价值。让我们来看看投资Acrel-2000系统将给您带来的巨大回报。

使用Acrel-2000电力监控系统，将使用户有效管理现有资源和用电负荷，减少设备运行和电能消耗的支出。对于全部潜在费用节余而言，那仅仅是“冰山一角”；通过数据分析，使用户合理有效地利用设备，减少不必要设备添置，避免了资源浪费，可以节约大量资金；及时发现潜在故障，减少设备维护费用，延长设备使用寿命；提高运行管理效率，减少运行维护人员工作量和提高供电可靠性，缩短停电时间，减少火灾、人员伤亡等严重事故的发生，节约大量事故费用。

电力监控系统的电气节能实例的案例一：波音公司在美国的飞机制造厂仅照明的电能花费就达350万$/a，是其全部电能费用的30％。利用该配电监控系统得到的监测数据，为波音提供了配电控制方案。实施该方案的结果是减少了20％的峰值电价费用，周末时可以达到50％。

案例二：最近DELL公司的一台重要设备内部发生了非常严重的暂态故障，但很快它又恢复了正常，如果没有监控系统这个故障根本无法被察觉，然而这是一个很可怕的潜在威胁。由于安装该系统时，发现了这个故障并捕捉记录了暂态故障波形，这个信息为DELL公司节省了25,000$的设备修理费。
综上所述安科瑞公司的Acrel-2000电力监控系统，全面实现了配电系统的智能监控，帮助用户提高用电管理水平，降低设备运营成本，达到智能、高效、节能目标。