浅析电力仪表在楼宇建筑电气安全与能效管理中的应用
摘要：本文从电气安全监控系统应用现状，分析电气安全事故隐患的原因入手，导出电气安全与能效管理理念，通过探析电气安全与能效管理系统的架构、功能和应用，得出结论：电气安全与能效管理系统能及时有效地发现和消除“孤岛”管理模式下存在的电气安全事隐患，提高工作效率、降低楼宇建筑配电系统的运行维护成本，具有显著的经济效益和社会效益。
关键词：电气安全；事故隐患；智能监测；在线管理
1引言
随着建筑业的发展，配电系统在楼宇建筑特别是高层建筑中的比重也随之加大。现代的建筑的功能越来越完善，变配电工程、空调工程、机电工程、电梯工程、消防工程等工程设施设备与建筑体相结合，敷设的电气线路变得更为复杂，火灾隐患明显增多。近来来平均每年发生建筑电气火灾事故约5万起，在火灾事中的占比约30％，电气全安成为建筑安全管理的重要内容。
2建筑电气安全管理的现状
建筑电气安全管理涉及面非常广，是公共场所建筑设施、多层建筑、高层建筑、工业企业厂房及古建筑安全管理的重要内容，以建筑消防为例，通过传感器检测监测区域的烟雾浓度、温度等指标，把这些指标转化为电信号并控制消防系统动作，达到提高楼宇建筑中电气安全性能的目的。近年来我国逐步推广应用火灾自动与联动控制系统，有关资料显示，我国已安装的电气安全监控系统超过100万套，相应投入超过千亿元，但总体效果还没有达到理想要求，究其原因主要在以下三个方面。
2.1大量电气安全隐患在电气安全孤岛化管理模式下难以消除
我们知道楼宇电气安全涉及电力系统、运行维护、管理部门和电力用户等环节，其中运行维护是重要的环节。目前运行维护人员多为临时工，人员变动较为频繁，在电工技能、技术手段和工作责任心等方面难以与电气安全管理的要求还有一定差距，经常出现老的电气安全隐患还没发现、新的电气安全隐患又进一步形成的现象。而电力管理部门掌握电力系统运行与安全信息的来源主要靠电工，电工如不汇报，管理人员很难发现电气安全隐患，电气安全隐患沉积增多，形成了运行维护环节“孤岛化”模式。研究人员分析发现“孤岛化”管理模式是电气安全隐患得以存续的主要原因。
2.2缺乏与楼宇建筑低压配电系统电气安全管理相匹配的管理机制
近年，中国消费者协会、中电行业协会和标准化委员会等门部联合对20多个城市开展居民用电环境调查，存在用电安全隐患的用户占比高达75.9％。通过分析楼宇建筑低压配电系统电气安全管理的机制，发现：我国楼宇建筑低压配电系统由没有技术能力的业主敷设并管理，电力部门基本不涉足；消防部门主要是对楼宇建筑工程项目完工后做消防检收，面楼宇低压配电系统特别是居民户内配电系统，属于在消防检收完结后业主开展的装修工程；业主在进得装修时又因专业、技术知识及安全意识不足，难以做到楼宇低压配电气系统的安全管理。三方面的原因造成了楼宇建筑低压配电系统的用电安全问题实际上处于“三不管”状态。
2.3现有的监测手段、技术措施与管理系统陈旧落后
监测手段：如仅检测温度或漏电流，预测电气安全隐患的效果较差，对于线路老化、接触不良等电气安全隐患难以预测。技术措施：例如技术参数的门限值存在人为调高门限值现象，监测系统形同虚设；又如信息不直观，不便于管理人员及时掌握存在的电气安全隐患，提早处置；管理系统：很多楼宇电气安全装置没有与自动与联动控制系统对接并集中管理。
3电气安全与能效管理
3.1楼宇建筑电气安全与能效管理理念
面对电气安全事故频发的形势，研究人员在对电气安全事故的成因进行深入研究的基础上，于近年推出提出建立“LZ电气安全系统”（电气安全与能效管理系统）。这是一种将建筑楼群（包括楼宇建筑、工业厂房、仓储设施、公共站点等）内的低电压配电系统与、运行维护、管理部门融合为有机联系的整体，形成实时督导、监测、预警和综合评价的电气安全与能效管理相结合的全新管理模式。这一管理模式在运行维护和管理人员与配电系统之间建立一个直接的信息通道，便于挖掘电气安全隐患，降低电气安全事故的发生。
3.2楼宇建筑电气安全与能效管理系统的架构
电气安全与能效管理系统的包括监控中心、子系统、网络和监控终端等。以 LZ 电气安全集中监控与管理平台为核心建立监控中心；在各楼宇建筑配置子系统，进行多方位监测与管理。子系统监测的内容包括：是否有漏电流、是否有短路、电压高低、是否过流、是否过载、是否缺相、线路是否老化等等。子系统通过互联网与监控中心联结，管理人员和运行维护人员可通过电脑、手机等终端设备进行全过程多方位实时监测。
3.3楼宇建筑电气安全与能效管理系统的功能
楼宇建筑电气安全与能效管理系统能实现提前发现、综合分析、逐级预警、在线管理等功能。
(1)提前发现
该系统通过全过程多方位实时地采集建筑楼宇配电系统中的电气技术参数，监测电气系统中的突发事件，分析配电系统中线路和设备的安全状况，实现对短路、漏电、过压、过流等技术指标以及线路老化、乱拉乱接等电气安全隐患的提前发现。
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综合分析
LZ电气安全集中监控与管理平台通过对系统中的电气线路、设备及房间、楼层、楼栋的电气安全状况进行逐级分析，提示相关人员对电气安全事故隐患及时地处置，以便将安全事故隐患消灭在萌芽状态。
(3)逐级预警
将电气安全分析的中的红色预警信息以短信方式实时地向电气运行维护人员推送，电气运行维护人员收到预警信息后，在限定时段内处置并反馈处置结果，否则系统将进行二次警示。
(4)在线管理
管理人员和运行维护人员在终端设备上查询、操作、管理，既提高了运行维护效率，又降低了劳动强度和管理成本。
3.4楼宇建筑电气安全与能效管理系统的应用
楼宇建筑电气安全与能效管理系统突破了现有用电安全管理和用电安全设备管理模式，可有效改善楼宇建筑的电气安全状况，降低了电气事故率和运行维护成本，提高了运维效率。近 10年来，楼宇建筑电气安全与能效管理系统应用于长沙市、怀化市、衡阳市等市的烟草分公司所属的21栋建筑楼宇及长沙、株洲、驻马店等地的移动分公司所属的13栋建筑楼宇，共设置 1000多个监测点，共捕获并排除电气安全事故隐患253起。这些电气安全事故隐患包括过载、缺相、漏电、三相不平衡、跨接配电线路、零线地线混肴、线路老化、接触不良。
4平台介绍
AcrelEMS企业微电网系统通过在源、网、荷、储、充的各个关键节点安装监测、分析、保护、治理装置，通过高性能边缘计算网关采集数据并上传至企业微网平台。平台根据电网价格、用电负荷、电网调度指令等情况，调整各系统控制策略并远程下发，使企业微电网始终合理稳定运行，降低企业用电成本，实现能源互联、信息互动。
4.1业务逻辑图
4.2平台架构
4.3组网结构
4.4平台功能
4.5主要功能
4.5.1电力监控
实现电力系统的五遥功能，根据现场情况进行页面组态绘制配电一次图监视，能实现曲线趋势分析，对电力参数进行集抄，查看综保SOE事件，查看故障录波，对电力参数进行平均值统计，对主要设备进行监测如：直流屏、发电机、变压器等。
4.5.2电能管理
提供用电集抄，用电统计，分时段用电统计，用电同环比分析，分组用电统计等功能。
4.5.3电能质量
提供电能质量的稳态监测，谐波频谱图分析，曲线分析，SOE事件，ITIC、SEMI容忍度曲线分析、故障录波等功能。
4.5.4能耗分析
提供支路能耗统计，分组能耗统计，能耗折标统计，能耗同环比分析，能源流向图等功能。
4.5.5分布式光伏
提供光伏电站运行监视，逆变器运行监视，电站发电统计，逆变器发电统计，光伏电站配电监测，逆变器曲线分析等功能。
4.5.6档案、运维
提供设备定义，设备档案管理，设备保养报表，设备二维码维护等功能。提供任务管理，巡检记录，缺陷记录，消警记录，抢修记录，通知工单等功能。
4.6硬件选型
| 型号规格 | 功能 | |
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| AWT100 | 支持串口MODBUS RTU协议的数据采集，并通过安科瑞平台协议与安科瑞服务器通讯。 |
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| ARTU系列 | ARTU遥信遥控单元，负责对现场工业设备的状态进行监测和控制，分为开关量信号采集和继电器输出，用于执行系统的遥控操作。 |
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| ARD3M电动机保护器 | 测量三相电流、三相电压、频率、有功功率、有功电能、无功功率、无功电能、接地电流PTC等多种电参量。过载、断相、堵转、阻塞、不平衡、过压、欠压等多种保护。保护模式、直接起动、星三角、双速等多种起动方式。标配10D1/6D0可编程，2路MODBUS-RTU通讯。 |
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| ARD2F电动机保护器 | 能对额定电流范围内的电动机进行起动超时、过载、堵转、阻塞、欠载、不平衡、断相等保护 |
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| AEM96 | 三相电参量 (U、I、P、Q、S、PF、Hz、相序图) ;正反向有功/无功电能、四象限电能、视在电能;实时需量(I、P、Q、S);当月电参量值(U、I、P、Q、S);基波及谐波电参量(U、I、P、Q)、三相电压及电流的总、奇、偶谐波与2-63次谐波;电压、电流不平衡度;电流规格3X1.5(6)A，有功电能精度0.5S级无功电能精度2级 |
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| AEM72 | 三相电参量(U、I、P、Q、S、PF、Hz、cos中);正反向有功/无功电能、四象限电能、视在电能;实时需量(I、P、Q、S);当月电参量值(U、I、P、Q、S);基波及谐波电参量(U、I、P、Q)、三相电压及电流的总、奇、偶谐波与2-31次谐波;电压、电流不平衡度;电流规格3X1.5(6)A，有功电能精度0.5S级无功电能精度2级 |
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| AGF | AGF-T穿孔式光伏汇流采集装置是专门应用于智能光伏汇流箱，用于监测光电池阵列中电池板运行状态，组串电流测量，汇流箱中防雷器状态采集、直流断路器状态采集、装置带有RS485接口可以把测量和采集到的数据和设备状态上传。 |
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| ATC600无线测温 | 工作电源:AC/DC85~265V或DC12~48V 安装方式:35mm导轨安装 通讯方式:一路RS485接口，Modbus协议 接口:2路D0 |
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| ARTM-Pn无线测温 | ARTM-Pn无线测温装置:ARTM-Pn无线测温装置可以单独安装在高压柜、低压抽屉柜内，每台装置可以接收18个传感器的数据，传感器型号可选配ATE100、ATE200、ATE300。装置带有一路485接口，可将采集到的温度数据上传到监控中心。 |
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| ACR系列 | 该系列仪表能测量所有的常用电力参数，如三相电流、电压，有功、无功功率，电度，谐波等，并具备完善的通信联网功能，非常适合于实时电力监控系统。 |
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| APM系列 | APM系列网络电力仪表按IEC标准设计，具有全电量测量，电能统计，电能质量分析及网络通讯等功能，主要用于对电网供电质量的综合监控诊断及电能管理。该系列仪表采用了模块化设计，当客户需要增加开关量输入输出，模拟量输入输出，SD卡记录，以太网通讯时，只需在背部插入对应模块即可。 |
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| DDS | 单相电参量U、I、P、Q、S、PF、F测量，正反向有功电能统计，正反向无功电能统计;电流规格:直接接入10(60)A，有功电能精度1级，无功电能精度2级 |
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| DDSD | 单相电参量U、1、P、Q、S、PF、F测量;红外通讯;电流规格:直接接入10(60)A，有功电能精度1级无功电能精度2级 |
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| ADL200 | 单相电参量U、1、P、Q、S、PF、F测量;电流规格:直接接入10(80)A，有功电能精度1级，无功电能精度2级 |
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| ADL400 | 三相电参量U、1、P、Q、S、PF、F测量，分相总有功电能，总正反向有功电能统计，总正反向无功电能统计;电流规格:经互感器接入3X1(6)A，直接接入3X 10 (80)A，有功电能精度0.5S级，无功电能精度2级;2-31次分次谐波及总谐波分析 (H) |
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| ACR10R | 外置开合式互感器的导轨式多功能电力仪表，适用于冶炼、钢铁、电焊、半导体等高能耗行业的节能改造工程，也适用于分布式光伏并网柜的功率监测、电力需求侧管理等应用。具有无需拆一次母线、接线简单方便、施工安全，为用户节约改造成本等特点。它集成全部电力参数的测量(如单相或者三相的电流、电压、有功功率、无功功率、视在功率、频率、功率因数)以及电能监测和考核管理。 |
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| ADW200 | ADW2xx系列导轨式多回路电力仪表主要用于低压三相回路全电参量测量，同时可选择四个回路的电流输入。可直接或间接测量电压、电流、功率、功率因数、相角、不平衡度、谐波等参数。 还可通过其RJ45接口扩展辅助功能，实现DI、DO、测温、剩余电流测量，以及2G、4G、LoRa、LoRaWan、NB-Lot无线通信功能。 |
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| ADW210 | ADW2xx系列导轨式多回路电力仪表主要用于低压三相回路全电参量测量，同时可选择四个回路的电流输入。可直接或间接测量电压、电流、功率、功率因数、相角、不平衡度、谐波等参数。 还可通过其RJ45接口扩展辅助功能，实现DI、DO、测温、剩余电流测量，以及2G、4G、LoRa、LoRaWan、NB-Lot无线通信功能。 |
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| DJSF1352直流电能表 | 直流电压、电流、功率测量，正反向电能计量;8位LCD显示;红外通讯;电压输入可到1000V，电流外接分流器接入· (75mV)或尔元件接入 (0-20mA、0-5V):电能精度1级 |
5结语
楼宇建筑电气安全与能效管理系统与传统的电气监控系统截然不同，是一种基于泛终端的具有互联网功能的排除电气安全事故隐患的技术方案，是管理创新与现代信息技术融合的全新概念，能实现电气监测、控制、运行维护的全过程、自动化、一体化管理，能克服传统电气安全监控系统的缺陷，及时有效地发现和消除“孤岛”管理模式下存在的电气安全事隐患，提高工作效率、降低楼宇建筑配电系统的运行维护成本，具有显著的经济效益和社会效益。
参考文献
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[2]GB50045－1995，高层民用建筑设计防火规范[S]．
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[5]智能电网用户端电力监控/电能管理/电气安全（产品报价手册）.2023.01版
[6]企业微电网设计与应用手册.2022.05版.