徐霜

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)展和國(guó)家對(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)代化高效率工廠(chǎng)的重要指標(biāo)。電能管理軟件的應(yīng)用大大提高了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)在小松鑄造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。

    1、項(xiàng)目概況

    小松（常州）鑄造有限公司是小松集團(tuán)在中國(guó)投資設(shè)立的生產(chǎn)鑄造產(chǎn)品的工廠(chǎng)之一，位于江蘇省常州市，是小松集團(tuán)在中國(guó)最早投資設(shè)立的三家工廠(chǎng)之一。

    整個(gè)項(xiàng)目共包括2個(gè)25kV變電所以及9個(gè)0.4kV變電所，各變電所分散的分布于廠(chǎng)內(nèi)，整個(gè)系統(tǒng)采用分層分布式結(jié)構(gòu)，分為現(xiàn)場(chǎng)測(cè)控層、網(wǎng)絡(luò)通訊層以及系統(tǒng)管理層。系統(tǒng)管理層位于1#35kV變電所內(nèi)，實(shí)現(xiàn)各配電室電力設(shè)備的集中監(jiān)視和管理。

    2、初步方案設(shè)想

    小松鑄造有限公司每月電力成本支出較高，但是缺乏有效的能源計(jì)量系統(tǒng)，無(wú)法準(zhǔn)確了解本企業(yè)的電能流向，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)使之成為作為小松鑄造有限公司信息化系統(tǒng)的重要子系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)智慧廠(chǎng)區(qū)和數(shù)字廠(chǎng)區(qū)。

    1）部分回路在特定時(shí)期功率會(huì)非常大，需要對(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(hù)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；

    2）需要對(duì)企業(yè)生產(chǎn)用電進(jìn)行記錄，根據(jù)企業(yè)的實(shí)際生產(chǎn)需要，制定相應(yīng)的電能統(tǒng)計(jì)報(bào)表，并將各生產(chǎn)線(xiàn)用電數(shù)據(jù)與總進(jìn)線(xiàn)進(jìn)行對(duì)比，每月與供電局提供的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，以此作為考核各班組產(chǎn)能能耗的依據(jù)；

    3）計(jì)算出各設(shè)備使用時(shí)間以及設(shè)備空載時(shí)間；

    4）設(shè)計(jì)復(fù)費(fèi)率電能管理報(bào)表，將不同時(shí)間段不同費(fèi)率的用電量分別進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。

    3、設(shè)計(jì)方案

    3.1整體方案設(shè)計(jì)

    整個(gè)企業(yè)共有兩個(gè)35kV變電所，9個(gè)0.4kV變電所，其中1#變電所共9個(gè)回路，2#變電所21個(gè)回路，3#變電所共12個(gè)回路，4#變電所15個(gè)回路，5#變電所共13個(gè)回路，6#變電所20個(gè)回路，7#變電所12個(gè)回路，8#變電所9個(gè)回路，9#變電所22個(gè)回路，10#變電所（35kV變電所1）9個(gè)回路，35kV變電所2共計(jì)3個(gè)回路需要納入本次電能管理系統(tǒng)。由于企業(yè)成立時(shí)間較久，各變電所在設(shè)計(jì)之初只有部分變電所安裝了數(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。

    考慮整個(gè)項(xiàng)目的安裝方便以及用戶(hù)自身的需求，本項(xiàng)目為各配電回路加裝導(dǎo)軌式電度表DTSD1352，所有智能儀表直接通過(guò)485總線(xiàn)接入通訊管理機(jī)。由于企業(yè)內(nèi)部已經(jīng)建設(shè)內(nèi)部局域網(wǎng)，本著節(jié)約成本，充分利用現(xiàn)有的資源的原則，本項(xiàng)目各變電所內(nèi)通訊管理機(jī)通過(guò)網(wǎng)線(xiàn)接入就近局域網(wǎng)接口，經(jīng)廠(chǎng)內(nèi)局域網(wǎng)傳輸至在變電室值班室。在變電所值班室內(nèi)配置通訊管理屏并配置網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、UPS不間斷電源網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)等設(shè)備

    3.2系統(tǒng)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。電能管理值班室位于35kV變電所值班室內(nèi)。

    各用電回路電能數(shù)據(jù)的采集主要通過(guò)DTSD1352、DTSF1352、PD284E-9S4（8#、9#配電室）、ACR320EFK（4#配電室）等進(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(xiàn)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(xiàn)，通訊協(xié)議采用Modbus通訊規(guī)約，通過(guò)RS485總線(xiàn)方式將數(shù)據(jù)傳送至通訊管理機(jī)，并經(jīng)過(guò)企業(yè)內(nèi)部局域網(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系統(tǒng)功能

    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(xiàn)路的功率因數(shù)。

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

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

    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(hù)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(lèi)。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(hù)在線(xiàn)定義，狀態(tài)量的變化優(yōu)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(mén)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(chē)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(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(bào)表，對(duì)各分線(xiàn)電能分別計(jì)量統(tǒng)計(jì)并與總進(jìn)線(xiàn)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(huà)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(huà)面，包括廠(chǎng)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(xún)、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(xiàn)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(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(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(huà)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(huà)面，畫(huà)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(chēng)，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/電壓越限時(shí)，畫(huà)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(hù)可以按照設(shè)備，數(shù)據(jù)類(lèi)型，時(shí)間段等等項(xiàng)目自定義查詢(xún)。 除計(jì)算機(jī)報(bào)警外，系統(tǒng)還設(shè)有專(zhuān)門(mén)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2013年正式投入運(yùn)行，整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、安全，極大的方便了用戶(hù)的使用，提供了大量實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確的電力數(shù)據(jù)，為管理者進(jìn)行內(nèi)部計(jì)量考核、安全用電做出了只管依據(jù)，進(jìn)一步保證了企業(yè)供電系統(tǒng)的科學(xué)性及穩(wěn)定性，為今后的節(jié)能管理的實(shí)施打下了基礎(chǔ)。

    作者簡(jiǎn)介：

    徐霜，女，本科，安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向?yàn)殡娔芄芾?SPAN style="FONT-FAMILY: Webdings"><