安科瑞 繆凱倫 陳聰 陳正
摘要：近年來(lái),，對(duì)商業(yè)樓宇自動(dòng)化的需求越發(fā)強(qiáng)烈。現(xiàn)代的配電自動(dòng)化系統(tǒng)要求對(duì)樓宇的照明,、應(yīng)急照明,、空調(diào)、風(fēng)機(jī)和電梯等重要用電負(fù)荷進(jìn)行分項(xiàng)計(jì)量,，并在電氣值班室或消控中心進(jìn)行集中監(jiān)控,，以便對(duì)樓宇的配電系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)。
關(guān)鍵詞： 商業(yè)中心大樓,；分項(xiàng)計(jì)量,；集中監(jiān)控；電能管理系統(tǒng)
項(xiàng)目概述
1788國(guó)際中心項(xiàng)目坐落在靜安寺核心商圈,，南面緊臨南京西路,，與中福會(huì)少年宮及在建中的會(huì)德豐廣場(chǎng)隔路相對(duì)；北面靠近愚園支路,，與世紀(jì)時(shí)空大廈相近,；東面比鄰百樂(lè)門(mén)大酒店，與靜安寺相近,，步行至軌道交通2號(hào)線(xiàn)靜安寺站及久百城市廣場(chǎng)只需5分鐘時(shí)間,；西面過(guò)去則是烏魯木齊路,。項(xiàng)目由華東建筑設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)，主樓30層,，裙房5層,，地下3層。整個(gè)項(xiàng)目用地面積為1.21萬(wàn)平方米,，總建筑面積達(dá)11.32萬(wàn)平方米,，其中，地上建筑面積為8.14萬(wàn)平方米,，包括了6.71萬(wàn)平方米的辦公樓面積和1.43萬(wàn)平方米的商業(yè)面積,，而地下建筑面積約為3.18萬(wàn)平方米，其中還包括了0.46萬(wàn)平方米的商業(yè)面積及2.72萬(wàn)平方米的其它用途面積,。
1788國(guó)際中心由安世7802和安世7829兩路35kV市電供電,，進(jìn)戶(hù)后主樓地下一層的兩臺(tái)35kV/10kV變壓器降壓。安世7802號(hào)線(xiàn)通過(guò)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(hào)進(jìn)線(xiàn)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(tái)應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)，在兩路市電都被切斷的情況下自動(dòng)投入供給大樓應(yīng)急照明和應(yīng)急動(dòng)力,。
需求分析
1788國(guó)際中心設(shè)計(jì)有1個(gè)35kV配電室,，1個(gè)10kV配電室,，4個(gè)0.4kV配電室和1個(gè)應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)房,，均位于地下一層，共計(jì)配電回路約360個(gè),，每個(gè)回路安裝有智能電力儀表,，對(duì)配電室部分所有配電回路的工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，每臺(tái)變壓器均配有溫度控制儀采集其溫度,。此外,，在各樓層的強(qiáng)電間、空調(diào)機(jī)房,、排風(fēng)機(jī)房,、潛水泵房,、電梯機(jī)房及熱交換機(jī)房等處配電箱上安置電力儀表，對(duì)大樓的照明,、空調(diào),、風(fēng)機(jī)、電梯等設(shè)備和辦公室租戶(hù)用電,，共計(jì)約700個(gè)回路進(jìn)行監(jiān)控,。根據(jù)設(shè)計(jì)院的設(shè)計(jì)方案，樓層配電箱部分,，除租戶(hù),、空調(diào)和風(fēng)機(jī)使用電度表進(jìn)行本地分項(xiàng)計(jì)量外，照明,、動(dòng)力,、電梯等用電設(shè)備的用電量均在低壓配電室中進(jìn)行集中計(jì)量，其配電箱配電回路僅使用電流表進(jìn)行運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè),。
要求配電自動(dòng)化電能管理系統(tǒng)將配電室和樓層回路的運(yùn)行狀態(tài)集中顯示在值班人員面前,，要求完成對(duì)配電室35kV、10kV回路和0.4kV回路進(jìn)線(xiàn)全常規(guī)電參量和溫度的遙測(cè),；對(duì)配電室0.4kV饋線(xiàn)回路三相電流,、有功電度和分合閘狀態(tài)的遠(yuǎn)程檢測(cè)；對(duì)樓層租戶(hù)配電箱,、空調(diào)配電箱和風(fēng)機(jī)配電箱回路三相電流和有功電度的遙測(cè),，以及對(duì)樓層照明、動(dòng)力,、電梯等配電箱回路三相電流的遙測(cè),。配電室部分遙測(cè)實(shí)時(shí)性要求高，樓層部分實(shí)時(shí)性要求相對(duì)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(shè)計(jì)方案
本項(xiàng)目中,，考慮現(xiàn)場(chǎng)儀表數(shù)量較多,，在35kV值班室安放兩臺(tái)系統(tǒng)主機(jī)，分別對(duì)配電室配電系統(tǒng)和樓層配電系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測(cè),。系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為3層,，即現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層、通訊管理層和站控管理層,，借鑒ISO/OSI網(wǎng)絡(luò)模型中物理層,、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層,、運(yùn)輸層和應(yīng)用層的定義,。
現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層設(shè)備包括阿海法綜保,、丹東華通的多功能儀表和江西華達(dá)電子的干式變壓器溫控儀等。這些設(shè)備分別根據(jù)設(shè)計(jì)院要求安裝在相應(yīng)的配電回路上,。參考OSI網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模型,，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層所有設(shè)備在物理層約定為RS-485接口。
因所有配電室和發(fā)電機(jī)房均在主樓B1F,，距離35kV值班室距離不超過(guò)100米,，故配電室部分所有儀表采用RS-485總線(xiàn)與35kV值班室內(nèi)的一臺(tái)通訊管理機(jī)連接，總線(xiàn)長(zhǎng)度均在200米以?xún)?nèi),，掛接儀表不超過(guò)25臺(tái),，保障了通訊的實(shí)時(shí)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(xiàng)目成本,，采用4臺(tái)RS485集線(xiàn)器，分別安裝在主樓16F,、4F,、B1F的強(qiáng)電間和裙房B1F的強(qiáng)電間內(nèi)，將一定范圍內(nèi)的儀表通訊總線(xiàn)集中后,，再各自以一根RS-485總線(xiàn)連接到35kV值班室內(nèi)的通訊管理機(jī)串口上,。此方案通過(guò)犧牲部分通訊的實(shí)時(shí)性（485集線(xiàn)器的驅(qū)動(dòng)能力有限，導(dǎo)致通訊延遲變大）,，使得項(xiàng)目施工中所需要的線(xiàn)纜數(shù)量大幅度減少（實(shí)際施工使用的線(xiàn)纜數(shù)量約為不使用485集線(xiàn)器的1/5）,。
通訊管理層的主要設(shè)備是兩臺(tái)通訊管理機(jī)、32臺(tái)協(xié)議轉(zhuǎn)換隔離器和1臺(tái)工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī),。兩臺(tái)通訊管理機(jī)下端串口通過(guò)485-232協(xié)議轉(zhuǎn)換隔離器與各臺(tái)儀表通訊485總線(xiàn)相連,，上端通過(guò)交換機(jī)，以太網(wǎng)TCP/IP協(xié)議與兩臺(tái)監(jiān)控主機(jī)相連,。
站控管理層由兩臺(tái)DELL主機(jī),、顯示器、打印機(jī),、UPS電源等設(shè)備組成,，通過(guò)Acrel-3000電能管理系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、處理和交互的控制,，完成網(wǎng)絡(luò)模型中應(yīng)用層的功能,。
監(jiān)控主機(jī)與現(xiàn)場(chǎng)儀表之間的數(shù)據(jù)交互以報(bào)文形式實(shí)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(yùn)輸層定義,。
系統(tǒng)功能
配電室部分：
功能導(dǎo)航：配電室主機(jī)上的電能管理系統(tǒng)以導(dǎo)航按鈕的形式幫助用戶(hù)進(jìn)行畫(huà)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(diǎn)擊按鈕即可查看相應(yīng)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(xiàn)電壓、三相電流,、總有功功率,、總無(wú)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(jìn)行比對(duì)和檢查。通過(guò)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(xiàn)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(jī)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(guò)標(biāo)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(hào)線(xiàn)為1號(hào)主變供電,，而在圖3中可以看到1號(hào)主變?yōu)門(mén)1、T3,、T5,、T7、T9這五臺(tái)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(yùn)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(gè)0.4kV配電系統(tǒng)并分別進(jìn)行界面顯示，為每一個(gè)回路標(biāo)注其柜體號(hào),、回路編號(hào),、回路用途和低壓系統(tǒng)總編號(hào)，進(jìn)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(bào)表功能：配電室電能管理系統(tǒng)為用戶(hù)定制了兩種功能的報(bào)表,，一種如圖5所示,，針對(duì)某一個(gè)主要回路，可以由用戶(hù)自行選擇時(shí)間生成該回路在該時(shí)刻常規(guī)電參量的歷史值,。
圖5 自定義全電參量報(bào)表
另一種如圖6所示,，由用戶(hù)自行選擇時(shí)間，系統(tǒng)生成該時(shí)間段內(nèi)配電室所有回路的用電量報(bào)表,。
圖6 配電室回路用電量報(bào)表
事故報(bào)警和追憶：對(duì)于電氣值班人員來(lái)說(shuō),，跳閘報(bào)警的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性是非常重要的指標(biāo)，電能管理系統(tǒng)為用戶(hù)定制的報(bào)警功能主要針對(duì)配電室低壓回路斷路器的分合閘變位,，通過(guò)圖7所示的報(bào)警窗口和外置音箱發(fā)出報(bào)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(bào)警窗口顯示的內(nèi)容，可以立即定位報(bào)警回路并進(jìn)行響應(yīng),，保障大樓配電系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行,。
圖7 報(bào)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(jī)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(hào)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行排序,，分類(lèi)顯示租戶(hù)、空調(diào)和風(fēng)機(jī)回路的三相電流和有功電度,，顯示照明,、應(yīng)急照明、動(dòng)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(guò)儀表所處總線(xiàn)和樓層位置劃分，標(biāo)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(wú)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(yùn)行狀態(tài)。如圖9所示
圖9 樓層電能管理系統(tǒng)設(shè)備通訊狀態(tài)圖
租戶(hù),、空調(diào)用電量報(bào)表：為用戶(hù)提供所有辦公室租戶(hù),、商鋪?zhàn)鈶?hù)以及各樓層變頻空調(diào)有功電度報(bào)表，查詢(xún)?nèi)我粫r(shí)間段內(nèi)回路的用電量,，根據(jù)用戶(hù)需求,，將所有租戶(hù)用表對(duì)應(yīng)的出線(xiàn)名稱(chēng)定義為可修改，可且僅可由站長(zhǎng)級(jí)用戶(hù)編輯各回路對(duì)應(yīng)租戶(hù)的公司名,，以便進(jìn)行電費(fèi)核算,。 界面如圖10所示：
圖10 樓層租戶(hù)和空調(diào)用電計(jì)量報(bào)表
數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)：本系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的前端采集處理，并向上級(jí)的樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，其他樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)不再采集計(jì)量?jī)x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(hù),、空調(diào)和風(fēng)機(jī)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(jī)轉(zhuǎn)發(fā)電能數(shù)據(jù)，收費(fèi)抄表系統(tǒng)廠(chǎng)家未定,，本系統(tǒng)也為其預(yù)留了Modbus-TCP協(xié)議的端口,。
圖11 Modbus-TCP數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)點(diǎn)點(diǎn)表
問(wèn)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(diǎn)位約900點(diǎn),，而實(shí)際采集點(diǎn)位逾1000點(diǎn),，數(shù)量多且分布廣。強(qiáng)電施工單位施工時(shí)使用的臨時(shí)配電箱和錯(cuò)誤的配電箱編號(hào),，對(duì)本系統(tǒng)的通訊施工造成了不小麻煩,。項(xiàng)目施工時(shí)核對(duì)配電箱資料的完整性和準(zhǔn)確性，并及時(shí)指出強(qiáng)電施工單位工作中的錯(cuò)誤要求其整改,，是智能樓宇弱電系統(tǒng)集成項(xiàng)目中重要的部分,。1788國(guó)際中心項(xiàng)目的實(shí)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(tái)RS485集線(xiàn)器安裝在樓層強(qiáng)電間內(nèi)，其220VAC電源取自就近的配電箱中,，初步方案并未對(duì)220VAC電源做規(guī)范,，即直接從近期的配電箱中取。項(xiàng)目后期調(diào)試時(shí)發(fā)現(xiàn)因1788中心尚未完工,，樓層部分經(jīng)常因?yàn)槭┕ざ鴶嚯?，有時(shí)會(huì)斷開(kāi)集線(xiàn)器的電源，導(dǎo)致系統(tǒng)數(shù)據(jù)鏈路斷開(kāi),，故對(duì)現(xiàn)場(chǎng)通訊設(shè)備輔助電源進(jìn)行整改,，從現(xiàn)場(chǎng)擁有EPS電源供電的應(yīng)急照明箱中備用的空開(kāi)下端取220VAC電源，并貼上標(biāo)簽告知維護(hù)人員不可隨意關(guān)斷,，保障數(shù)據(jù)鏈路穩(wěn)定,。
3、本系統(tǒng)向IBMS系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)所用的以太網(wǎng)線(xiàn)先后因35kV值班室鬧鼠患而被損壞3次,，后聯(lián)絡(luò)1788中心的業(yè)主,，由滅鼠公司出面解決此問(wèn)題。
運(yùn)行效果
1788國(guó)際中心電能管理系統(tǒng)于2012年4月正式投入運(yùn)行,，通過(guò)配電室主機(jī)與樓層主機(jī)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(chǎng)查看，實(shí)現(xiàn)了配電室無(wú)人值守、配電系統(tǒng)自動(dòng)化的功能,。
1788國(guó)際中心尚未竣工,，經(jīng)常進(jìn)行消防演習(xí)，演習(xí)過(guò)程中會(huì)切斷部分配電箱負(fù)載,，以往復(fù)位這些負(fù)載需要由物業(yè)工程部電工逐一排查,，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。電能管理系統(tǒng)投入使用后,，可以幫助業(yè)主在演習(xí)結(jié)束后快速定位未復(fù)位的配電箱,，節(jié)約了大量的人力成本。
1788國(guó)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(yùn)行后，發(fā)現(xiàn)了不少儀表配置的問(wèn)題,，如主樓9樓應(yīng)急照明箱9PME1,、2樓應(yīng)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(tái)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(chǎng)查看后發(fā)現(xiàn)其小數(shù)點(diǎn)位設(shè)置為3位，即高顯示值僅為9.999A,，設(shè)置明顯有誤,，本項(xiàng)目進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)收時(shí)也指出了多處儀表具有類(lèi)似問(wèn)題，其中更有約5處為尚未使用的商鋪?zhàn)鈶?hù)電能計(jì)量表,，影響較大,。由甲方通知丹東華通進(jìn)行整改。
結(jié)束語(yǔ)
1788國(guó)際中心電能管理系統(tǒng)的竣工,，在造就了良好的經(jīng)濟(jì)利益和用戶(hù)口碑的同時(shí),，也是上海安科瑞電氣股份有限公司在智能樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)集成領(lǐng)域的又一次提高。
