建筑樓宇
安科瑞電能管理系統(tǒng)在1788國際中心的應用
摘要：近年來，對商業(yè)樓宇自動化的需求越發(fā)強烈?，F(xiàn)代的配電自動化系統(tǒng)要求對樓宇的照明、應急照明、空調(diào)、風機和電梯等重要用電負荷進行分項計量，并在電氣值班室或消控中心進行集中監(jiān)控，以便對樓宇的配電系統(tǒng)進行維護。
關鍵詞： 商業(yè)中心大樓；分項計量；集中監(jiān)控；電能管理系統(tǒng)
項目概述
1788國際中心項目坐落在靜安寺核心商圈，南面緊臨南京西路，與中福會少年宮及在建中的會德豐廣場隔路相對；北面靠近愚園支路，與世紀時空大廈相近；東面比鄰百樂門大酒店，與靜安寺相近，步行至軌道交通2號線靜安寺站及久百城市廣場只需5分鐘時間；西面過去則是烏魯木齊路。項目由華東建筑設計院設計，主樓30層，裙房5層，地下3層。整個項目用地面積為1.21萬平方米，總建筑面積達11.32萬平方米，其中，地上建筑面積為8.14萬平方米，包括了6.71萬平方米的辦公樓面積和1.43萬平方米的商業(yè)面積，而地下建筑面積約為3.18萬平方米，其中還包括了0.46萬平方米的商業(yè)面積及2.72萬平方米的其它用途面積。
1788國際中心由安世7802和安世7829兩路35kV市電供電，進戶后主樓地下一層的兩臺35kV/10kV變壓器降壓。安世7802號線通過35kV/10kV/0.4kV變壓后，供給大樓T1、T3、T5、T7、T9變壓器下的配電回路，安世7829號進線則供給T2、T4、T6、T8、T10變壓器下的配電回路，地下一層安置2臺應急柴油發(fā)電機，在兩路市電都被切斷的情況下自動投入供給大樓應急照明和應急動力。
需求分析
1788國際中心設計有1個35kV配電室，1個10kV配電室，4個0.4kV配電室和1個應急柴油發(fā)電機房，均位于地下一層，共計配電回路約360個，每個回路安裝有智能電力儀表，對配電室部分所有配電回路的工作狀態(tài)進行監(jiān)控，每臺變壓器均配有溫度控制儀采集其溫度。此外，在各樓層的強電間、空調(diào)機房、排風機房、潛水泵房、電梯機房及熱交換機房等處配電箱上安置電力儀表，對大樓的照明、空調(diào)、風機、電梯等設備和辦公室租戶用電，共計約700個回路進行監(jiān)控。根據(jù)設計院的設計方案，樓層配電箱部分，除租戶、空調(diào)和風機使用電度表進行本地分項計量外，照明、動力、電梯等用電設備的用電量均在低壓配電室中進行集中計量，其配電箱配電回路僅使用電流表進行運行狀態(tài)監(jiān)測。
要求配電自動化電能管理系統(tǒng)將配電室和樓層指定回路的運行狀態(tài)集中顯示在值班人員面前，要求完成對配電室35kV、10kV回路和0.4kV回路進線全常規(guī)電參量和溫度的遙測；對配電室0.4kV饋線回路三相電流、有功電度和分合閘狀態(tài)的遠程檢測；對樓層租戶配電箱、空調(diào)配電箱和風機配電箱回路三相電流和有功電度的遙測，以及對樓層照明、動力、電梯等配電箱回路三相電流的遙測。配電室部分遙測實時性要求高，樓層部分實時性要求相對較低。此外，所有用電量數(shù)據(jù)需與IBMS系統(tǒng)共享。
系統(tǒng)設計方案
本項目中，考慮現(xiàn)場儀表數(shù)量較多，在35kV值班室安放兩臺系統(tǒng)主機，分別對配電室配電系統(tǒng)和樓層配電系統(tǒng)進行監(jiān)測。系統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu)為3層，即現(xiàn)場設備層、通訊管理層和站控管理層，借鑒ISO/OSI網(wǎng)絡模型中物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡層、運輸層和應用層的定義。
現(xiàn)場設備層設備包括阿海法綜保、丹東華通的多功能儀表和江西華達電子的干式變壓器溫控儀等。這些設備分別根據(jù)設計院要求安裝在相應的配電回路上。參考OSI網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)模型，現(xiàn)場設備層所有設備在物理層約定為RS-485接口。
因所有配電室和發(fā)電機房均在主樓B1F，距離35kV值班室距離不超過100米，故配電室部分所有儀表采用RS-485總線與35kV值班室內(nèi)的一臺通訊管理機連接，總線長度均在200米以內(nèi)，掛接儀表不超過25臺，保障了通訊的實時性和可靠性。
因樓層部分儀表數(shù)量多而且配電箱分布松散，考慮項目成本，采用4臺RS485集線器，分別安裝在主樓16F、4F、B1F的強電間和裙房B1F的強電間內(nèi)，將一定范圍內(nèi)的儀表通訊總線集中后，再各自以一根RS-485總線連接到35kV值班室內(nèi)的通訊管理機串口上。此方案通過犧牲部分通訊的實時性（485集線器的驅(qū)動能力有限，導致通訊延遲變大），使得項目施工中所需要的線纜數(shù)量大幅度減少（實際施工使用的線纜數(shù)量約為不使用485集線器的1/5）。
通訊管理層的主要設備是兩臺通訊管理機、32臺協(xié)議轉(zhuǎn)換隔離器和1臺工業(yè)以太網(wǎng)交換機。兩臺通訊管理機下端串口通過485-232協(xié)議轉(zhuǎn)換隔離器與各臺儀表通訊485總線相連，上端通過交換機，以太網(wǎng)TCP/IP協(xié)議與兩臺監(jiān)控主機相連。
站控管理層由兩臺DELL主機、顯示器、打印機、UPS電源等設備組成，通過Acrel-3000電能管理系統(tǒng)軟件實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、處理和交互的控制，完成網(wǎng)絡模型中應用層的功能。
監(jiān)控主機與現(xiàn)場儀表之間的數(shù)據(jù)交互以報文形式實現(xiàn)，數(shù)據(jù)鏈路層主要協(xié)議為Modbus-RTU。因本系統(tǒng)需要向IBMS系統(tǒng)同步所有回路的有功電度值，約定以Modbus-TCP協(xié)議向智能樓宇管理系統(tǒng)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，此處參考OSI模型中運輸層定義。
系統(tǒng)功能
配電室部分：
功能導航：配電室主機上的電能管理系統(tǒng)以導航按鈕的形式幫助用戶進行畫面切換，按照高配和低配區(qū)分35kV/10kV配電系統(tǒng)顯示和0.4kV配電系統(tǒng)顯示的功能模塊，點擊按鈕即可查看相應的功能模塊，如圖1所示。
35kV、10kV配電系統(tǒng)參數(shù)顯示：如圖1所示，電能管理系統(tǒng)采集1788中心配電系統(tǒng)35kV側(cè)和10kV側(cè)的三相相電壓、三相線電壓、三相電流、總有功功率、總無功功率、總功率因數(shù)和有功電度累積值，將其35kV側(cè)和10kV側(cè)的數(shù)據(jù)列在一起，方便值班人員進行比對和檢查。通過干式變壓器溫度控制以采集的變壓器三相溫度也以數(shù)值和曲線的形式反映在本界面上。
圖1 35kV/10kV配電系統(tǒng)參數(shù)顯示界面
35kV/10kV配電系統(tǒng)一次示意圖：如圖2、圖3所示，除了顯示配電系統(tǒng)的常規(guī)參數(shù)外，配電室主機的電能管理系統(tǒng)還以配電系統(tǒng)一次圖的形式繪制了軟件界面，通過標注回路用途，使配電系統(tǒng)的走向更為清晰化。此外，電壓、電流等常規(guī)電參量也可以在一次示意圖界面上查看。如在圖2中可以看到安世7802號線為1號主變供電，而在圖3中可以看到1號主變?yōu)門1、T3、T5、T7、T9這五臺10kV/0.4kV電壓器供電。
圖2 35kV配電系統(tǒng)一次示意圖
圖3 10kV配電系統(tǒng)一次圖
0.4kV配電系統(tǒng)一次示意圖：0.4kV配電室配電回路運行狀態(tài)使用一次圖形式顯示，將采集的電參量、變壓器溫度和斷路器分、合閘位等參數(shù)顯示在界面上，根據(jù)配電室和變壓器劃分整個0.4kV配電系統(tǒng)并分別進行界面顯示，為每一個回路標注其柜體號、回路編號、回路用途和低壓系統(tǒng)總編號，進一步明確配電系統(tǒng)的走向。如圖4所示：
圖4 0.4kV配電系統(tǒng)一次示意圖
報表功能：配電室電能管理系統(tǒng)為用戶定制了兩種功能的報表，一種如圖5所示，針對某一個主要回路，可以由用戶自行選擇時間生成該回路在該時刻常規(guī)電參量的歷史值。
圖5 自定義全電參量報表
另一種如圖6所示，由用戶自行選擇時間，系統(tǒng)生成該時間段內(nèi)配電室所有回路的用電量報表。
圖6 配電室回路用電量報表
事故報警和追憶：對于電氣值班人員來說，跳閘報警的實時性和準確性是非常重要的指標，電能管理系統(tǒng)為用戶定制的報警功能主要針對配電室低壓回路斷路器的分合閘變位，通過圖7所示的報警窗口和外置音箱發(fā)出報警音提示值班人員低壓饋出回路斷路器發(fā)生了變位，根據(jù)報警窗口顯示的內(nèi)容，可以立即定位報警回路并進行響應，保障大樓配電系統(tǒng)穩(wěn)定運行。
圖7 報警功能界面
樓層部分：
數(shù)據(jù)采集及顯示：樓層電能管理主機采集1788中心B3F~30F各處配電箱上儀表的數(shù)據(jù)，以樓層劃分，按照配電箱所處位置和編號對數(shù)據(jù)進行排序，分類顯示租戶、空調(diào)和風機回路的三相電流和有功電度，顯示照明、應急照明、動力、電梯、水泵和一些其他回路的三相電流，如圖8所示。
圖8 樓層配電箱數(shù)據(jù)顯示界面
通訊狀態(tài)顯示：顯示樓層部分所有儀表的通訊狀態(tài)，通過儀表所處總線和樓層位置劃分，標注其通訊地址和通訊狀態(tài)。因樓層配電箱上安裝的儀表無法采集斷路器狀態(tài)，通訊狀態(tài)也在一定意義上表征回路運行狀態(tài)。如圖9所示
圖9 樓層電能管理系統(tǒng)設備通訊狀態(tài)圖
租戶、空調(diào)用電量報表：為用戶提供所有辦公室租戶、商鋪租戶以及各樓層變頻空調(diào)有功電度報表，查詢?nèi)我粫r間段內(nèi)回路的用電量，根據(jù)用戶需求，將所有租戶用表對應的出線名稱定義為可修改，可且僅可由站長級用戶編輯各回路對應租戶的公司名，以便進行電費核算。 界面如圖10所示：
圖10 樓層租戶和空調(diào)用電計量報表
數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)：本系統(tǒng)主要負責數(shù)據(jù)的前端采集處理，并向上級的樓宇自動化系統(tǒng)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，其他樓宇自動化系統(tǒng)不再采集計量儀表數(shù)據(jù)。轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)主要包括35kV/10kV/0.4kV配電室所有回路電能數(shù)據(jù)；樓層租戶、空調(diào)和風機回路的電能數(shù)據(jù)?，F(xiàn)與IBMS約定以Modbus-TCP協(xié)議向其系統(tǒng)主機轉(zhuǎn)發(fā)電能數(shù)據(jù)，收費抄表系統(tǒng)廠家未定，本系統(tǒng)也為其預留了Modbus-TCP協(xié)議的端口。
圖11 Modbus-TCP數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)點點表
問題匯總
1、本工程總承包方發(fā)包資料中提到電能管理系統(tǒng)采集點位約900點，而實際采集點位逾1000點，數(shù)量多且分布廣。強電施工單位施工時使用的臨時配電箱和錯誤的配電箱編號，對本系統(tǒng)的通訊施工造成了不小麻煩。項目施工時核對配電箱資料的完整性和準確性，并及時指出強電施工單位工作中的錯誤要求其整改，是智能樓宇弱電系統(tǒng)集成項目中重要的部分。1788國際中心項目的實施，也指出現(xiàn)階段我司系統(tǒng)集成工作中的不足和提高方向。
2、4臺RS485集線器安裝在樓層強電間內(nèi)，其220VAC電源取自就近的配電箱中，初步方案并未對220VAC電源做規(guī)范，即直接從近期的配電箱中取。項目后期調(diào)試時發(fā)現(xiàn)因1788中心尚未完工，樓層部分經(jīng)常因為施工而斷電，有時會斷開集線器的電源，導致系統(tǒng)數(shù)據(jù)鏈路斷開，故對現(xiàn)場通訊設備輔助電源進行整改，從現(xiàn)場擁有EPS電源供電的應急照明箱中備用的空開下端取220VAC電源，并貼上標簽告知維護人員不可隨意關斷，保障數(shù)據(jù)鏈路穩(wěn)定。
3、本系統(tǒng)向IBMS系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)所用的以太網(wǎng)線先后因35kV值班室鬧鼠患而被損壞3次，后聯(lián)絡1788中心的業(yè)主，由滅鼠公司出面解決此問題。
運行效果
1788國際中心電能管理系統(tǒng)于2012年4月正式投入運行，通過配電室主機與樓層主機的協(xié)同工作，使值班人員在一般情況下不用再前往配電現(xiàn)場查看，實現(xiàn)了配電室無人值守、配電系統(tǒng)自動化的功能。
1788國際中心尚未竣工，經(jīng)常進行消防演習，演習過程中會切斷部分配電箱負載，以往復位這些負載需要由物業(yè)工程部電工逐一排查，費時費力。電能管理系統(tǒng)投入使用后，可以幫助業(yè)主在演習結(jié)束后快速定位未復位的配電箱，節(jié)約了大量的人力成本。
1788國際中心配電室、配電箱上的儀表多由丹東華通提供，在本系統(tǒng)投入運行后，發(fā)現(xiàn)了不少儀表配置的問題，如主樓9樓應急照明箱9PME1、2樓應急照明箱2PME1等處，儀表電流互感器變比為100/5和300/5，而電能管理后臺顯示其三相電流約為0.006A、0.016A、0.008A，值得懷疑，與業(yè)主管理人員到現(xiàn)場查看后發(fā)現(xiàn)其小數(shù)點位設置為3位，即高顯示值僅為9.999A，設置明顯有誤，本項目進行現(xiàn)場驗收時也指出了多處儀表具有類似問題，其中更有約5處為尚未使用的商鋪租戶電能計量表，影響較大。由甲方通知丹東華通進行整改。
結(jié)束語
1788國際中心電能管理系統(tǒng)的竣工，在造就了良好的經(jīng)濟利益和用戶口碑的同時，也是上海安科瑞電氣股份有限公司在智能樓宇自動化系統(tǒng)集成領域的又一次提高。
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