缪建梅
安科瑞电气股份有限公司 上海嘉定 201801
摘要：近年来，对商业楼宇自动化的需求越发强烈。现代的配电自动化系统要求对楼宇的照明、应急照明、空调、风机和电梯等重要用电负荷进行分项计量，并在电气值班室或消控中心进行集中监控，以便对楼宇的配电系统进行维护。
关键词： 商业中心大楼；分项计量；集中监控；电能管理系统
项目概述
1788国际中心项目坐落在静安寺核心商圈，南面紧临南京西路，与中福会少年宫及在建中的会德丰广场隔路相对；北面靠近愚园支路，与世纪时空大厦相近；东面比邻百乐门大酒店，与静安寺相近，步行至轨道交通2号线静安寺站及久百城市广场只需5分钟时间；西面过去则是乌鲁木齐路。项目由华东建筑设计院设计，主楼30层，裙房5层，地下3层。整个项目用地面积为1.21万平方米，总建筑面积达11.32万平方米，其中，地上建筑面积为8.14万平方米，包括了6.71万平方米的办公楼面积和1.43万平方米的商业面积，而地下建筑面积约为3.18万平方米，其中还包括了0.46万平方米的商业面积及2.72万平方米的其它用途面积。
1788国际中心由安世7802和安世7829两路35kV市电供电，进户后主楼地下一层的两台35kV/10kV变压器降压。安世7802号线通过35kV/10kV/0.4kV变压后，供给大楼T1、T3、T5、T7、T9变压器下的配电回路，安世7829号进线则供给T2、T4、T6、T8、T10变压器下的配电回路，地下一层安置2台应急柴油发电机，在两路市电都被切断的情况下自动投入供给大楼应急照明和应急动力。
需求分析
1788国际中心设计有1个35kV配电室，1个10kV配电室，4个0.4kV配电室和1个应急柴油发电机房，均位于地下一层，共计配电回路约360个，每个回路安装有智能电力仪表，对配电室部分所有配电回路的工作状态进行监控，每台变压器均配有温度控制仪采集其温度。此外，在各楼层的强电间、空调机房、排风机房、潜水泵房、电梯机房及热交换机房等处配电箱上安置电力仪表，对大楼的照明、空调、风机、电梯等设备和办公室租户用电，共计约700个回路进行监控。根据设计院的设计方案，楼层配电箱部分，除租户、空调和风机使用电度表进行本地分项计量外，照明、动力、电梯等用电设备的用电量均在低压配电室中进行集中计量，其配电箱配电回路仅使用电流表进行运行状态监测。
要求配电自动化电能管理系统将配电室和楼层指定回路的运行状态集中显示在值班人员面前，要求完成对配电室35kV、10kV回路和0.4kV回路进线全常规电参量和温度的遥测；对配电室0.4kV馈线回路三相电流、有功电度和分合闸状态的远程检测；对楼层租户配电箱、空调配电箱和风机配电箱回路三相电流和有功电度的遥测，以及对楼层照明、动力、电梯等配电箱回路三相电流的遥测。配电室部分遥测实时性要求高，楼层部分实时性要求相对较低。此外，所有用电量数据需与IBMS系统共享。
系统设计方案
本项目中，考虑现场仪表数量较多，在35kV值班室安放两台系统主机，分别对配电室配电系统和楼层配电系统进行监测。系统拓扑结构为3层，即现场设备层、通讯管理层和站控管理层，借鉴ISO/OSI网络模型中物理层、数据链路层、网络层、运输层和应用层的定义。
现场设备层设备包括阿海法综保、丹东华通的多功能仪表和江西华达电子的干式变压器温控仪等。这些设备分别根据设计院要求安装在相应的配电回路上。参考OSI网络结构模型，现场设备层所有设备在物理层约定为RS-485接口。
因所有配电室和发电机房均在主楼B1F，距离35kV值班室距离不超过100米，故配电室部分所有仪表采用RS-485总线与35kV值班室内的一台通讯管理机连接，总线长度均在200米以内，挂接仪表不超过25台，保障了通讯的实时性和可靠性。
因楼层部分仪表数量多而且配电箱分布松散，考虑项目成本，采用4台RS485集线器，分别安装在主楼16F、4F、B1F的强电间和裙房B1F的强电间内，将一定范围内的仪表通讯总线集中后，再各自以一根RS-485总线连接到35kV值班室内的通讯管理机串口上。此方案通过牺牲部分通讯的实时性（485集线器的驱动能力有限，导致通讯延迟变大），使得项目施工中所需要的线缆数量大幅度减少（实际施工使用的线缆数量约为不使用485集线器的1/5）。
通讯管理层的主要设备是两台通讯管理机、32台协议转换隔离器和1台工业以太网交换机。两台通讯管理机下端串口通过485-232协议转换隔离器与各台仪表通讯485总线相连，上端通过交换机，以太网TCP/IP协议与两台监控主机相连。
站控管理层由两台DELL主机、显示器、打印机、UPS电源等设备组成，通过Acrel-3000电能管理系统软件实现数据采集、处理和交互的控制，完成网络模型中应用层的功能。
监控主机与现场仪表之间的数据交互以报文形式实现，数据链路层主要协议为Modbus-RTU。因本系统需要向IBMS系统同步所有回路的有功电度值，约定以Modbus-TCP协议向智能楼宇管理系统转发数据，此处参考OSI模型中运输层定义。
系统功能
配电室部分：
功能导航：配电室主机上的电能管理系统以导航按钮的形式帮助用户进行画面切换，按照高配和低配区分35kV/10kV配电系统显示和0.4kV配电系统显示的功能模块，点击按钮即可查看相应的功能模块，如图1所示。
35kV、10kV配电系统参数显示：如图1所示，电能管理系统采集1788中心配电系统35kV侧和10kV侧的三相相电压、三相线电压、三相电流、总有功功率、总无功功率、总功率因数和有功电度累积值，将其35kV侧和10kV侧的数据列在一起，方便值班人员进行比对和检查。通过干式变压器温度控制以采集的变压器三相温度也以数值和曲线的形式反映在本界面上。
图1 35kV/10kV配电系统参数显示界面
35kV/10kV配电系统一次示意图：如图2、图3所示，除了显示配电系统的常规参数外，配电室主机的电能管理系统还以配电系统一次图的形式绘制了软件界面，通过标注回路用途，使配电系统的走向更为清晰化。此外，电压、电流等常规电参量也可以在一次示意图界面上查看。如在图2中可以看到安世7802号线为1号主变供电，而在图3中可以看到1号主变为T1、T3、T5、T7、T9这五台10kV/0.4kV电压器供电。
图2 35kV配电系统一次示意图
图3 10kV配电系统一次图
0.4kV配电系统一次示意图：0.4kV配电室配电回路运行状态使用一次图形式显示，将采集的电参量、变压器温度和断路器分、合闸位等参数显示在界面上，根据配电室和变压器划分整个0.4kV配电系统并分别进行界面显示，为每一个回路标注其柜体号、回路编号、回路用途和低压系统总编号，进一步明确配电系统的走向。如图4所示：
图4 0.4kV配电系统一次示意图
报表功能：配电室电能管理系统为用户定制了两种功能的报表，一种如图5所示，针对某一个主要回路，可以由用户自行选择时间生成该回路在该时刻常规电参量的历史值。
图5 自定义全电参量报表
另一种如图6所示，由用户自行选择时间，系统生成该时间段内配电室所有回路的用电量报表。
图6 配电室回路用电量报表
事故报警和追忆：对于电气值班人员来说，跳闸报警的实时性和准确性是非常重要的指标，电能管理系统为用户定制的报警功能主要针对配电室低压回路断路器的分合闸变位，通过图7所示的报警窗口和外置音箱发出报警音提示值班人员低压馈出回路断路器发生了变位，根据报警窗口显示的内容，可以立即定位报警回路并进行响应，保障大楼配电系统稳定运行。
图7 报警功能界面
楼层部分：
数据采集及显示：楼层电能管理主机采集1788中心B3F~30F各处配电箱上仪表的数据，以楼层划分，按照配电箱所处位置和编号对数据进行排序，分类显示租户、空调和风机回路的三相电流和有功电度，显示照明、应急照明、动力、电梯、水泵和一些其他回路的三相电流，如图8所示。
图8 楼层配电箱数据显示界面
通讯状态显示：显示楼层部分所有仪表的通讯状态，通过仪表所处总线和楼层位置划分，标注其通讯地址和通讯状态。因楼层配电箱上安装的仪表无法采集断路器状态，通讯状态也在一定意义上表征回路运行状态。如图9所示
图9 楼层电能管理系统设备通讯状态图
租户、空调用电量报表：为用户提供所有办公室租户、商铺租户以及各楼层变频空调有功电度报表，查询任一时间段内回路的用电量，根据用户需求，将所有租户用表对应的出线名称定义为可修改，可且仅可由站长级用户编辑各回路对应租户的公司名，以便进行电费核算。 界面如图10所示：
图10 楼层租户和空调用电计量报表
数据转发：本系统主要负责数据的前端采集处理，并向更上一级的楼宇自动化系统转发数据，其他楼宇自动化系统不再采集计量仪表数据。转发数据主要包括35kV/10kV/0.4kV配电室所有回路电能数据；楼层租户、空调和风机回路的电能数据。现与IBMS约定以Modbus-TCP协议向其系统主机转发电能数据，收费抄表系统厂家未定，本系统也为其预留了Modbus-TCP协议的端口。
图11 Modbus-TCP数据转发点点表
问题汇总
1、本工程总承包方发包资料中提到电能管理系统采集点位约900点，而实际采集点位逾1000点，数量多且分布广。强电施工单位施工时使用的临时配电箱和错误的配电箱编号，对本系统的通讯施工造成了不小麻烦。项目施工时核对配电箱资料的完整性和准确性，并及时指出强电施工单位工作中的错误要求其整改，是智能楼宇弱电系统集成项目中最为重要的部分。1788国际中心项目的实施，也指出现阶段我司系统集成工作中的不足和提高方向。
2、4台RS485集线器安装在楼层强电间内，其220VAC电源取自就近的配电箱中，初步方案并未对220VAC电源做规范，即直接从最近的配电箱中取。项目后期调试时发现因1788中心尚未完工，楼层部分经常因为施工而断电，有时会断开集线器的电源，导致系统数据链路断开，故对现场通讯设备辅助电源进行整改，从现场拥有EPS电源供电的应急照明箱中备用的空开下端取220VAC电源，并贴上标签告知维护人员不可随意关断，保障数据链路稳定。
3、本系统向IBMS系统进行数据转发所用的以太网线先后因35kV值班室闹鼠患而被损坏3次，后联络1788中心的业主，由灭鼠公司出面解决此问题。
运行效果
1788国际中心电能管理系统于2012年4月正式投入运行，通过配电室主机与楼层主机的协同工作，使值班人员在一般情况下不用再前往配电现场查看，实现了配电室无人值守、配电系统自动化的功能。
1788国际中心尚未竣工，经常进行消防演习，演习过程中会切断部分配电箱负载，以往复位这些负载需要由物业工程部电工逐一排查，费时费力。电能管理系统投入使用后，可以帮助业主在演习结束后快速定位未复位的配电箱，节约了大量的人力成本。
1788国际中心配电室、配电箱上的仪表多由丹东华通提供，在本系统投入运行后，发现了不少仪表配置的问题，如主楼9楼应急照明箱9PME1、2楼应急照明箱2PME1等处，仪表电流互感器变比为100/5和300/5，而电能管理后台显示其三相电流约为0.006A、0.016A、0.008A，值得怀疑，与业主管理人员到现场查看后发现其小数点位设置为3位，即最高显示值仅为9.999A，设置明显有误，本项目进行现场验收时也指出了多处仪表具有类似问题，其中更有约5处为尚未使用的商铺租户电能计量表，影响较大。由甲方通知丹东华通进行整改。
结束语
1788国际中心电能管理系统的竣工，在造就了良好的经济利益和用户口碑的同时，也是上海安科瑞电气股份有限公司在智能楼宇自动化系统集成领域的又一次提高。
参考文献
[1].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. 4
[2].周中等编著. 智能电网用户端电力监控与电能管理系统产品选型及解决方案[M]. 北京. 机械工业出版社. 2011.10
作者简介：
缪建梅，女，本科，安科瑞电气股份有限公司，主要研究方向为智能电网供配电，Email: 2880157864@qq.com手机：15618860710 QQ:2880157864