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您的位置：網(wǎng)站首頁(yè) > 技術(shù)文章 > 淺析電力儀表在樓宇建筑電氣安全與能效管理中的應(yīng)用 劉細(xì)鳳
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801
摘要：本文從電氣安全監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)狀，分析電氣安全事故隱患難以解決的原因入手，導(dǎo)出電氣安全與能效管理理念，通過(guò)探析電氣安全與能效管理系統(tǒng)的架構(gòu)、功能和應(yīng)用，得出結(jié)論：電氣安全與能效管理系統(tǒng)能及時(shí)有效地發(fā)現(xiàn)和消除“孤島"管理模式下存在的電氣安全事隱患，提高工作效率、降低樓宇建筑配電系統(tǒng)的運(yùn)行維護(hù)成本，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
關(guān)鍵詞：電氣安全；事故隱患；智能監(jiān)測(cè)；在線管理
1引言
隨著建筑業(yè)的發(fā)展，配電系統(tǒng)在樓宇建筑特別是高層建筑中的比重也隨之加大?，F(xiàn)代的建筑的功能越來(lái)越完善，變配電工程、空調(diào)工程、機(jī)電工程、電梯工程、消防工程等工程設(shè)施設(shè)備與建筑體相結(jié)合，敷設(shè)的電氣線路變得更為復(fù)雜，火災(zāi)隱患明顯增多。近來(lái)來(lái)平均每年發(fā)生建筑電氣火災(zāi)事故約5萬(wàn)起，在火災(zāi)事中的占比約30％，電氣全安成為建筑安全管理的重要內(nèi)容。
2建筑電氣安全管理的現(xiàn)狀
建筑電氣安全管理涉及面非常廣，是公共場(chǎng)所建筑設(shè)施、多層建筑、高層建筑、工業(yè)企業(yè)廠房及古建筑安全管理的重要內(nèi)容，以建筑消防為例，通過(guò)傳感器檢測(cè)監(jiān)測(cè)區(qū)域的煙霧濃度、溫度等指標(biāo)，把這些指標(biāo)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)并控制消防系統(tǒng)動(dòng)作，達(dá)到提高樓宇建筑中電氣安全性能的目的。近年來(lái)我國(guó)逐步推廣應(yīng)用火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警與聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)，有關(guān)資料顯示，我國(guó)已安裝的電氣安全監(jiān)控系統(tǒng)超過(guò)100萬(wàn)套，相應(yīng)投入超過(guò)千億元，但總體效果還沒(méi)有達(dá)到理想要求，究其原因主要在以下三個(gè)方面。
2.1大量電氣安全隱患在電氣安全孤島化管理模式下難以解決
我們知道樓宇電氣安全涉及電力系統(tǒng)、運(yùn)行維護(hù)、管理部門和電力用戶等環(huán)節(jié)，其中運(yùn)行維護(hù)是重要的環(huán)節(jié)。目前運(yùn)行維護(hù)人員多為臨時(shí)工，人員變動(dòng)較為頻繁，在電工技能、技術(shù)手段和工作責(zé)任心等方面難以與電氣安全管理的要求還有一定差距，經(jīng)常出現(xiàn)老的電氣安全隱患還沒(méi)發(fā)現(xiàn)、新的電氣安全隱患又進(jìn)一步形成的現(xiàn)象。而電力管理部門掌握電力系統(tǒng)運(yùn)行與安全信息的來(lái)源主要靠電工，電工如不匯報(bào)，管理人員很難發(fā)現(xiàn)電氣安全隱患，電氣安全隱患沉積增多，形成了運(yùn)行維護(hù)環(huán)節(jié)“孤島化"模式。研究人員分析發(fā)現(xiàn)“孤島化"管理模式是電氣安全隱患得以存續(xù)的主要原因。
2.2缺乏與樓宇建筑低壓配電系統(tǒng)電氣安全管理相匹配的管理機(jī)制
近年，中國(guó)消費(fèi)者協(xié)會(huì)、中國(guó)家電行業(yè)協(xié)會(huì)和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)等門部聯(lián)合對(duì)20多個(gè)城市開展居民用電環(huán)境調(diào)查，存在用電安全隱患的用戶占比高達(dá)75.9％。通過(guò)分析樓宇建筑低壓配電系統(tǒng)電氣安全管理的機(jī)制，發(fā)現(xiàn)：我國(guó)樓宇建筑低壓配電系統(tǒng)由沒(méi)有技術(shù)能力的業(yè)主敷設(shè)并管理，電力部門基本不涉足；消防部門主要是對(duì)樓宇建筑工程項(xiàng)目完工后做消防檢收，面樓宇低壓配電系統(tǒng)特別是居民戶內(nèi)配電系統(tǒng)，屬于在消防檢收完結(jié)后業(yè)主開展的裝修工程；業(yè)主在進(jìn)得裝修時(shí)又因?qū)I(yè)、技術(shù)知識(shí)及安全意識(shí)不足，難以做到樓宇低壓配電氣系統(tǒng)的安全管理。三方面的原因造成了樓宇建筑低壓配電系統(tǒng)的用電安全問(wèn)題實(shí)際上處于“三不管"狀態(tài)。
2.3現(xiàn)有的監(jiān)測(cè)手段、技術(shù)措施與管理系統(tǒng)陳舊落后
監(jiān)測(cè)手段：如僅檢測(cè)溫度或漏電流，預(yù)測(cè)電氣安全隱患的效果較差，對(duì)于線路老化、接觸不良等電氣安全隱患難以預(yù)測(cè)。技術(shù)措施：例如技術(shù)參數(shù)的門限值存在人為調(diào)高門限值現(xiàn)象，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)形同虛設(shè)；又如報(bào)警信息不直觀，不便于管理人員及時(shí)掌握存在的電氣安全隱患，提早處置；管理系統(tǒng)：很多樓宇電氣安全報(bào)警裝置沒(méi)有與自動(dòng)報(bào)警與聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)對(duì)接并集中管理。
3電氣安全與能效管理
3.1樓宇建筑電氣安全與能效管理理念
面對(duì)電氣安全事故頻發(fā)的形勢(shì)，研究人員在對(duì)電氣安全事故的成因進(jìn)行深入研究的基礎(chǔ)上，于近年推出提出建立“LZ電氣安全系統(tǒng)"（電氣安全與能效管理系統(tǒng)）。這是一種將建筑樓群（包括樓宇建筑、工業(yè)廠房、倉(cāng)儲(chǔ)設(shè)施、公共站點(diǎn)等）內(nèi)的低電壓配電系統(tǒng)與、運(yùn)行維護(hù)、管理部門融合為有機(jī)聯(lián)系的整體，形成實(shí)時(shí)督導(dǎo)、監(jiān)測(cè)、預(yù)警和綜合評(píng)價(jià)的電氣安全與能效管理相結(jié)合的全新管理模式。這一管理模式在運(yùn)行維護(hù)和管理人員與配電系統(tǒng)之間建立一個(gè)直接的信息通道，便于挖掘電氣安全隱患，降低電氣安全事故的發(fā)生。
3.2樓宇建筑電氣安全與能效管理系統(tǒng)的架構(gòu)
電氣安全與能效管理系統(tǒng)的包括監(jiān)控中心、子系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)和監(jiān)控終端等。以 LZ 電氣安全集中監(jiān)控與管理平臺(tái)為核心建立監(jiān)控中心；在各樓宇建筑配置子系統(tǒng)，進(jìn)行多方位監(jiān)測(cè)與管理。子系統(tǒng)監(jiān)測(cè)的內(nèi)容包括：是否有漏電流、是否有短路、電壓高低、是否過(guò)流、是否過(guò)載、是否缺相、線路是否老化等等。子系統(tǒng)通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)與監(jiān)控中心聯(lián)結(jié)，管理人員和運(yùn)行維護(hù)人員可通過(guò)電腦、手機(jī)等終端設(shè)備進(jìn)行全過(guò)程多方位實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。
3.3樓宇建筑電氣安全與能效管理系統(tǒng)的功能
樓宇建筑電氣安全與能效管理系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)提前發(fā)現(xiàn)、綜合分析、逐級(jí)預(yù)警、在線管理等功能。
(1)提前發(fā)現(xiàn)
該系統(tǒng)通過(guò)全過(guò)程多方位實(shí)時(shí)地采集建筑樓宇配電系統(tǒng)中的電氣技術(shù)參數(shù)，監(jiān)測(cè)電氣系統(tǒng)中的突發(fā)事件，分析配電系統(tǒng)中線路和設(shè)備的安全狀況，實(shí)現(xiàn)對(duì)短路、漏電、過(guò)壓、過(guò)流等技術(shù)指標(biāo)以及線路老化、亂拉亂接等電氣安全隱患的提前發(fā)現(xiàn)。
綜合分析
LZ電氣安全集中監(jiān)控與管理平臺(tái)通過(guò)對(duì)系統(tǒng)中的電氣線路、設(shè)備及房間、樓層、樓棟的電氣安全狀況進(jìn)行逐級(jí)分析，提示相關(guān)人員對(duì)電氣安全事故隱患及時(shí)地處置，以便將安全事故隱患消滅在萌芽狀態(tài)。
(3)逐級(jí)預(yù)警
將電氣安全分析的中的紅色預(yù)警信息以短信方式實(shí)時(shí)地向電氣運(yùn)行維護(hù)人員推送，電氣運(yùn)行維護(hù)人員收到預(yù)警信息后，在限定時(shí)段內(nèi)處置并反饋處置結(jié)果，否則系統(tǒng)將進(jìn)行二次警示。
(4)在線管理
管理人員和運(yùn)行維護(hù)人員在終端設(shè)備上查詢、操作、管理，既提高了運(yùn)行維護(hù)效率，又降低了勞動(dòng)強(qiáng)度和管理成本。
3.4樓宇建筑電氣安全與能效管理系統(tǒng)的應(yīng)用
樓宇建筑電氣安全與能效管理系統(tǒng)突破了現(xiàn)有用電安全管理和用電安全設(shè)備管理模式，可有效改善樓宇建筑的電氣安全狀況，降低了電氣事故率和運(yùn)行維護(hù)成本，提高了運(yùn)維效率。近 10年來(lái)，樓宇建筑電氣安全與能效管理系統(tǒng)應(yīng)用于長(zhǎng)沙市、懷化市、衡陽(yáng)市等市的煙草分公司所屬的21棟建筑樓宇及長(zhǎng)沙、株洲、駐馬店等地的移動(dòng)分公司所屬的13棟建筑樓宇，共設(shè)置 1000多個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，共捕獲并排除電氣安全事故隱患253起。這些電氣安全事故隱患包括過(guò)載、缺相、漏電、三相不平衡、跨接配電線路、零線地線混肴、線路老化、接觸不良。
4平臺(tái)介紹
AcrelEMS企業(yè)微電網(wǎng)系統(tǒng)通過(guò)在源、網(wǎng)、荷、儲(chǔ)、充的各個(gè)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)安裝監(jiān)測(cè)、分析、保護(hù)、治理裝置，通過(guò)高性能邊緣計(jì)算網(wǎng)關(guān)采集數(shù)據(jù)并上傳至企業(yè)微網(wǎng)平臺(tái)。平臺(tái)根據(jù)電網(wǎng)價(jià)格、用電負(fù)荷、電網(wǎng)調(diào)度指令等情況，調(diào)整各系統(tǒng)控制策略并遠(yuǎn)程下發(fā)，使企業(yè)微電網(wǎng)始終合理穩(wěn)定運(yùn)行，降低企業(yè)用電成本，實(shí)現(xiàn)能源互聯(lián)、信息互動(dòng)。
4.1業(yè)務(wù)邏輯圖
4.2平臺(tái)架構(gòu)
4.3組網(wǎng)結(jié)構(gòu)
4.4平臺(tái)功能
4.5主要功能
4.5.1電力監(jiān)控
實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的五遙功能，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行頁(yè)面組態(tài)繪制配電一次圖監(jiān)視，能實(shí)現(xiàn)曲線趨勢(shì)分析，對(duì)電力參數(shù)進(jìn)行集抄，查看綜保SOE事件，查看故障錄波，對(duì)電力參數(shù)進(jìn)行平均值統(tǒng)計(jì)，對(duì)主要設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測(cè)如：直流屏、發(fā)電機(jī)、變壓器等。
4.5.2電能管理
提供用電集抄，用電統(tǒng)計(jì)，分時(shí)段用電統(tǒng)計(jì)，用電同環(huán)比分析，分組用電統(tǒng)計(jì)等功能。
4.5.3電能質(zhì)量
提供電能質(zhì)量的穩(wěn)態(tài)監(jiān)測(cè)，諧波頻譜圖分析，曲線分析，SOE事件，ITIC、SEMI容忍度曲線分析、故障錄波等功能。
4.5.4能耗分析
提供支路能耗統(tǒng)計(jì)，分組能耗統(tǒng)計(jì)，能耗折標(biāo)統(tǒng)計(jì)，能耗同環(huán)比分析，能源流向圖等功能。
4.5.5分布式光伏
提供光伏電站運(yùn)行監(jiān)視，逆變器運(yùn)行監(jiān)視，電站發(fā)電統(tǒng)計(jì)，逆變器發(fā)電統(tǒng)計(jì)，光伏電站配電監(jiān)測(cè)，逆變器曲線分析等功能。
4.5.6檔案、運(yùn)維
提供設(shè)備定義，設(shè)備檔案管理，設(shè)備保養(yǎng)報(bào)表，設(shè)備二維碼維護(hù)等功能。提供任務(wù)管理，巡檢記錄，缺陷記錄，消警記錄，搶修記錄，通知工單等功能。
4.6硬件選型
型號(hào)規(guī)格 | 功能 | |
| AWT100 | 支持串口MODBUS RTU協(xié)議的數(shù)據(jù)采集，并通過(guò)安科瑞平臺(tái)協(xié)議與安科瑞服務(wù)器通訊。 |
| ARTU系列 | ARTU遙信遙控單元，負(fù)責(zé)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)設(shè)備的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制，分為開關(guān)量信號(hào)采集和繼電器輸出，用于執(zhí)行系統(tǒng)的遙控操作。 |
| ARD3M電動(dòng)機(jī)保護(hù)器 | 測(cè)量三相電流、三相電壓、頻率、有功功率、有功電能、無(wú)功功率、無(wú)功電能、接地電流PTC等多種電參量。過(guò)載、斷相、堵轉(zhuǎn)、阻塞、不平衡、過(guò)壓、欠壓等多種保護(hù)。保護(hù)模式、直接起動(dòng)、星三角、雙速等多種起動(dòng)方式。標(biāo)配10D1/6D0可編程，2路MODBUS-RTU通訊。 |
| ARD2F電動(dòng)機(jī)保護(hù)器 | 能對(duì)額定電流范圍內(nèi)的電動(dòng)機(jī)進(jìn)行起動(dòng)超時(shí)、過(guò)載、堵轉(zhuǎn)、阻塞、欠載、不平衡、斷相等保護(hù) |
| AEM96 | 三相電參量 (U、I、P、Q、S、PF、Hz、相序圖) ;正反向有功/無(wú)功電能、四象限電能、視在電能;實(shí)時(shí)需量(I、P、Q、S);當(dāng)月電參量值(U、I、P、Q、S);基波及諧波電參量(U、I、P、Q)、三相電壓及電流的總、奇、偶諧波與2-63次諧波;電壓、電流不平衡度;電流規(guī)格3X1.5(6)A，有功電能精度0.5S級(jí)無(wú)功電能精度2級(jí) |
| AEM72 | 三相電參量(U、I、P、Q、S、PF、Hz、cos中);正反向有功/無(wú)功電能、四象限電能、視在電能;實(shí)時(shí)需量(I、P、Q、S);當(dāng)月電參量值(U、I、P、Q、S);基波及諧波電參量(U、I、P、Q)、三相電壓及電流的總、奇、偶諧波與2-31次諧波;電壓、電流不平衡度;電流規(guī)格3X1.5(6)A，有功電能精度0.5S級(jí)無(wú)功電能精度2級(jí) |
| AGF | AGF-T穿孔式光伏匯流采集裝置是專門應(yīng)用于智能光伏匯流箱，用于監(jiān)測(cè)光電池陣列中電池板運(yùn)行狀態(tài)，組串電流測(cè)量，匯流箱中防雷器狀態(tài)采集、直流斷路器狀態(tài)采集、裝置帶有RS485接口可以把測(cè)量和采集到的數(shù)據(jù)和設(shè)備狀態(tài)上傳。 |
| ATC600無(wú)線測(cè)溫 | 工作電源:AC/DC85~265V或DC12~48V 安裝方式:35mm導(dǎo)軌安裝 通訊方式:一路RS485接口，Modbus協(xié)議 報(bào)警接口:2路D0 |
| ARTM-Pn無(wú)線測(cè)溫 | ARTM-Pn無(wú)線測(cè)溫裝置:ARTM-Pn無(wú)線測(cè)溫裝置可以單獨(dú)安裝在高壓柜、低壓抽屜柜內(nèi)，每臺(tái)裝置可以接收18個(gè)傳感器的數(shù)據(jù)，傳感器型號(hào)可選配ATE100、ATE200、ATE300。裝置帶有一路485接口，可將采集到的溫度數(shù)據(jù)上傳到監(jiān)控中心。 |
| ACR系列 | 該系列儀表能測(cè)量所有的常用電力參數(shù)，如三相電流、電壓，有功、無(wú)功功率，電度，諧波等，并具備完善的通信聯(lián)網(wǎng)功能，非常適合于實(shí)時(shí)電力監(jiān)控系統(tǒng)。 |
| APM系列 | APM系列網(wǎng)絡(luò)電力儀表按IEC標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，具有全電量測(cè)量，電能統(tǒng)計(jì)，電能質(zhì)量分析及網(wǎng)絡(luò)通訊等功能，主要用于對(duì)電網(wǎng)供電質(zhì)量的綜合監(jiān)控診斷及電能管理。該系列儀表采用了模塊化設(shè)計(jì)，當(dāng)客戶需要增加開關(guān)量輸入輸出，模擬量輸入輸出，SD卡記錄，以太網(wǎng)通訊時(shí)，只需在背部插入對(duì)應(yīng)模塊即可。 |
| DDS | 單相電參量U、I、P、Q、S、PF、F測(cè)量，正反向有功電能統(tǒng)計(jì)，正反向無(wú)功電能統(tǒng)計(jì);電流規(guī)格:直接接入10(60)A，有功電能精度1級(jí)，無(wú)功電能精度2級(jí) |
| DDSD | 單相電參量U、1、P、Q、S、PF、F測(cè)量;紅外通訊;電流規(guī)格:直接接入10(60)A，有功電能精度1級(jí)無(wú)功電能精度2級(jí) |
| ADL200 | 單相電參量U、1、P、Q、S、PF、F測(cè)量;電流規(guī)格:直接接入10(80)A，有功電能精度1級(jí)，無(wú)功電能精度2級(jí) |
| ADL400 | 三相電參量U、1、P、Q、S、PF、F測(cè)量，分相總有功電能，總正反向有功電能統(tǒng)計(jì)，總正反向無(wú)功電能統(tǒng)計(jì);電流規(guī)格:經(jīng)互感器接入3X1(6)A，直接接入3X 10 (80)A，有功電能精度0.5S級(jí)，無(wú)功電能精度2級(jí);2-31次分次諧波及總諧波分析 (H) |
| ACR10R | 外置開合式互感器的導(dǎo)軌式多功能電力儀表，適用于冶煉、鋼鐵、電焊、半導(dǎo)體等高能耗行業(yè)的節(jié)能改造工程，也適用于分布式光伏并網(wǎng)柜的功率監(jiān)測(cè)、電力需求側(cè)管理等應(yīng)用。具有無(wú)需拆一次母線、接線簡(jiǎn)單方便、施工安全，為用戶節(jié)約改造成本等特點(diǎn)。它集成全部電力參數(shù)的測(cè)量(如單相或者三相的電流、電壓、有功功率、無(wú)功功率、視在功率、頻率、功率因數(shù))以及電能監(jiān)測(cè)和考核管理。 |
| ADW200 | ADW2xx系列導(dǎo)軌式多回路電力儀表主要用于低壓三相回路全電參量測(cè)量，同時(shí)可選擇四個(gè)回路的電流輸入?？芍苯踊蜷g接測(cè)量電壓、電流、功率、功率因數(shù)、相角、不平衡度、諧波等參數(shù)。 還可通過(guò)其RJ45接口擴(kuò)展輔助功能，實(shí)現(xiàn)DI、DO、測(cè)溫、剩余電流測(cè)量，以及2G、4G、LoRa、LoRaWan、NB-Lot無(wú)線通信功能。 |
| ADW210 | ADW2xx系列導(dǎo)軌式多回路電力儀表主要用于低壓三相回路全電參量測(cè)量，同時(shí)可選擇四個(gè)回路的電流輸入?？芍苯踊蜷g接測(cè)量電壓、電流、功率、功率因數(shù)、相角、不平衡度、諧波等參數(shù)。 還可通過(guò)其RJ45接口擴(kuò)展輔助功能，實(shí)現(xiàn)DI、DO、測(cè)溫、剩余電流測(cè)量，以及2G、4G、LoRa、LoRaWan、NB-Lot無(wú)線通信功能。 |
| DJSF1352直流電能表 | 直流電壓、電流、功率測(cè)量，正反向電能計(jì)量;8位LCD顯示;紅外通訊;電壓輸入可到1000V，電流外接分流器接入· (75mV)或爾元件接入 (0-20mA、0-5V):電能精度1級(jí) |
5結(jié)語(yǔ)
樓宇建筑電氣安全與能效管理系統(tǒng)與傳統(tǒng)的電氣監(jiān)控系統(tǒng)截然不同，是一種基于泛終端的具有互聯(lián)網(wǎng)功能的排除電氣安全事故隱患的技術(shù)方案，是管理創(chuàng)新與現(xiàn)代信息技術(shù)融合的全新概念，能實(shí)現(xiàn)電氣監(jiān)測(cè)、控制、運(yùn)行維護(hù)的全過(guò)程、自動(dòng)化、一體化管理，能克服傳統(tǒng)電氣安全監(jiān)控系統(tǒng)的缺陷，及時(shí)有效地發(fā)現(xiàn)和消除“孤島"管理模式下存在的電氣安全事隱患，提高工作效率、降低樓宇建筑配電系統(tǒng)的運(yùn)行維護(hù)成本，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
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[6]企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè).2022.05版.
作者介紹：
劉細(xì)鳳 ，女，本科，江蘇安科瑞電器制造有限公司，主要從事微電網(wǎng)平臺(tái)研發(fā)與應(yīng)用
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