论多功能电力仪表在建筑工程中的应用

摘 要：随着社会的发展，多功能电力仪表逐渐被广泛用于建筑中。它不仅具有实时计量和显示的功能，还具有通讯功能，可以组成后台电力监控系统。后台电力监控系统功能强大、运行可靠，不仅能在线监测电能数据，还能生成各种报表曲线。

关键词：电力仪表；配电所；电力监控系统；配电管理

中图分类号：TU201.5 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）19-0007-03

多功能电力仪表是一种带有微处理系统，具有通讯和测量功能的现代化产物，具有检测电力系统，计量电力能源消耗，采集、分析数据和传输信号等多种功能。随着计算机技术、控制技术、通信技术和信息技术的快速发展，人们对生活、办公环境的安全性和舒适性的要求越来越高，因此，智能建筑应运而生，智能化技术的应用也逐渐成熟。从1984年美国出现世界上第一座智能建筑，到中国上海金茂大厦和深圳赛格广场的智能化施工，可以说，智能建筑是信息化时代的必然产物，是高科技与现代建筑的巧妙结合。随着智能化建筑的发展，多功能电力仪表也逐渐被广泛用于办公楼、商场、酒店、体育场馆、政府机关等建筑中。

1 在智能建筑中的应用效果

将多功能电力仪表应用于智能建筑中，主要有以下应用效果：①使电力监控系统得到更多的信息，及时掌握电网和变配电室的运行情况，提高变配电室的可控性，进而实现远程集中控制、操作，即采用无人值班的管理模式，提高劳动生产率，减少人为误操作的发生，提高配电室运行的可靠性。现代电子技术、计算机技术、网络技术和现场总线技术等先进技术手段可对变配电系统的分散数据进行采集，并集中监控管理。②对配电系统的二次设备进行组网，通过计算机和通讯网络，将分散配电所的现场设备连接成一个有机的整体，从而实现电网运行的远程监控和集中管理。③改变了传统二次设备的模式，即简化了系统结构，使共享信息成为可能；减少了电缆数量，节省了用地面积，降低了工程造价。电力行业各有关部门应把配电室自动化作为一项新技术应用于电力系统中，并大力推广智能变电站、智能电网等。各大专业厂家应把变配电室自动化系统作为重点开发项目，不断推出具有特色的变配电室综合自动化系统，以满足电力系统的运行需求。

图1 电力监控图系统图

多功能电力仪表在电力监控系统中的功能主要有：①检测运行参数，例如电压、电流、功率、变压器温度等，从而为正常运行时的计量管理、事故发生时的故障原因分析提供数据支持。②监视电气设备的运行状态，例如监视高、低压进线断路器等各种类型开关当前的分、合状态是否正常。一旦发现故障，该仪表就会自动报警。③记录、统计建筑物内所有设备的用电量，包括动力用电和照明用电，并对高峰负荷、日用电量、平均用电量等指标进行分析和管理。④对各种电气设备的检修、保养和维护进行管理。⑤节能。建筑能耗是“三大耗能大户”之一。据统计，国家机关办公建筑和大型公共建筑年耗电量约占全国城镇总耗电量的22%. 用户通过智能电力仪表和电力监控系统，可以采集到建筑物内部的空调、暖通、电梯、照明乃至各个楼层的能耗和电力系统运行情况。多功能电力仪表的应用可以使建筑业主和研究人员便捷地收集能耗数据和运行信息，从而根据建筑物的能耗特点进行节能控制改造和运行管理优化（如图1所示）。

2 在建筑工程中的应用

北塘经济区天保融汇商务中心是天保投资建设的北塘中小企业总部基地项目，由天津建筑设计院设计，用途定位于商业办公、金融服务类。该工程总建筑面积约149 565 m2（含地下室），分为3个独立的地块，共设有2个10 kV中心配电所和3个分变电所。E3-1地块内设1个10 kV中心配电所和1个10 kV分变电所，总装机容量为4 500 kV·A；E3-2地块内设1个10 kV中心配电所，总装机容量为4 000 kV·A；E3-3地块内设2个10 kV分变电所，总装机容量为4 000 kV·A。变电站内的变压器、高低压配电柜系统采用的均是遥测和遥信，并通过网络将各个变电站连接成一个变电站智能监控系统，以便管理和维护。

整个地块的电力监控中心设在E3-2地块内，负责监视3个地块的电力系统运行状况。该工程采用的是北京爱博精电AcuSys双机热备配电管理系统，中心监控室设数据服务器、工作站、前置机1和前置机2，与各配电室之间的连接均采用光纤通道，通过智能监控模块完成前端数据的采集工作。在低压部分，使用网络电力仪表可实现对电力参数的实时测量、对断路器状态及报警信号的监测和对执行断路器的分合闸控制；在高压部分，采用数字综保微机总线保护器可获得故障信号，同时，配合上位软件可实现整个监控系统要求的全部功能，对高、低压供电设备的运行状况，变电所供电系统的质量等进行集中处理、记录和实时显示，完成电力能源管理任务。

中心电力监控系统采用的是分层分布式结构，具体分为中心监控层、通讯管理层和现场采集层（如图2所示）。

中心监控层中设有高性能的工业计算机、显示器、UPS电源、打印机和报警蜂鸣器等设备。将监控系统安装在计算机上，可以集中采集、显示现场设备的运行状况，并以人机交互的形式显示给用户。

通讯管理层主要为通讯服务器，其主要功能是集中各现场采集装置中的数据，并远传至中心监控层，完成现场层与中心监控层之间的数据交互。

现场采集层主要包括多功能电力仪表、开关量、智能断路器、温控仪和综合继电保护器等。这些装置分别对应相应的一次设备安装在电气柜内，且采用的均是RS485通讯接口。现场MODBUS总线组网通讯可实现数据的现场采集。

高压柜回路和低压进线回路采用的均是Acuvim+三相多功能电力仪表，它能测量出所有的常规电力参数，例如三相电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数、频率、有功电度和无功电度，并能监测电压、电流的2-31次谐波分量等多种电参量。该仪表带有2路光电隔离开关量输入接点和2路继电器控制输出接点，这些接点可以配合智能断路器实现断路器的遥信、遥控操作。该系列网络电力仪表主要应用于变电站自动化、配电网自动化、小区电力监控、工业自动化、能源管理系统和智能建筑等领域。

低压馈线回路采用的是EV300和EV100系列多功能电力仪表，主要完成电流、相电压、电度的测量，电能的计量，开关信号的检测和继电器的遥控输出。

图2 中心电力监控系统

3 AcuSys配电管理系统的功能

3.1 友好的人机界面

AcuSys配电管理系统具有友好的全中文人机交互界面，系统在简单、易操作的基础上具有标准的变配电站接线图，能够显示实时的刷新数据，清晰、完整的网络接线和开关状态等信息，支持多画面切换和大幅画面导航，显示分散系统的地理平面图，支持大屏幕液晶电视、投影、模拟屏等多种终端的数据输出。CAD图形可以显示低压配电系统电气一次主接线图、配电系统设备的运行状态、实时刷新的画面动态、模拟量、开关量和连续记录等（如图3所示）。

图3 系统一次图

3.2 数据采集处理

AcuSys配电管理系统可实时刷新、显示电气设备的电流、电压、有功电能、无功电能、功率因数、频率、谐波、电力品质参数等模拟量和断路器、隔离开关、智能设备的通信状态，各种告警信号等数字量，并能检测出状态变位、模拟量越限、装置异常等现象，然后生成事件/告警信息，发出语音报警。该系统还可以把所有的信息通过网络发送到后台的监控系统，由监控系统统一管理，并对重要信息进行存储（如图4所示）。

3.3 电能质量分析

谐波曲线主要完成对低压出线回路的谐波分量统计，从而为值班人员提供直观、精确、可靠的电网质量报表。谐波曲线具有数据导出、历史数据查询和报表打印等功能（如图5所示）。

3.4 系统通讯组网结构

系统通讯组网结构采用的是分层分布式结构，能够监测间隔层设备的通信状态——红色表示通讯正常，绿色表示通讯故障（如图6所示）。

图4 数据采集

图5 用电质量分析

图6 系统通讯组网结构示意图

3.5 操作控制管理

AcuSys 配电管理系统具有强大的控制操作功能，支持本地手动、远程遥控监控装置进行分合闸；能够实现监控系统与监控装置之间的无缝链接，保证二者运行独立、互不干扰；当网络故障或者监控系统站级控制层停运时，可使监控装置控制变电站内的断路器分合，且不受监控系统的影响；具有权限保护、防误闭锁等功能，可根据开关量和模拟量的组合实现闭锁，轻松实现“四遥”功能。

3.5.1 自动控制管理

高档次的监控装置可实现电容器的自动投切和自备发电机组的自动启停等功能。

3.5.2 需量控制管理

该系统能够实现对需量的人工调整或自动控制，避免需量超标。

3.6 运行负荷曲线

负荷趋势曲线主要负责定时采集进线和重要回路的电流和功率负荷参量，然后自动生成运行负荷趋势曲线，方便用户及时了解设备的运行负荷状况。点击画面中的相应按钮或菜单项可以完成相应功能的切换，可以查看最新趋势曲线或历史趋势曲线，可对所选曲线进行平移、缩放、量程变换等操作，可分析配电网的电能质量（如图7所示）。

3.7 用电量报表统计分析功能

AcuSys配电管理系统还具备数据导出和报表打印等功能，从而为值班人员提供了精确、可靠的用电量报表。值班人员可在用电量报表中选择具体的时间段进行查询，还可查询任意时间段内的电度累计量。该报表各回路名称与数据库相连，方便用户修改回路名称（如图8所示）。

图7 运行负荷曲线

图8 用电量报表

3.8 故障报警和事故追忆

历史事件查看界面可以使用户查看曾经发生过的故障记录、信号记录、操作记录和越限记录，为用户了解整个系统的运行情况提供了良好的软件支持。

当配电系统发生运行故障时，该系统就会发出声光报警，并自动记录事件发生的时间和回路名称，以便用户查询，追忆故障原因（如图9所示）。

图9 事件记录功能

3.9 数据库建立与查询

主要完成遥测量的定时采集，并建立数据库，定期生成报表，以供用户查询、打印。

3.10 用户权限管理

针对不同级别的用户，可设置不同的权限组，防止因人为误操作而给生产带来影响，实现配电系统的安全、可靠运行。工作人员可通过用户管理进行用户登录、用户注销、修改密码、添加、删除等操作，方便用户对账号和权限的修改。

3.11 远程报表查询

报表管理程序的主要功能是根据用户的需要设计报表样式，然后对系统处理过的数据进行筛选、组合和统计，生成用户需要的报表数据。该程序还可以根据用户的需要对报表文件

进行定时保存、打印或者召唤保存、打印操作；向用户提供了管理生成报表文件的功能。报表具有自由设置查询时间，统计日、月、年的电量，导出数据和打印报表等功能。

4 AcuSys电力配电系统的应用效果

AcuSys电力配电系统通过与系统前端的智能电力仪表配合，实现了智能微机控制，使商业中心的供电可靠性得到了有力保障，使整个地块在不增加后勤人员配置的条件下，做到了电力管理工作的准确与规范，为各项工作的顺利开展提供了保障。

该中心配电系统运行后，可以计量电能的分项、分时复费率，不仅具有显示用电状况的功能，还具有网络通讯功能，可以与计算机等组成电力监控与电能管理系统。该系统的应用可以实现对采集数据的分析、处理，并生成各种电能报表、分析曲线、图形等，便于电能的远程抄表及其分析、研究。AcuSys智能配电管理系统运行稳定、可靠，在配电系统实现自动化管理、电能数据统计、用户节能等方面取得了显著的效果。

5 多功能电力仪表的发展趋势

智能电力监控系统中的各类仪表设计趋向于模块化。随着微电子、人工智能技术的发展，终端客户对智能电力仪表的功能要求越来越高，因此，进一步拓展仪表的功能，使其保持较高的稳定性、可靠性以及提高仪表的精度，使其适应不同的外部环境和满足不同的用户需求，仍然是智能电力仪表产品发展的主要趋势。

由于智能电力仪表应用广泛，因此，电力仪表生产有明显的“小批量、多品种”的特征。无论是硬件，还是软件，都能采用模块化设计。将相对成熟的部分技术模块化，既能有效缩短产品的开发周期，又能提高产品设计的可靠性，因此，模块化是智能电力仪表行业发展的主要趋势之一。

多功能电力仪表的功能、精度和性能稳定性将会得到进一步提高。未来，多功能电力仪表功能将逐步从简单、低端功能朝多元化、高端功能转变，以满足终端客户系统建设的需求。精度、性能稳定性和外观设计水平也将得到进一步提升。高精度对应着更高的防电磁干扰设计和更精确的核心计量元件的选用，这对该行业的研发和制造能力提出了更高的要求。

6 结束语

社会的快速发展和电力的广泛应用对智能化变配电系统提出了更高的要求。随着多功能电力仪表在各类建筑中的广泛应用，由多功能电力仪表组成的电力监控系统所带来的强大功能也将逐渐体现出来，其重要性不言而喻。在全国各地的许多重点工程项目、标志性建筑和大型公共设施中，大面积多变电所用户电力监控系统已经成为必然选择。该系统可以实现对变电所所有高、低压变配电设备和供电回路用电的实时监控和电能管理，不仅能显示回路的用电状况和电能质量，还能与串口服务器、计算机等组成电力监控系统。该系统运行安全、可靠、稳定，取得了较好的社会效益。

参考文献

[1]吴文英，杜运东，姜园.谈电力仪表在建筑节能计量中的应用[J].电气与智能建筑，2010（38）.

[2]任致程，周中.电力电测数字仪表原理与应用指南[M].北京：中国电力出版社，2007.

〔编辑：王霞〕

Application of Multifunction Power Meters in Construction Projects

Gao Fei

Abstract： Intelligence has become the mainstream technology of modern architectural， covering from the distribution system， air conditioning system， fire protection system， security system and perfected computer network and communication system， with the development of society， multifunction power meter has been more and more widely used in the construction of building； multifunction power meter could not only measure and display， but also owns communication function.it could form background power energy managing system. The system is powerful with reliable operation， could supervise power energy data on line， and could make many report file and curve； the powerful functions of its application will be presented through the following two cases.

Key words： power meter； substation； power monitoring system； distribution management