摘要
隨著(zhù)電力工業(yè)的快速發(fā)展和國家對工業(yè)企業(yè)節能減排的力度加大，企業(yè)用電成本已成為衡量現代化率工廠(chǎng)的重要指標。電能管理軟件的應用大大提高了企業(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電能管理系統在中材萍鄉水泥有限公司電能管理中的應用，系統實(shí)現了分散式采集和集中控制管理的智能化、數字化、網(wǎng)絡(luò )化電能管理。
1 項目概況
中材萍鄉水泥有限公司成立于2008年，注冊資金38861.775萬(wàn)元，隸屬于中國中材集團，從事水泥的生產(chǎn)、銷(xiāo)售。公司目前主要生產(chǎn)：32.5級復合硅酸鹽水泥和42.5級普通硅酸鹽水泥。中材萍鄉水泥有限公司4500t/d熟料水泥生產(chǎn)線(xiàn)項目位于萍鄉市上栗縣福田鎮連陂村，終產(chǎn)品為水泥和熟料。
中材萍鄉水泥有限公司已于2011年在新線(xiàn)35kV總降變電所建成智能配電管理系統，實(shí)現對總降變19個(gè)用電回路的計量。由于企業(yè)的智能化管理需求，需要對整個(gè)廠(chǎng)區關(guān)鍵生產(chǎn)設備的科學(xué)管理，對用電回路的用電狀況進(jìn)行全過(guò)程連續監測、集中控制、統一調度，同時(shí)按照國家有關(guān)節約能源的法規、標準及行業(yè)有關(guān)規定，制定各用能部門(mén)、主要耗能設備和生產(chǎn)工序（工藝）的能耗定額，并將各項定額逐級下達，并對定額的完成情況進(jìn)行考核和獎懲。
中材萍鄉水泥有限公司廠(chǎng)區用電回路分別分布于1線(xiàn)原料高壓室、1線(xiàn)窯尾電氣室、1線(xiàn)窯頭電器室、2線(xiàn)原料電器室、2線(xiàn)原料配料電氣室、1線(xiàn)水泥電氣室、2線(xiàn)窯尾電氣室、石灰石電氣室、2線(xiàn)水泥磨電氣室、2線(xiàn)窯頭電氣室、廠(chǎng)前區戶(hù)外變壓器、1線(xiàn)余熱電氣室以及2線(xiàn)余熱電氣室等共計13個(gè)電器室內。
2 初步方案設想
1）中材萍鄉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，但是能源計量系統于35kV總降變，缺乏整體的能源計量體系，無(wú)法覆蓋到全廠(chǎng)區因此需要建立一套的電能管理系統，用于企業(yè)內部考核管理，并此基礎上逐步整理完善電力運行參數數據庫，對數據進(jìn)行多層次多方面的開(kāi)發(fā)利用（如決策需要、電能分析、數據報送）。同時(shí)通過(guò)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)使之成為作為中材萍鄉水泥廠(chǎng)信息化系統的重要子系統，以實(shí)現智慧廠(chǎng)區和數字廠(chǎng)區。
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)監控手段對該部分回路進(jìn)行有功功率監視，當功率達到一定值（該值可以由用戶(hù)確定后并設定好），可以通過(guò)聲光報警提醒系統管理人員。
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，對這部分回路進(jìn)行發(fā)電量統計。
4）對企業(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據與生產(chǎn)線(xiàn)配電室數據比對一次，每月與*提供的耗電數據比對，以此作為考核各班組產(chǎn)能能耗的依據整個(gè)系統通過(guò)多功能的電力監控裝置、通訊網(wǎng)絡(luò )和計算機軟件，實(shí)現企業(yè)供配電系統在運行過(guò)程中的數據采集、運行監視、事故預警、事故記錄和分析、電能質(zhì)量檢測、三相不平衡監視等，完成企業(yè)的安全供電、電能管理、設備管理和運行管理。
3 設計方案
3.1整體方案設計
整個(gè)企業(yè)的配電系統包括13個(gè)電氣室，其中1線(xiàn)原料高壓室內共計15個(gè)回路、1線(xiàn)窯尾電氣室內共計11個(gè)回路、1線(xiàn)窯頭電器室內共計9個(gè)回路、1線(xiàn)水泥電氣室內共計7個(gè)回路、2線(xiàn)原料電器室內共計25個(gè)回路、2線(xiàn)原料配料電氣室內共計4個(gè)回路、2線(xiàn)窯尾電氣室內共計1個(gè)回路、石灰石電氣室內共計7個(gè)回路、2線(xiàn)水泥磨電氣室內共計21個(gè)回路、2線(xiàn)窯頭電氣室內共計20個(gè)回路、廠(chǎng)前區戶(hù)外變壓器內共計3個(gè)回路、1線(xiàn)余熱電氣室內共計2個(gè)回路、2線(xiàn)余熱電氣室內共計2個(gè)回路，各電氣室在設計之初只有部分回路安裝了數字式電能表，其余均未安裝智能電表，不符合企業(yè)智能化需求，因此此需要對該部分回路進(jìn)行改造，加裝智能電表。
本著(zhù)實(shí)用性的原則，本方案對已經(jīng)安裝電力儀表的回路不做改造，系統能夠很好的兼容原配電柜內安裝的電力儀表，對于未安裝智能電表的回路全部加裝數字式多功能電表，通過(guò)485總線(xiàn)接入通訊管理機。
3.2網(wǎng)絡(luò )結構
整個(gè)系統采設計了一套Acrel3000電能管理系統，采用分層分布式結構，即現場(chǎng)設備層、網(wǎng)絡(luò )管理層、監控管理層，如圖1所示：
圖1
整套電能管理系統監控管理層包括電能管理主機、打印機、UPS電源等，整個(gè)系統的核心Acrel3000電能管理軟件安裝于電能管理主機，UPS電源作為不間斷電源，當設備供電出現故障時(shí)，可以保證電能管理主機正常運行，電能數據不丟失。監控中心設置在辦公樓*控制室，各電氣室內儀表通過(guò)485總線(xiàn)連接至環(huán)網(wǎng)交換機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對光纖接口。各電器室與*控制是之間通過(guò)光纖環(huán)網(wǎng)傳輸數據。光纖環(huán)形網(wǎng)是目前的網(wǎng)絡(luò )拓撲結構，它的自愈性功能好，具有生存能力強，網(wǎng)絡(luò )傳輸穩定性和可靠性高，當線(xiàn)路干線(xiàn)中有一個(gè)點(diǎn)出現問(wèn)題時(shí)（比如主干線(xiàn)某處被車(chē)掛斷），系統可以利用它的自愈功能自動(dòng)切換到備用線(xiàn)路上，保持信號暢通。
各用電回路電能數據的采集主要通過(guò)ACR以及P系列網(wǎng)絡(luò )多功能儀表進(jìn)行電能信息的基礎采集，這些采集設備可獨立完成數據采集、計算、通訊等功能，一個(gè)設備出現問(wèn)題時(shí)，不會(huì )影響其他設備正常運行。所有這些設備均有485通訊接口，可以通過(guò)RS485總線(xiàn)連接到網(wǎng)絡(luò )層。
針對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(xiàn)，通訊協(xié)議采用Modbus通訊規約，通過(guò)RS485總線(xiàn)方式將數據傳送至環(huán)網(wǎng)交換機，并經(jīng)過(guò)建設的光線(xiàn)專(zhuān)網(wǎng)將數據上傳至電能管理主機。
整個(gè)配電系統以計算機站控管理系統為核心，采用現代通訊技術(shù)，對整個(gè)配電系統的用電狀況進(jìn)行統一管理，實(shí)時(shí)監測每個(gè)環(huán)節、每種設備的用電量；實(shí)時(shí)監測、監督電能質(zhì)量，及時(shí)發(fā)現用電故障，避免用電的浪費。
3.3軟件設計及系統功能
企業(yè)電能管理系統核心是一套強大的用電及能效分析管理系統，通過(guò)在線(xiàn)的用電數據信息采集、處理、分析和統計，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)的節能大目標層層分解、逐級落實(shí)，全員參與，能源計量體系是基礎，節能設備是輔助，節能管理制度才是根本，因此本系統中為設計了部分定額和績(jì)效考核方案：
制訂全廠(chǎng)的綜合能耗指標依據《綜合能耗計算通則》（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(lèi)能源消耗實(shí)物量折算成標準煤，折算系數可參照該標準。
通過(guò)系統可以查詢(xún)每個(gè)月或整個(gè)年度的綜合能耗，相關(guān)報表如下：
制訂針對班組用能的績(jì)效考核方案：
數據采集與管理
數據采集與處理是電能管理系統電能管理實(shí)現的基礎，系統能實(shí)時(shí)和定時(shí)采集電氣設備的模擬量（電流、電壓、功率、電度、頻率、）。系統管理軟件可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò )直接讀取各變電所智能電表采集的數據，并可以對采集的所有數據進(jìn)行顯示、統計、分析、計算和存儲。 實(shí)時(shí)計算各線(xiàn)路的功率因數。
實(shí)時(shí)計算各線(xiàn)路的有功、無(wú)功功率值。
實(shí)時(shí)計算每日、每月各條線(xiàn)路的有功，無(wú)功大、小及平均值。
實(shí)時(shí)顯示、統計各回路各時(shí)段的電度值,對電能數據進(jìn)行分時(shí)計費統計,根據用戶(hù)要求具有多種分時(shí)計費(尖、峰、谷、平值等)方案和費率的種類(lèi)。實(shí)時(shí)顯示、統計各回路每日、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)。
數據采集周期、方式、參數等可由用戶(hù)在線(xiàn)定義，狀態(tài)量的變化優(yōu)先傳送。
信息處理
對信號采集系統所采集實(shí)時(shí)數據進(jìn)行統計、分析、計算，將數據進(jìn)行定時(shí)存儲。對同用電單位不同時(shí)期、不同用電單位同一時(shí)期用電量進(jìn)行統計；作為電費的管理平臺，與實(shí)際發(fā)生電費進(jìn)行比較。
清晰的反映整個(gè)企業(yè)各個(gè)部門(mén)、班組的用電構成，幫助企業(yè)建立合理的用電管理考核制度，對不同的班組、不同車(chē)間分別設計用電管理報表。對于各用電設備使用時(shí)間進(jìn)行統計，計算出各設備單位時(shí)間耗能，為今后能源改造提供數據依據。
電能報表實(shí)現了實(shí)現了所有電能數據的按時(shí)間查詢(xún)，分為分鐘、小時(shí)、日、月年等多種類(lèi)型，通過(guò)電能管理報表，對各分線(xiàn)電能分別計量統計并與總進(jìn)線(xiàn)進(jìn)行匹配，建立完整的電能計量體系，找出用電管理的盲區、誤區。電能匯總如圖2所示
圖2
畫(huà)面顯示
19寸彩色液晶顯示作為人機交互界面，實(shí)時(shí)顯示配電系統各種信息畫(huà)面，包括廠(chǎng)區平面圖、一次配電系統圖、實(shí)時(shí)參數顯示、負荷趨勢查詢(xún)、設備運行時(shí)間、事件報警等。
圖3所示為傳染病房低壓一次配電系統圖：
圖3
用電趨勢
對任何測量參數繪制趨勢圖：如電流、電壓、功率等。通過(guò)用電曲線(xiàn)圖可以顯示需量的峰值情況，發(fā)現危險地負荷趨勢或系統的剩余容量?？梢詫⒉煌瑫r(shí)間段的負荷曲線(xiàn)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。用電趨勢如圖4所示：
圖4
告警與控制
當出現通訊故障、遙測越限或其他報警信號時(shí)，系統發(fā)出音響提示，并自動(dòng)彈出報警畫(huà)面，報警需操作員確認后方可復位，報警系統記錄入監控數據庫。 當發(fā)生開(kāi)關(guān)變位時(shí)，自動(dòng)推出時(shí)間報警窗和故障相關(guān)畫(huà)面，畫(huà)面中變位開(kāi)關(guān)閃爍，變色提示并在報警框內有漢字提示的報警語(yǔ)句及當前的變位狀態(tài)，并指明變位開(kāi)關(guān)名稱(chēng)，運行編號和性質(zhì)（正常操作或事故跳閘）。 當發(fā)生電流/電壓越*，畫(huà)面閃爍提示，并在報警提示框里顯示當前越限值。 監控系統自動(dòng)存儲歷史數據和歷史事件，用戶(hù)可以按照設備，數據類(lèi)型，時(shí)間段等等項目自定義查詢(xún)。 除計算機報警外，系統還設有專(zhuān)門(mén)的聲光報警器，以提醒值班人員。報警界面如下圖所示：
4結束語(yǔ)
該項目所采用的Acrel300電能管理系統已經(jīng)于2014年正式投入運行，整個(gè)系統運行穩定、安全。系統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(jì)效考核方案，通過(guò)計算機網(wǎng)絡(luò )和信息化技術(shù)，對用電回路進(jìn)行用電量計量，提供了大量實(shí)時(shí)、準確的電力數據，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(lèi)圖表、報表，為管理者進(jìn)行內部計量考核、安全用電做出了數據依據用，方便用戶(hù)的找到用能不合理之處，指導用戶(hù)進(jìn)行有針對性的管理措施和節能改造措施。
作者簡(jiǎn)介
周菁 女 本科
任職單位：現任職于江蘇安科瑞電器制造有限公司
