電能管理系統在中材萍鄉水泥有限公司的應用

摘  要：隨著電力工業的快速發展和國家對工業企業節能減排的力度加大，企業用電成本已成為衡量現代化工廠的重要指標。電能管理軟件的應用大大提高了企業電能量的利用效率和管理水平，本文介紹基于網絡電力儀表的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，系統實現了分散式采集和集中控制管理的智能化、數字化、網絡化電能管理。

關鍵詞：企業電能管理；電能管理系統；水泥；

1、項目概況

    中材萍鄉水泥有限公司成立于2008年，注冊資金38861.775萬元，隸屬于中國中材集團，專業從事水泥的生產、銷售。公司目前主要生產：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熟料水泥生產線項目位于萍鄉市上栗縣福田鎮連陂村，最終產品為水泥和熟料。

    中材萍鄉水泥有限公司已于2011年在新線35kV總降變電所建成智能配電管理系統，實現對總降變19個用電回路的計量。由于企業的智能化管理需求，需要對整個廠區關鍵生產設備的科學管理，對用電回路的用電狀況進行全過程連續監測、集中控制、統一調度，同時按照國家有關節約能源的法規、標準及行業有關規定，制定各用能部門、主要耗能設備和生產工序（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。

    中材萍鄉水泥有限公司廠區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。

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，無法覆蓋到全廠區因此需要建立一套有效的電能管理系統，用于企業內部考核管理，并此基礎上逐步整理完善電力運行參數數據庫，對數據進行多層次多方面的開發利用（如決策需要、電能分析、數據報送）。同時通過網絡技術使之成為作為中材萍鄉水泥廠信息化系統的重要子系統，以實現智慧廠區和數字廠區。

    2）部分回路在特定時期功率會非常大，通過實時監控手段對該部分回路進行有功功率監視，當功率達到一定值（該值可以由用戶確定后并設定好），可以通過聲光報警提醒系統管理人員。

    3）企業生產所產生的余熱可以再利用，進行余熱發電，對這部分回路進行發電量統計。

    4）對企業的生產用電進行記錄，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據與生產線配電室數據比對一次，每月與供電局提供的耗電數據比對，以此作為考核各班組產能能耗的依據

    整個系統通過多功能的電力監控裝置、通訊網絡和計算機軟件，實現企業供配電系統在運行過程中的數據采集、運行監視、事故預警、事故記錄和分析、電能質量檢測、三相不平衡監視等，完成企業的安全供電、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

    整個企業的配電系統包括13個電氣室，其中1線原料高壓室內共計15個回路、1線窯尾電氣室內共計11個回路、1線窯頭電器室內共計9個回路、1線水泥電氣室內共計7個回路、2線原料電器室內共計25個回路、2線原料配料電氣室內共計4個回路、2線窯尾電氣室內共計1個回路、石灰石電氣室內共計7個回路、2線水泥磨電氣室內共計21個回路、2線窯頭電氣室內共計20個回路、廠前區戶外變壓器內共計3個回路、1線余熱電氣室內共計2個回路、2線余熱電氣室內共計2個回路，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485總線接入通訊管理機。

3.2網絡結構

     整個系統采設計了一套Acrel3000電能管理系統，采用分層分布式結構，即現場設備層、網絡管理層、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，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中央控制室，各電氣室內儀表通過485總線連接至環網交換機IES605-2F-2D，IES605-2F-2D具有2個485接口、3個以太網接口以及2對光纖接口。各電器室與中央控制是之間通過光纖環網傳輸數據。

    各用電回路電能數據的采集主要通過ACR以及PZ系列網絡多功能儀表進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，一個設備出現問題時，不會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RS485總線連接到網絡層。

    針對各低壓變電所比較分散，底層各智能電表具備RS485接口，網絡通訊介質采用屏蔽雙絞線，通訊協議采用Modbus通訊規約，通過RS485總線方式將數據傳送至環網交換機，并經過建設的光線專網將數據上傳至電能管理主機。

    整個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，對整個配電系統的用電狀況進行統一管理，實時監測每個環節、每種設備的用電量；實時監測、監督電能質量，及時發現用電故障，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，通過在線的用電數據信息采集、處理、分析和統計，幫助企業的了解真實用電情況、用電環境及生產效率水平。但是電能管理系統的建立只是起到一個管理工具的作用，企業需要建立一套符合企業實際情況的考核制度，企業的節能大目標層層分解、逐級落實，全員參與，能源計量體系是基礎，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效考核方案：

制訂全廠的綜合能耗指標

    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、單位產值綜合能耗、產品單位產量綜合能耗、產品單位產量可比綜合能耗，綜合能耗需將各類能源消耗實物量折算成標準煤，折算系數可參照該標準。

    通過系統可以查詢每個月或整個年度的綜合能耗，相關報表如下：

制訂針對班組用能的績效考核方案：

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現的基礎，系統能實時和定時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網絡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行顯示、統計、分析、計算和存儲。 實時計算各線路的功率因數。

    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，無功及平均值。

    實時顯示、統計各回路各時段的電度值,對電能數據進行分時計費統計,根據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以及手動/自動狀態。

    數據采集周期、方式、參數等可由用戶在線定義，狀態量的變化優先傳送。

信息處理

    對信號采集系統所采集實時數據進行統計、分析、計算，將數據進行定時存儲。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計；作為電費的管理平臺，與實際發生電費進行比較。

    清晰的反映整個企業各個部門、班組的用電構成，幫助企業建立合理的用電管理考核制度，對不同的班組、不同車間分別設計用電管理報表。對于各用電設備使用時間進行統計，計算出各設備單位時間耗能，為今后能源改造提供數據依據。

   電能報表實現了實現了所有電能數據的按時間查詢，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、誤區。電能匯總如圖2所示

圖2

畫面顯示

    19寸彩色液晶顯示作為人機交互界面，實時顯示配電系統各種信息畫面，包括廠區平面圖、一次配電系統圖、實時參數顯示、負荷趨勢查詢、設備運行時間、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。通過用電曲線圖可以顯示需量的峰值情況，發現危險地負荷趨勢或系統的剩余容量。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

    當出現通訊故障、遙測越限或其他報警信號時，系統發出音響提示，并自動彈出報警畫面，報警需操作員確認后方可復位，報警系統記錄入監控數據庫。 當發生開關變位時，自動推出時間報警窗和故障相關畫面，畫面中變位開關閃爍，變色提示并在報警框內有漢字提示的報警語句及當前的變位狀態，并指明變位開關名稱，運行編號和性質（正常操作或事故跳閘）。 當發生電流/電壓越，畫面閃爍提示，并在報警提示框里顯示當前越限值。 監控系統自動存儲歷史數據和歷史事件，用戶可以按照設備，數據類型，時間段等等項目自定義查詢。 除計算機報警外，系統還設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、結束語

    該項目所采用的Acrel300電能管理系統已經于2014年正式投入運行，整個系統運行穩定、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，制定用能績效考核方案，通過計算機網絡和信息化技術，對用電回路進行用電量計量，提供了大量實時、準確的電力數據，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，為管理者進行內部計量考核、安全用電做出了數據依據用，方便用戶的找到用能不合理之處，指導用戶進行有針對性的管理措施和節能改造措施。