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淺談電能管理系統(tǒng)在某軋鋼廠的應用

更新時間：2023-01-28　點擊次數(shù)： 405次

劉細鳳

安科瑞電氣股份有限公司上海嘉定 201801

摘要：結合某軋鋼廠的現(xiàn)狀和電能管理軟件的優(yōu)勢應用，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。

關鍵詞：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)電氣設備的管理工作具有更加先進的水平，重視廠內(nèi)電氣設備的維護及管理，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備，淘汰落后工藝，改進技術裝備，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置，采集的全部數(shù)據(jù)應帶有完整的數(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)采集服務器異常斷電導致的數(shù)據(jù)缺失，數(shù)據(jù)采集程序應具有完整的數(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，可靈活設置不同的操作權限，操作要在具有控制權限的工作站和操作員登陸并輸人操作密碼后方可進行。操作員需具有相應的操作權限，在同一時間只能對同一設備進行操作。

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)結構圖、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)設備在線狀態(tài)監(jiān)測

圖5 線路監(jiān)測月報

按照用電設備監(jiān)測終端的實際組網(wǎng)結構，直觀展示整體通訊結構，并通過浮動畫面的形式，直觀展示廠區(qū)各類重點用能設備的基本信息、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)，為設備維護提供依據(jù)。對服務器狀態(tài)和通訊鏈路進行監(jiān)測，通過網(wǎng)絡拓撲結構圖監(jiān)視服務器，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設備運行分析與離線設備統(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)，將未投運設備明細以列表的形式展示，未投運設備按照日、月為周期分別統(tǒng)計。

管理軟件具有設備通信狀態(tài)在線監(jiān)測功能，實時在線監(jiān)測各個監(jiān)測點設備的通信狀態(tài)，以列表的形式顯示監(jiān)測節(jié)點設備的節(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)。電力需求側軟件的報表功能應包括：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的最值和差值報表。報表上的采樣數(shù)據(jù)可經(jīng)授權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。控制電能的消耗要先從基礎數(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)了全廠設備耗電量的網(wǎng)絡監(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，電能消耗最大的設備是主傳動設備。其次是MCC所帶設備，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。構建智能用電服務體系，全面推廣用戶端智能儀表、智能用電管理終端等設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、客戶用電管理系統(tǒng)、需求側管理等課題。

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)能改造或設備升級提供準確的數(shù)據(jù)支撐。

3.2應用場所

（1）辦公建筑（商務辦公、大型公共建筑等）；

（2）商業(yè)建筑（商場、金融機構建筑等）；

（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)結構

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、地刀等合、分狀態(tài)，以及有關故障、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?，鼠標單擊可查看該回路詳細電參量，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潆娀芈窋嗦菲鳌⒏綦x開關、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、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及保護保測控裝置具備遙控功能等硬件設備的支持。

3.4.10用戶權限管理

系統(tǒng)為保障系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行，設置了用戶權限管理功能。通過用戶權限管理能夠防止未經(jīng)授權的操作（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)的各設備的通訊狀態(tài)，能夠完整的顯示整個系統(tǒng)網(wǎng)絡結構；可在線診斷設備通訊狀態(tài)，發(fā)生網(wǎng)絡異常時能自動在界面上顯示故障設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)場各設備的通訊狀態(tài)，及時維護出現(xiàn)異常的設備，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。