摘要
隨著電力工業(yè)的快速發(fā)展和國家對工業(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。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。
1 項目概況
中材萍鄉(xiāng)水泥有限公司成立于2008年，注冊資金38861.775萬元，隸屬于中國中材集團，從事水泥的生產(chǎn)、銷售。公司目前主要生產(chǎn)：32.5級復(fù)合硅酸鹽水泥和42.5級普通硅酸鹽水泥。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)，實現(xiàn)對總降變19個用電回路的計量。由于企業(yè)的智能化管理需求，需要對整個廠區(qū)關(guān)鍵生產(chǎn)設(shè)備的科學管理，對用電回路的用電狀況進行全過程連續(xù)監(jiān)測、集中控制、統(tǒng)一調(diào)度，同時按照國家有關(guān)節(jié)約能源的法規(guī)、標準及行業(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，并將各項定額逐級下達，并對定額的完成情況進行考核和獎懲。
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13個電器室內(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2千萬度左右，電力成本支出較高，但是能源計量系統(tǒng)于35kV總降變，缺乏整體的能源計量體系，無法覆蓋到全廠區(qū)因此需要建立一套的電能管理系統(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行參數(shù)數(shù)據(jù)庫，對數(shù)據(jù)進行多層次多方面的開發(fā)利用（如決策需要、電能分析、數(shù)據(jù)報送）。同時通過網(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)，以實現(xiàn)智慧廠區(qū)和數(shù)字廠區(qū)。
2）部分回路在特定時期功率會非常大，通過實時監(jiān)控手段對該部分回路進行有功功率監(jiān)視，當功率達到一定值（該值可以由用戶確定后并設(shè)定好），可以通過聲光報警提醒系統(tǒng)管理人員。
3）企業(yè)生產(chǎn)所產(chǎn)生的余熱可以再利用，進行余熱發(fā)電，對這部分回路進行發(fā)電量統(tǒng)計。
4）對企業(yè)的生產(chǎn)用電進行記錄，按照每天早中晚三班進行考核，早班時間為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)比對一次，每月與*提供的耗電數(shù)據(jù)比對，以此作為考核各班組產(chǎn)能能耗的依據(jù)整個系統(tǒng)通過多功能的電力監(jiān)控裝置、通訊網(wǎng)絡(luò)和計算機軟件，實現(xiàn)企業(yè)供配電系統(tǒng)在運行過程中的數(shù)據(jù)采集、運行監(jiān)視、事故預(yù)警、事故記錄和分析、電能質(zhì)量檢測、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)備管理和運行管理。
3 設(shè)計方案
3.1整體方案設(shè)計
整個企業(yè)的配電系統(tǒng)包括13個電氣室，其中1線原料高壓室內(nèi)共計15個回路、1線窯尾電氣室內(nèi)共計11個回路、1線窯頭電器室內(nèi)共計9個回路、1線水泥電氣室內(nèi)共計7個回路、2線原料電器室內(nèi)共計25個回路、2線原料配料電氣室內(nèi)共計4個回路、2線窯尾電氣室內(nèi)共計1個回路、石灰石電氣室內(nèi)共計7個回路、2線水泥磨電氣室內(nèi)共計21個回路、2線窯頭電氣室內(nèi)共計20個回路、廠前區(qū)戶外變壓器內(nèi)共計3個回路、1線余熱電氣室內(nèi)共計2個回路、2線余熱電氣室內(nèi)共計2個回路，各電氣室在設(shè)計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，因此此需要對該部分回路進行改造，加裝智能電表。
本著實用性的原則，本方案對已經(jīng)安裝電力儀表的回路不做改造，系統(tǒng)能夠很好的兼容原配電柜內(nèi)安裝的電力儀表，對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485總線接入通訊管理機。
3.2網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
整個系統(tǒng)采設(shè)計了一套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、打印機、UPS電源等，整個系統(tǒng)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(shè)備供電出現(xiàn)故障時，可以保證電能管理主機正常運行，電能數(shù)據(jù)不丟失。監(jiān)控中心設(shè)置在辦公樓*控制室，各電氣室內(nèi)儀表通過485總線連接至環(huán)網(wǎng)交換機IES605-2F-2D，IES605-2F-2D具有2個485接口、3個以太網(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)拓撲結(jié)構(gòu)，它的自愈性功能好，具有生存能力強，網(wǎng)絡(luò)傳輸穩(wěn)定性和可靠性高，當線路干線中有一個點出現(xiàn)問題時（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切換到備用線路上，保持信號暢通。
各用電回路電能數(shù)據(jù)的采集主要通過ACR以及P系列網(wǎng)絡(luò)多功能儀表進行電能信息的基礎(chǔ)采集，這些采集設(shè)備可獨立完成數(shù)據(jù)采集、計算、通訊等功能，一個設(shè)備出現(xiàn)問題時，不會影響其他設(shè)備正常運行。所有這些設(shè)備均有485通訊接口，可以通過RS485總線連接到網(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，通訊協(xié)議采用Modbus通訊規(guī)約，通過RS485總線方式將數(shù)據(jù)傳送至環(huán)網(wǎng)交換機，并經(jīng)過建設(shè)的光線專網(wǎng)將數(shù)據(jù)上傳至電能管理主機。
整個配電系統(tǒng)以計算機站控管理系統(tǒng)為核心，采用現(xiàn)代通訊技術(shù)，對整個配電系統(tǒng)的用電狀況進行統(tǒng)一管理，實時監(jiān)測每個環(huán)節(jié)、每種設(shè)備的用電量；實時監(jiān)測、監(jiān)督電能質(zhì)量，及時發(fā)現(xiàn)用電故障，避免用電的浪費。
3.3軟件設(shè)計及系統(tǒng)功能
企業(yè)電能管理系統(tǒng)核心是一套強大的用電及能效分析管理系統(tǒng)，通過在線的用電數(shù)據(jù)信息采集、處理、分析和統(tǒng)計，幫助企業(yè)的了解真實用電情況、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管理工具的作用，企業(yè)需要建立一套符合企業(yè)實際情況的考核制度，企業(yè)的節(jié)能大目標層層分解、逐級落實，全員參與，能源計量體系是基礎(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)計了部分定額和績效考核方案：
制訂全廠的綜合能耗指標依據(jù)《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，綜合能耗需將各類能源消耗實物量折算成標準煤，折算系數(shù)可參照該標準。
通過系統(tǒng)可以查詢每個月或整個年度的綜合能耗，相關(guān)報表如下：
制訂針對班組用能的績效考核方案：
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)電能管理實現(xiàn)的基礎(chǔ)，系統(tǒng)能實時和定時采集電氣設(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)，并可以對采集的所有數(shù)據(jù)進行顯示、統(tǒng)計、分析、計算和存儲。 實時計算各線路的功率因數(shù)。
實時計算各線路的有功、無功功率值。
實時計算每日、每月各條線路的有功，無功大、小及平均值。
實時顯示、統(tǒng)計各回路各時段的電度值,對電能數(shù)據(jù)進行分時計費統(tǒng)計,根據(jù)用戶要求具有多種分時計費(尖、峰、谷、平值等)方案和費率的種類。實時顯示、統(tǒng)計各回路每日、每月、每年的有功電度總值和無功電度總值。
實時顯示電容的投切狀態(tài)以及手動/自動狀態(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)量的變化優(yōu)先傳送。
信息處理
對信號采集系統(tǒng)所采集實時數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計、分析、計算，將數(shù)據(jù)進行定時存儲。對同用電單位不同時期、不同用電單位同一時期用電量進行統(tǒng)計；作為電費的管理平臺，與實際發(fā)生電費進行比較。
清晰的反映整個企業(yè)各個部門、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，對不同的班組、不同車間分別設(shè)計用電管理報表。對于各用電設(shè)備使用時間進行統(tǒng)計，計算出各設(shè)備單位時間耗能，為今后能源改造提供數(shù)據(jù)依據(jù)。
電能報表實現(xiàn)了實現(xiàn)了所有電能數(shù)據(jù)的按時間查詢，分為分鐘、小時、日、月年等多種類型，通過電能管理報表，對各分線電能分別計量統(tǒng)計并與總進線進行匹配，建立完整的電能計量體系，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交互界面，實時顯示配電系統(tǒng)各種信息畫面，包括廠區(qū)平面圖、一次配電系統(tǒng)圖、實時參數(shù)顯示、負荷趨勢查詢、設(shè)備運行時間、事件報警等。
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
對任何測量參數(shù)繪制趨勢圖：如電流、電壓、功率等。通過用電曲線圖可以顯示需量的峰值情況，發(fā)現(xiàn)危險地負荷趨勢或系統(tǒng)的剩余容量。可以將不同時間段的負荷曲線進行匯總或比較，追蹤每個用電單位每個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(xiàn)通訊故障、遙測越限或其他報警信號時，系統(tǒng)發(fā)出音響提示，并自動彈出報警畫面，報警需操作員確認后方可復(fù)位，報警系統(tǒng)記錄入監(jiān)控數(shù)據(jù)庫。 當發(fā)生開關(guān)變位時，自動推出時間報警窗和故障相關(guān)畫面，畫面中變位開關(guān)閃爍，變色提示并在報警框內(nèi)有漢字提示的報警語句及當前的變位狀態(tài)，并指明變位開關(guān)名稱，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*，畫面閃爍提示，并在報警提示框里顯示當前越限值。 監(jiān)控系統(tǒng)自動存儲歷史數(shù)據(jù)和歷史事件，用戶可以按照設(shè)備，數(shù)據(jù)類型，時間段等等項目自定義查詢。 除計算機報警外，系統(tǒng)還設(shè)有專門的聲光報警器，以提醒值班人員。報警界面如下圖所示：
4結(jié)束語
該項目所采用的Acrel300電能管理系統(tǒng)已經(jīng)于2014年正式投入運行，整個系統(tǒng)運行穩(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，制定用能績效考核方案，通過計算機網(wǎng)絡(luò)和信息化技術(shù)，對用電回路進行用電量計量，提供了大量實時、準確的電力數(shù)據(jù)，摸清能源流向、了解能源組成，同時通過電能管理軟件提供的各類圖表、報表，為管理者進行內(nèi)部計量考核、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)用戶進行有針對性的管理措施和節(jié)能改造措施。
作者簡介
周菁 女 本科
任職單位：現(xiàn)任職于江蘇安科瑞電器制造有限公司
