安科瑞 繆凱倫 陳聰 陳正

摘要：近年來，對(duì)商業(yè)樓宇自動(dòng)化的需求越發(fā)強(qiáng)烈?，F(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；東面比鄰百樂門大酒店，與靜安寺相近，步行至軌道交通2號(hào)線靜安寺站及久百城市廣場(chǎng)只需5分鐘時(shí)間；西面過去則是烏魯木齊路。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1.21萬平方米，總建筑面積達(dá)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(guó)際中心由安世7802和安世7829兩路35kV市電供電，進(jìn)戶后主樓地下一層的兩臺(tái)35kV/10kV變壓器降壓。安世7802號(hào)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(hào)進(jìn)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(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、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)線全常規(guī)電參量和溫度的遙測(cè)；對(duì)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(yuǎn)程檢測(cè)；對(duì)樓層租戶配電箱、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(tái)通訊管理機(jī)連接，總線長(zhǎng)度均在200米以內(nèi)，掛接儀表不超過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(jī)串口上。此方案通過犧牲部分通訊的實(shí)時(shí)性（485集線器的驅(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纜數(shù)量大幅度減少（實(shí)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(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485-232協(xié)議轉(zhuǎn)換隔離器與各臺(tái)儀表通訊485總線相連，上端通過交換機(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進(jìn)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(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(jìn)行比對(duì)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(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)線為1號(hào)主變供電，而在圖3中可以看到1號(hào)主變?yōu)門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)于電氣值班人員來說，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，分類顯示租戶、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)，通過儀表所處總線和樓層位置劃分，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、空調(diào)用電量報(bào)表：為用戶提供所有辦公室租戶、商鋪?zhàn)鈶粢约案鳂菍幼冾l空調(diào)有功電度報(bào)表，查詢?nèi)我粫r(shí)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(duì)應(yīng)的出線名稱定義為可修改，可且僅可由站長(zhǎng)級(jí)用戶編輯各回路對(duì)應(yīng)租戶的公司名，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、空調(diào)和風(fēng)機(jī)回路的電能數(shù)據(jù)。現(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┕ざ鴶嚯姡袝r(shí)會(huì)斷開集線器的電源，導(dǎo)致系統(tǒng)數(shù)據(jù)鏈路斷開，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似問題，其中更有約5處為尚未使用的商鋪?zhàn)鈶綦娔苡?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

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。