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淺談電能管理系統(tǒng)在某軋鋼廠的應(yīng)用

更新時間：2023-01-28　點擊次數(shù)： 400次

劉細鳳

安科瑞電氣股份有限公司上海嘉定 201801

摘要：結(jié)合某軋鋼廠的現(xiàn)狀和電能管理軟件的優(yōu)勢應(yīng)用，在節(jié)能降耗方面利用電能管理軟件對軋鋼廠電能損耗進行實時監(jiān)控，為實現(xiàn)能源優(yōu)化配置和節(jié)能降耗管理提供了大量數(shù)據(jù)，從而為大型能耗企業(yè)的節(jié)能降耗實施奠定了基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：軋鋼廠;能耗;電能管理軟件;數(shù)據(jù)監(jiān)測

0引言

面對鋼鐵行業(yè)“嚴冬"時期的沖擊，我國鋼鐵行業(yè)在新形勢下有了巨大的調(diào)整，降本增效逐漸成為大型能耗企業(yè)的風向標，其中，節(jié)能降耗是降本增效中的重中之重。當前現(xiàn)代化軋鋼廠的生產(chǎn)活動又呈現(xiàn)出更偏向于智能化的發(fā)展趨勢，這就要求廠內(nèi)電氣設(shè)備的管理工作具有更加先進的水平，重視廠內(nèi)電氣設(shè)備的維護及管理，保證企業(yè)在運作過程中能夠有效節(jié)能降耗。包鋼軌梁廠面對嚴峻的市場形勢，深挖內(nèi)潛，不斷加強基礎(chǔ)管理，大力開展對標升級，提升鋼軌等高效產(chǎn)品質(zhì)量，持續(xù)打好降本增效攻堅戰(zhàn)。從 2017年 1 月份起，軌梁廠為了節(jié)能降耗開始試行日工資標準，這就要求了電氣車間從電能精益方面細化出實際和班產(chǎn)噸鋼電費的差異，從而為節(jié)能降耗提供了指導思想。

1軟件功能應(yīng)用

某軋鋼廠于1969年1月23日投產(chǎn)，是我國重要的鋼軌和型鋼生產(chǎn)基地之一。該廠通過不斷引進先進設(shè)備，淘汰落后工藝，改進技術(shù)裝備，已變?yōu)橐粋€全新的現(xiàn)代化工廠，現(xiàn)擁有兩條生產(chǎn)線，一條是2006年9月投產(chǎn) 的 1#中型萬能軋鋼生產(chǎn)線，另一條是 2013年1月投產(chǎn)的2#大型萬能軋鋼生產(chǎn)線，年生產(chǎn)能力為210萬t。以2#線為例，電氣自動化部2#線10kV供電系統(tǒng)由51#變電所單獨分為4路供電，1#和 2#進線供給輔傳動，3#進線電源供給BD1、BD2主傳動，4#進線電源進線供給CCS主傳動。

軌梁廠2015年電耗最好水平是82.1 kW-h/t鋼，全年平均噸鋼電耗是89kW*h，由于 2#線總裝機容量大，噸鋼電耗要比 1#線高。以上數(shù)據(jù)說明軌梁廠在2015年的電耗水平，但是今年完成 31.2元/t，電氣自動化部要采取有效的措施。以上對標數(shù)據(jù)均來自軌梁廠新引進的電量監(jiān)控平臺。

為了進行能源成本控制和能源調(diào)度，制定節(jié)能降耗計劃，對企業(yè)能源消耗水平和分布進行統(tǒng)計分析和全面管理，實現(xiàn)能源系統(tǒng)的持續(xù)經(jīng)濟運行，降低能源使用成本并正確高效地對電能進行管理，我廠引進了一套電力管理軟件。該管理軟件具備電能計量、分時計費管理功能、電力需量管理功能、能耗分析、能效監(jiān)測、能效評估、能效展示、節(jié)能設(shè)備管理、節(jié)能知識庫，多種能源和生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集和轉(zhuǎn)發(fā)功能、電能質(zhì)量管理和電力故障診斷分析功能。

1.1數(shù)據(jù)采集

10 kV的數(shù)據(jù)采集記錄每一回路U、I、kW、kvar、PF、f、kWh、kvarh等全電量數(shù)據(jù)(帶時間標識），采集異常報警信號和非電量信號，采集電力能效監(jiān)測終端的全部信息、事件順序記錄信息等信號。能夠?qū)θ舅须娔鼙O(jiān)測終端進行周期性的掃描和巡檢，數(shù)據(jù)采集周期可自定義設(shè)置，采集的全部數(shù)據(jù)應(yīng)帶有完整的數(shù)據(jù)質(zhì)量狀態(tài)標致并存放在專用數(shù)據(jù)庫中。

圖1 通用管理機專用數(shù)據(jù)庫

1.2數(shù)據(jù)完整性管理和數(shù)據(jù)捕捉

針對前置數(shù)據(jù)采集服務(wù)器異常斷電導致的數(shù)據(jù)缺失，數(shù)據(jù)采集程序應(yīng)具有完整的數(shù)據(jù)完整性檢查功能，能夠?qū)θ笔У臄?shù)據(jù)自動進行數(shù)據(jù)補招。帶規(guī)約轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)采集服務(wù)器，支持不低于30天的數(shù)據(jù)存儲功能，當計算機異常掉電導致數(shù)據(jù)缺失時，計算機恢復運行自動進行數(shù)據(jù)斷點續(xù)傳，保證數(shù)據(jù)的完整性。監(jiān)控軟件還應(yīng)具有主備數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)一致性檢查與同步功能，保證主備數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的完整性和一致性。

圖2 數(shù)據(jù)庫維護工具

1.3運行監(jiān)視與控制功能

(1)遙測、遙信、遙控、遙調(diào)、遙視

管理軟件具有基本的遙測、遙信、遙控、遙調(diào)、遙視功能，滿足電力系統(tǒng)反措要求，具有相應(yīng)的閉鎖和事故預防措施，具有對被選擇的被控對象信息及狀態(tài)提示、操作員和監(jiān)護員登錄、被控對象的所屬終端及編號確認、控制執(zhí)行等一系列過程。遙控和遙調(diào)具有完善的操作密碼驗證和監(jiān)護員機制，可靈活設(shè)置不同的操作權(quán)限，操作要在具有控制權(quán)限的工作站和操作員登陸并輸人操作密碼后方可進行。操作員需具有相應(yīng)的操作權(quán)限，在同一時間只能對同一設(shè)備進行操作。

圖3 線路監(jiān)控日報曲線

(2)單線路、單點監(jiān)測

管理軟件具有豐富的數(shù)據(jù)展示界面，支持以數(shù)據(jù) 、表格、棒圖、曲線、模擬表盤等多種方式進行數(shù)據(jù)展示，直觀展示電力系統(tǒng)一次系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖、變壓器監(jiān)測圖、線路運行監(jiān)控圖等多種圖形界面，如針對線路監(jiān)測，可采用圖表、圖形與數(shù)據(jù)相結(jié)合的方式展示10 kV線路的基本信息，實時運行數(shù)據(jù)、實時與歷史功率曲線、顯示當年累計節(jié)約電量及排名，年累計發(fā)送無功、月累計發(fā)送無功等數(shù)據(jù)。

圖4 線路監(jiān)測年報

(3)設(shè)備在線狀態(tài)監(jiān)測

圖5 線路監(jiān)測月報

按照用電設(shè)備監(jiān)測終端的實際組網(wǎng)結(jié)構(gòu)，直觀展示整體通訊結(jié)構(gòu)，并通過浮動畫面的形式，直觀展示廠區(qū)各類重點用能設(shè)備的基本信息、運行狀態(tài)、重要用能參數(shù)、電能質(zhì)量等參數(shù)。顯示所有節(jié)能裝置的在線狀態(tài)，為設(shè)備維護提供依據(jù)。對服務(wù)器狀態(tài)和通訊鏈路進行監(jiān)測，通過網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)圖監(jiān)視服務(wù)器，實現(xiàn)對主站系統(tǒng)健康狀況的實時監(jiān)控，及時發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)出現(xiàn)的風險，包括CPU負荷、內(nèi)存使用情況、磁盤存儲、網(wǎng)絡(luò)IO等。通過對定點數(shù)據(jù)采集情況的統(tǒng)計分析，為通訊鏈路的穩(wěn)定性做出評估，進一步分析出數(shù)據(jù)采集斷點的原因。

圖6 線路監(jiān)測日報

1.4基礎(chǔ)數(shù)據(jù)查詢與對比分析

能夠展示和分析電力能效監(jiān)測終端的基本信息，趨勢曲線、事件波形等。通過把每個節(jié)點的裝置基本信息、事件、波形分析、趨勢曲線放在同一個界面里，使用戶同時看到相關(guān)信息，用戶可以根據(jù)自己分析的需要很方便地跳轉(zhuǎn)到相應(yīng)的功能頁面查看詳細信息，給用戶提供較好的體驗。提供對節(jié)能裝置任意測點(裝置的定點數(shù)據(jù)、統(tǒng)計數(shù)據(jù))的查詢分析，并能夠以excel的格式導出。

1.5設(shè)備運行分析與離線設(shè)備統(tǒng)計

統(tǒng)計節(jié)能裝置的日投運率、月投運率、日利用小時數(shù)、月利用小時數(shù)、年利用小時數(shù)，并以報表的形式展示。統(tǒng)計節(jié)能裝置的投運狀態(tài)，將未投運設(shè)備明細以列表的形式展示，未投運設(shè)備按照日、月為周期分別統(tǒng)計。

管理軟件具有設(shè)備通信狀態(tài)在線監(jiān)測功能，實時在線監(jiān)測各個監(jiān)測點設(shè)備的通信狀態(tài)，以列表的形式顯示監(jiān)測節(jié)點設(shè)備的節(jié)點狀態(tài)、開始時間和更新時間，用戶可以清楚地掌握監(jiān)測設(shè)備節(jié)點的通信狀態(tài)和數(shù)據(jù)更新時間，統(tǒng)計節(jié)能設(shè)備的離線情況。

圖7 日報表示例

1.6能效分析報表

通過以報表的形式展示投運后低壓側(cè)電壓、電流、有功、無功、功率因數(shù)，投運前功率因數(shù)、功率因數(shù)提升率、負載率等信息，分析功率因數(shù)的提升情況；統(tǒng)計每天臺區(qū)或者線路裝置安裝點功率因數(shù)的最大值及發(fā)生時刻、最小值及發(fā)生時刻、功率因數(shù)大于 0.95及小于 0.9的時間、平均功率因數(shù)。電力需求側(cè)軟件的報表功能應(yīng)包括：日報表、周報表、月報表、年報表、時段報表。動態(tài)報表模板。各種跨時段報表以及相關(guān)的最值和差值報表。報表上的采樣數(shù)據(jù)可經(jīng)授權(quán)的操作人員進行修改。

2 電量分析統(tǒng)計的實現(xiàn)

軌梁廠生產(chǎn)各區(qū)域電能消耗量原來一直是通過人工手抄電表的方式進行統(tǒng)計匯總，采集點不全面，人工抄表統(tǒng)計的數(shù)值誤差大?？刂齐娔艿南囊葟幕A(chǔ)數(shù)據(jù)的準確度上人手。電氣自動化部自主研發(fā)的電量監(jiān)測系統(tǒng)平臺，實現(xiàn)了全廠設(shè)備耗電量的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控，提高電量數(shù)據(jù)采集的準確度。通過電量分析系統(tǒng)匯總的數(shù)據(jù)分析，電能消耗最大的設(shè)備是主傳動設(shè)備。其次是MCC所帶設(shè)備，主要是液壓系統(tǒng)。第三是輔傳動系統(tǒng)，就是運輸輥道等設(shè)備。主傳

動改造投資較大，所以我們決定從MCC系統(tǒng)人手進行能源控制改進。電能分析系統(tǒng)后臺數(shù)據(jù)直接傳送到廠OA網(wǎng)，在OA網(wǎng)顯示每個班組的電耗信息。方便實時掌握生產(chǎn)用電情況。

圖8 能效分析報表

圖9 電能消耗查詢系統(tǒng)

圖10 總體一覽表

通過電量檢測平臺，我們還可以根據(jù)產(chǎn)量和電耗計算出實際噸鋼電費、班產(chǎn)噸鋼電費以及小時耗電量。一些需要特殊定額的項目也可以根據(jù)電能查詢功能對電量進行核算和統(tǒng)計。

3 安科瑞Acrel-3000WEB電能管理解決方案

3.1概述

用戶端消耗著整個電網(wǎng)80%的電能，用戶端智能化用電管理對用戶可靠、安全、節(jié)約用電有十分重要的意義。構(gòu)建智能用電服務(wù)體系，全面推廣用戶端智能儀表、智能用電管理終端等設(shè)備用電管理解決方案，實現(xiàn)電網(wǎng)與用戶的雙向良性互動。用戶端急需解決的研究內(nèi)容主要包括：先進的表計，智能樓宇、智能電器、增值服務(wù)、客戶用電管理系統(tǒng)、需求側(cè)管理等課題。

安科瑞Acrel-3000WEB電能管理解決方案通過對用戶端用電情況進行細分和統(tǒng)計，以直觀的數(shù)據(jù)和圖表向管理人員或決策層展示各分項用電的使用消耗情況，便于找出高耗能點或不合理的耗能習慣，有效節(jié)約電能，為用戶進一步節(jié)能改造或設(shè)備升級提供準確的數(shù)據(jù)支撐。

3.2應(yīng)用場所

（1）辦公建筑（商務(wù)辦公、大型公共建筑等）；

（2）商業(yè)建筑（商場、金融機構(gòu)建筑等）；

（3）旅游建筑（賓館飯店、娛樂場所等）；

（4）科教文衛(wèi)建筑（文化、教育、科研、醫(yī)療衛(wèi)生、體育建筑等）；

（5）通信建筑（郵電、通信、廣播、電視、數(shù)據(jù)中心等）；

（6）交通運輸建筑（機場、車站、碼頭建筑等）。

3.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

3.4系統(tǒng)功能

3.4.1實時監(jiān)測

系統(tǒng)人機界面友好，以配電一次圖的形式直觀顯示配電線路的運行狀態(tài)，實時監(jiān)測各回路電壓、電流、功率、功率因數(shù)、電能等電參數(shù)信息，動態(tài)監(jiān)視各配電回路斷路器、隔離開關(guān)、地刀等合、分狀態(tài)，以及有關(guān)故障、告警等信號。

3.4.2電能統(tǒng)計報表

系統(tǒng)以豐富的報表支撐計量體系的完整性。系統(tǒng)具備定時抄表匯總統(tǒng)計功能，用戶可以自由查詢自系統(tǒng)正常運行以來任意時間段內(nèi)各配電節(jié)點的用電情況，即該節(jié)點進線用電量與各分支回路消耗電量的統(tǒng)計分析報表。該功能使得用電可視透明，并在用電誤差偏大時可分析追溯，維護計量體系的正確性。

3.4.3詳細電參量查詢

在配電一次圖中，當鼠標移動到每個回路附近時，鼠標指針變?yōu)槭中危髽藛螕艨刹榭丛摶芈吩敿氹妳⒘?，包括三相電流、三相電壓、三相總有功功率、總無功功率、總功率因數(shù)、正向有功電能，并可以查看24小時相電流趨勢曲線及24小時電壓趨勢曲線。

3.4.4運行報表

系統(tǒng)具有實時電力參數(shù)和歷史電力參數(shù)的存儲和管理功能，所有實時采集的數(shù)據(jù)、順序事件記錄等均可保存到數(shù)據(jù)庫，在查詢界面中能夠自定義需要查詢的參數(shù)、時間或選擇查詢更新的記錄數(shù)據(jù)等，并通過報表方式顯示出來。用戶可以根據(jù)需要定制運行日報、月報，支持導出Excel格式文件，還可以根據(jù)用戶要求導出PDF格式文件。

3.4.5變壓器運行監(jiān)視

系統(tǒng)對配電系統(tǒng)總進線、主變壓器、重要負荷出線的運行狀態(tài)進行在線實時監(jiān)視，用曲線顯示電流、變壓器運行溫度、有功需量、有功功率、視在功率、變壓器負荷率等運行趨勢，分析變壓器負荷率及損耗，方便運行維護人員及時掌握運行水平和用電需求，確保供電安全可靠。

3.4.6實時報警

系統(tǒng)具有實時報警功能，系統(tǒng)能夠?qū)ε潆娀芈窋嗦菲?、隔離開關(guān)、接地刀分、合動作等遙信變位，保護動作、事故跳閘，以及電壓、電流、功率、功率因數(shù)越限等事件進行實時監(jiān)測，并根據(jù)事件等級發(fā)出告警。系統(tǒng)報警時自動彈出實時報警窗口，并發(fā)出聲音或語音提醒。

3.4.7歷史事件查詢

系統(tǒng)能夠?qū)b信變位，保護動作、事故跳閘，以及電壓、電流、功率、功率因數(shù)越限等事件記錄進行存儲和管理，方便用戶對系統(tǒng)事件和報警進行歷史追溯，查詢統(tǒng)計、事故分析。

3.4.8電能質(zhì)量監(jiān)測

系統(tǒng)可以對整個配電系統(tǒng)范圍內(nèi)的電能質(zhì)量進行持續(xù)性的監(jiān)測，運行維護人員可以通過諧波分析棒圖、報表掌握進線、變壓器、重要回路的電壓、電流諧波畸變率、諧波含量、電壓不平衡度等，及時采取相應(yīng)的措施，降低諧波損耗，減少因諧波造成的異常和事故(該功能需要選配帶諧波監(jiān)測功能的電力儀表，不需要可刪除。

3.4.9遙控操作

系統(tǒng)支持對斷路器、隔離開關(guān)、接地刀等進行分、合遙控操作。系統(tǒng)具有嚴格的密碼保護和操作權(quán)限管理功能，對于每次遙控操作，系統(tǒng)自動生成操作記錄，記錄內(nèi)容包含操作人、操作時間、操作類型等。實現(xiàn)該功能需要斷路器本身具有電操機構(gòu)及保護保測控裝置具備遙控功能等硬件設(shè)備的支持。

3.4.10用戶權(quán)限管理

系統(tǒng)為保障系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行，設(shè)置了用戶權(quán)限管理功能。通過用戶權(quán)限管理能夠防止未經(jīng)授權(quán)的操作（如配電回路名稱修改等）?？梢远x不同級別用戶的登錄名、密碼及操作權(quán)限，為系統(tǒng)運行、維護、管理提供可靠的安全保障。

3.4.11通訊狀態(tài)圖

系統(tǒng)支持實時監(jiān)視接入系統(tǒng)的各設(shè)備的通訊狀態(tài)，能夠完整的顯示整個系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；可在線診斷設(shè)備通訊狀態(tài)，發(fā)生網(wǎng)絡(luò)異常時能自動在界面上顯示故障設(shè)備或元件及其故障部位。從而方便運行維護人員實時掌握現(xiàn)場各設(shè)備的通訊狀態(tài)，及時維護出現(xiàn)異常的設(shè)備，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。