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王海芹

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定

摘  要：隨著電力工業(yè)的快速發(fā)展和對(duì)工業(yè)企業(yè)節(jié)能減排的力度加大，企業(yè)用電成本已成為衡量現(xiàn)代化率工廠的重要指標(biāo)。電能管理軟件的應(yīng)用大大提高了企業(yè)電能量的利用效率和管理水平，本文介紹基于網(wǎng)絡(luò)電力儀表的Acrel-3000電能管理系統(tǒng)在中材萍鄉(xiāng)水泥有限公司電能管理中的應(yīng)用，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了分散式采集和集中控制管理的智能化、數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化電能管理。

關(guān)鍵詞：企業(yè)電能管理；電能管理系統(tǒng)；水泥；

1、項(xiàng)目概況

    中材萍鄉(xiāng)水泥有限公司成立于2008年，注冊(cè)資金38861.775萬(wàn)元，隸屬于中材集團(tuán)，從事水泥的生產(chǎn)、銷售。公司目前主要生產(chǎn)：32.5級(jí)復(fù)合硅酸鹽水泥和42.5級(jí)普通硅酸鹽水泥。中材萍鄉(xiāng)水泥有限公司4500t/d熟料水泥生產(chǎn)線項(xiàng)目位于萍鄉(xiāng)市上栗縣福田鎮(zhèn)連陂村，終產(chǎn)品為水泥和熟料。

    中材萍鄉(xiāng)水泥有限公司已于2011年在新線35kV總降變電所建成智能配電管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)總降變19個(gè)用電回路的計(jì)量。由于企業(yè)的智能化管理需求，需要對(duì)整個(gè)廠區(qū)關(guān)鍵生產(chǎn)設(shè)備的科學(xué)管理，對(duì)用電回路的用電狀況進(jìn)行全過(guò)程連續(xù)監(jiān)測(cè)、集中控制、統(tǒng)一調(diào)度，同時(shí)按照有關(guān)節(jié)約能源的法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)及行業(yè)有關(guān)規(guī)定，制定各用能部門、主要耗能設(shè)備和生產(chǎn)工序（工藝）的能耗定額，并將各項(xiàng)定額逐級(jí)下達(dá)，并對(duì)定額的完成情況進(jìn)行考核和獎(jiǎng)懲。

    中材萍鄉(xiāng)水泥有限公司廠區(qū)用電回路分別分布于1線原料高壓室、1線窯尾電氣室、1線窯頭電器室、2線原料電器室、2線原料配料電氣室、1線水泥電氣室、2線窯尾電氣室、石灰石電氣室、2線水泥磨電氣室、2線窯頭電氣室、廠前區(qū)戶外變壓器、1線余熱電氣室以及2線余熱電氣室等共計(jì)13個(gè)電器室內(nèi)。

2、初步方案設(shè)想

    1）中材萍鄉(xiāng)水泥有限公司每月總用電量在2千萬(wàn)度左右，電力成本支出較高，但是能源計(jì)量系統(tǒng)于35kV總降變，缺乏整體的能源計(jì)量體系，無(wú)法覆蓋到全廠區(qū)因此需要建立一套有效的電能管理系統(tǒng)，用于企業(yè)內(nèi)部考核管理，并此基礎(chǔ)上逐步整理完善電力運(yùn)行參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行多層次多方面的開(kāi)發(fā)利用（如決策需要、電能分析、數(shù)據(jù)報(bào)送）。同時(shí)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)使之成為作為中材萍鄉(xiāng)水泥廠信息化系統(tǒng)的重要子系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)智慧廠區(qū)和數(shù)字廠區(qū)。

    2）部分回路在特定時(shí)期功率會(huì)非常大，通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)控手段對(duì)該部分回路進(jìn)行有功功率監(jiān)視，當(dāng)功率達(dá)到一定值（該值可以由用戶確定后并設(shè)定好），可以通過(guò)聲光報(bào)警提醒系統(tǒng)管理人員。

    3）企業(yè)生產(chǎn)所產(chǎn)生的余熱可以再利用，進(jìn)行余熱發(fā)電，對(duì)這部分回路進(jìn)行發(fā)電量統(tǒng)計(jì)。

    4）對(duì)企業(yè)的生產(chǎn)用電進(jìn)行記錄，按照每天早中晚三班進(jìn)行考核，早班時(shí)間為8：00am~4:00pm，中班為4:00pm~12:00pm，夜班為0：00am~8:00am。每周將總降變電所數(shù)據(jù)與生產(chǎn)線配電室數(shù)據(jù)比對(duì)一次，每月與供電局提供的耗電數(shù)據(jù)比對(duì)，以此作為考核各班組產(chǎn)能能耗的依據(jù)

    整個(gè)系統(tǒng)通過(guò)多功能的電力監(jiān)控裝置、通訊網(wǎng)絡(luò)和計(jì)算機(jī)軟件，實(shí)現(xiàn)企業(yè)供配電系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中的數(shù)據(jù)采集、運(yùn)行監(jiān)視、事故預(yù)警、事故記錄和分析、電能質(zhì)量檢測(cè)、三相不平衡監(jiān)視等，完成企業(yè)的安全供電、電能管理、設(shè)備管理和運(yùn)行管理。

3、設(shè)計(jì)方案

3.1整體方案設(shè)計(jì)

    整個(gè)企業(yè)的配電系統(tǒng)包括13個(gè)電氣室，其中1線原料高壓室內(nèi)共計(jì)15個(gè)回路、1線窯尾電氣室內(nèi)共計(jì)11個(gè)回路、1線窯頭電器室內(nèi)共計(jì)9個(gè)回路、1線水泥電氣室內(nèi)共計(jì)7個(gè)回路、2線原料電器室內(nèi)共計(jì)25個(gè)回路、2線原料配料電氣室內(nèi)共計(jì)4個(gè)回路、2線窯尾電氣室內(nèi)共計(jì)1個(gè)回路、石灰石電氣室內(nèi)共計(jì)7個(gè)回路、2線水泥磨電氣室內(nèi)共計(jì)21個(gè)回路、2線窯頭電氣室內(nèi)共計(jì)20個(gè)回路、廠前區(qū)戶外變壓器內(nèi)共計(jì)3個(gè)回路、1線余熱電氣室內(nèi)共計(jì)2個(gè)回路、2線余熱電氣室內(nèi)共計(jì)2個(gè)回路，各電氣室在設(shè)計(jì)之初只有部分回路安裝了數(shù)字式電能表，其余均未安裝智能電表，不符合企業(yè)智能化需求，因此此需要對(duì)該部分回路進(jìn)行改造，加裝智能電表。

     本著實(shí)用性的原則，本方案對(duì)已經(jīng)安裝電力儀表的回路不做改造，系統(tǒng)能夠很好的兼容原配電柜內(nèi)安裝的電力儀表，對(duì)于未安裝智能電表的回路全部加裝數(shù)字式多功能電表，通過(guò)485總線接入通訊管理機(jī)。

3.2網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

     整個(gè)系統(tǒng)采設(shè)計(jì)了一套Acrel3000電能管理系統(tǒng)，采用分層分布式結(jié)構(gòu)，即現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層、網(wǎng)絡(luò)管理層、監(jiān)控管理層，如圖1所示：

圖1

    整套電能管理系統(tǒng)監(jiān)控管理層包括電能管理主機(jī)、打印機(jī)、UPS電源等，整個(gè)系統(tǒng)的核心Acrel3000電能管理軟件安裝于電能管理主機(jī)，UPS電源作為不間斷電源，當(dāng)設(shè)備供電出現(xiàn)故障時(shí)，可以保證電能管理主機(jī)正常運(yùn)行，電能數(shù)據(jù)不丟失。監(jiān)控中心設(shè)置在辦公樓中央控制室，各電氣室內(nèi)儀表通過(guò)485總線連接至環(huán)網(wǎng)交換機(jī)IES605-2F-2D，IES605-2F-2D具有2個(gè)485接口、3個(gè)以太網(wǎng)接口以及2對(duì)光纖接口。各電器室與中央控制是之間通過(guò)光纖環(huán)網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)。光纖環(huán)形網(wǎng)是目前的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，它的自愈性功能好，具有生存能力強(qiáng)，網(wǎng)絡(luò)傳輸穩(wěn)定性和可靠性高，當(dāng)線路干線中有一個(gè)點(diǎn)出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)（比如主干線某處被車掛斷），系統(tǒng)可以利用它的自愈功能自動(dòng)切換到備用線路上，保持信號(hào)暢通。

    各用電回路電能數(shù)據(jù)的采集主要通過(guò)ACR以及P系列網(wǎng)絡(luò)多功能儀表進(jìn)行電能信息的基礎(chǔ)采集，這些采集設(shè)備可獨(dú)立完成數(shù)據(jù)采集、計(jì)算、通訊等功能，一個(gè)設(shè)備出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，不會(huì)影響其他設(shè)備正常運(yùn)行。所有這些設(shè)備均有485通訊接口，可以通過(guò)RS485總線連接到網(wǎng)絡(luò)層。

    針對(duì)各低壓變電所比較分散，底層各智能電表具備RS485接口，網(wǎng)絡(luò)通訊介質(zhì)采用屏蔽雙絞線，通訊協(xié)議采用Modbus通訊規(guī)約，通過(guò)RS485總線方式將數(shù)據(jù)傳送至環(huán)網(wǎng)交換機(jī)，并經(jīng)過(guò)建設(shè)的光線專網(wǎng)將數(shù)據(jù)上傳至電能管理主機(jī)。

    整個(gè)配電系統(tǒng)以計(jì)算機(jī)站控管理系統(tǒng)為核心，采用現(xiàn)代通訊技術(shù)，對(duì)整個(gè)配電系統(tǒng)的用電狀況進(jìn)行統(tǒng)一管理，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)每個(gè)環(huán)節(jié)、每種設(shè)備的用電量；實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、監(jiān)督電能質(zhì)量，及時(shí)發(fā)現(xiàn)用電故障，避免用電的浪費(fèi)。

3.3軟件設(shè)計(jì)及系統(tǒng)功能

    企業(yè)電能管理系統(tǒng)核心是一套強(qiáng)大的用電及能效分析管理系統(tǒng)，通過(guò)在線的用電數(shù)據(jù)信息采集、處理、分析和統(tǒng)計(jì)，幫助企業(yè)的了解真實(shí)用電情況、用電環(huán)境及生產(chǎn)效率水平。但是電能管理系統(tǒng)的建立只是起到一個(gè)管理工具的作用，企業(yè)需要建立一套符合企業(yè)實(shí)際情況的考核制度，企業(yè)的節(jié)能大目標(biāo)層層分解、逐級(jí)落實(shí)，全員參與，能源計(jì)量體系是基礎(chǔ)，節(jié)能設(shè)備是輔助，節(jié)能管理制度才是根本，因此本系統(tǒng)中為設(shè)計(jì)了部分定額和績(jī)效考核方案：

制訂全廠的綜合能耗指標(biāo)

    依據(jù)《綜合能耗計(jì)算通則》（GB/T2589-2008）中的定義，綜合能耗分為四種：綜合能耗、單位產(chǎn)值綜合能耗、產(chǎn)品單位產(chǎn)量綜合能耗、產(chǎn)品單位產(chǎn)量可比綜合能耗，綜合能耗需將各類能源消耗實(shí)物量折算成標(biāo)準(zhǔn)煤，折算系數(shù)可參照該標(biāo)準(zhǔn)。

    通過(guò)系統(tǒng)可以查詢每個(gè)月或整個(gè)年度的綜合能耗，相關(guān)報(bào)表如下：

制訂針對(duì)班組用能的績(jī)效考核方案：

數(shù)據(jù)采集與管理

    數(shù)據(jù)采集與處理是電能管理系統(tǒng)電能管理實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)，系統(tǒng)能實(shí)時(shí)和定時(shí)采集電氣設(shè)備的模擬量（電流、電壓、功率、電度、頻率、）。系統(tǒng)管理軟件可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)直接讀取各變電所智能電表采集的數(shù)據(jù)，并可以對(duì)采集的所有數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示、統(tǒng)計(jì)、分析、計(jì)算和存儲(chǔ)。 實(shí)時(shí)計(jì)算各線路的功率因數(shù)。

    實(shí)時(shí)計(jì)算各線路的有功、無(wú)功功率值。

    實(shí)時(shí)計(jì)算每日、每月各條線路的有功，無(wú)功大、小及平均值。

    實(shí)時(shí)顯示、統(tǒng)計(jì)各回路各時(shí)段的電度值,對(duì)電能數(shù)據(jù)進(jìn)行分時(shí)計(jì)費(fèi)統(tǒng)計(jì),根據(jù)用戶要求具有多種分時(shí)計(jì)費(fèi)(尖、峰、谷、平值等)方案和費(fèi)率的種類。實(shí)時(shí)顯示、統(tǒng)計(jì)各回路每日、每月、每年的有功電度總值和無(wú)功電度總值

    實(shí)時(shí)顯示電容的投切狀態(tài)以及手動(dòng)/自動(dòng)狀態(tài)。

    數(shù)據(jù)采集周期、方式、參數(shù)等可由用戶在線定義，狀態(tài)量的變化先傳送。

信息處理

    對(duì)信號(hào)采集系統(tǒng)所采集實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、分析、計(jì)算，將數(shù)據(jù)進(jìn)行定時(shí)存儲(chǔ)。對(duì)同用電單位不同時(shí)期、不同用電單位同一時(shí)期用電量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)；作為電費(fèi)的管理平臺(tái)，與實(shí)際發(fā)生電費(fèi)進(jìn)行比較。

    清晰的反映整個(gè)企業(yè)各個(gè)部門、班組的用電構(gòu)成，幫助企業(yè)建立合理的用電管理考核制度，對(duì)不同的班組、不同車間分別設(shè)計(jì)用電管理報(bào)表。對(duì)于各用電設(shè)備使用時(shí)間進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，計(jì)算出各設(shè)備單位時(shí)間耗能，為今后能源改造提供數(shù)據(jù)依據(jù)。

   電能報(bào)表實(shí)現(xiàn)了實(shí)現(xiàn)了所有電能數(shù)據(jù)的按時(shí)間查詢，分為分鐘、小時(shí)、日、月年等多種類型，通過(guò)電能管理報(bào)表，對(duì)各分線電能分別計(jì)量統(tǒng)計(jì)并與總進(jìn)線進(jìn)行匹配，建立完整的電能計(jì)量體系，找出用電管理的盲區(qū)、誤區(qū)。電能匯總?cè)鐖D2所示

圖2

畫面顯示

    19寸彩色液晶顯示作為人機(jī)交互界面，實(shí)時(shí)顯示配電系統(tǒng)各種信息畫面，包括廠區(qū)平面圖、一次配電系統(tǒng)圖、實(shí)時(shí)參數(shù)顯示、負(fù)荷趨勢(shì)查詢、設(shè)備運(yùn)行時(shí)間、事件報(bào)警等。

圖3所示為傳染病房低壓一次配電系統(tǒng)圖：

圖3

用電趨勢(shì)

    對(duì)任何測(cè)量參數(shù)繪制趨勢(shì)圖：如電流、電壓、功率等。通過(guò)用電曲線圖可以顯示需量的峰值情況，發(fā)現(xiàn)危險(xiǎn)地負(fù)荷趨勢(shì)或系統(tǒng)的剩余容量。可以將不同時(shí)間段的負(fù)荷曲線進(jìn)行匯總或比較，追蹤每個(gè)用電單位每個(gè)回路所需消耗的電力成本。用電趨勢(shì)如圖4所示：

圖4

告警與控制

    當(dāng)出現(xiàn)通訊故障、遙測(cè)越限或其他報(bào)警信號(hào)時(shí)，系統(tǒng)發(fā)出音響提示，并自動(dòng)彈出報(bào)警畫面，報(bào)警需操作員確認(rèn)后方可復(fù)位，報(bào)警系統(tǒng)記錄入監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)庫(kù)。 當(dāng)發(fā)生開(kāi)關(guān)變位時(shí)，自動(dòng)推出時(shí)間報(bào)警窗和故障相關(guān)畫面，畫面中變位開(kāi)關(guān)閃爍，變色提示并在報(bào)警框內(nèi)有漢字提示的報(bào)警語(yǔ)句及當(dāng)前的變位狀態(tài)，并指明變位開(kāi)關(guān)名稱，運(yùn)行編號(hào)和性質(zhì)（正常操作或事故跳閘）。 當(dāng)發(fā)生電流/電壓越*，畫面閃爍提示，并在報(bào)警提示框里顯示當(dāng)前越限值。 監(jiān)控系統(tǒng)自動(dòng)存儲(chǔ)歷史數(shù)據(jù)和歷史事件，用戶可以按照設(shè)備，數(shù)據(jù)類型，時(shí)間段等等項(xiàng)目自定義查詢。 除計(jì)算機(jī)報(bào)警外，系統(tǒng)還設(shè)有專門的聲光報(bào)警器，以提醒值班人員。報(bào)警界面如下圖所示：

4、結(jié)束語(yǔ)

    該項(xiàng)目所采用的Acrel300電能管理系統(tǒng)已經(jīng)于2014年正式投入運(yùn)行，整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、安全。系統(tǒng)為各用電回路安裝多功能電表，建立電能管理體系，制定用能績(jī)效考核方案，通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和信息化技術(shù)，對(duì)用電回路進(jìn)行用電量計(jì)量，提供了大量實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確的電力數(shù)據(jù)，摸清能源流向、了解能源組成，同時(shí)通過(guò)電能管理軟件提供的各類圖表、報(bào)表，為管理者進(jìn)行內(nèi)部計(jì)量考核、安全用電做出了數(shù)據(jù)依據(jù)用，方便用戶的找到用能不合理之處，指導(dǎo)用戶進(jìn)行有針對(duì)性的管理措施和節(jié)能改造措施。