缪建梅
安科瑞电气股份有限公司 上海嘉定
摘 要：随着电力工业的快速发展和国家对工业企业节能减排的力度加大，企业用电成本已成为衡量现代化高效率工厂的重要指标。电能管理软件的应用大大提高了企业电能量的利用效率和管理水平，本文介绍基于网络电力仪表的Acrel-3000电能管理系统在中材萍乡水泥有限公司电能管理中的应用，系统实现了分散式采集和集中控制管理的智能化、数字化、网络化电能管理。
关键词：企业电能管理；电能管理系统；水泥；
1、项目概况
中材萍乡水泥有限公司成立于2008年，注册资金38861.775万元，隶属于中国中材集团，专业从事水泥的生产、销售。公司目前主要生产：32.5级复合硅酸盐水泥和42.5级普通硅酸盐水泥。中材萍乡水泥有限公司4500t/d熟料水泥生产线项目位于萍乡市上栗县福田镇连陂村，最终产品为水泥和熟料。
中材萍乡水泥有限公司已于2011年在新线35kV总降变电所建成智能配电管理系统，实现对总降变19个用电回路的计量。由于企业的智能化管理需求，需要对整个厂区关键生产设备的科学管理，对重点用电回路的用电状况进行全过程连续监测、集中控制、统一调度，同时按照国家有关节约能源的法规、标准及行业有关规定，制定各用能部门、主要耗能设备和生产工序（工艺）的能耗定额，并将各项定额逐级下达，并对定额的完成情况进行考核和奖惩。
中材萍乡水泥有限公司厂区重点用电回路分别分布于1线原料高压室、1线窑尾电气室、1线窑头电器室、2线原料电器室、2线原料配料电气室、1线水泥电气室、2线窑尾电气室、石灰石电气室、2线水泥磨电气室、2线窑头电气室、厂前区户外变压器、1线余热电气室以及2线余热电气室等共计13个电器室内。
2、初步方案设想
1）中材萍乡水泥有限公司每月总用电量在2千万度左右，电力成本支出较高，但是能源计量系统仅限于35kV总降变，缺乏整体的能源计量体系，无法覆盖到全厂区因此需要建立一套有效的电能管理系统，用于企业内部考核管理，并此基础上逐步整理完善电力运行参数数据库，对数据进行多层次多方面的开发利用（如决策需要、电能分析、数据报送）。同时通过网络技术使之成为作为中材萍乡水泥厂信息化系统的重要子系统，以实现智慧厂区和数字厂区。
2）部分回路在特定时期功率会非常大，通过实时监控手段对该部分回路进行有功功率监视，当功率达到一定值（该值可以由用户确定后并设定好），可以通过声光报警提醒系统管理人员。
3）企业生产所产生的余热可以再利用，进行余热发电，对这部分回路进行发电量统计。
4）对企业的生产用电进行记录，按照每天早中晚三班进行考核，早班时间为8：00am~4:00pm，中班为4:00pm~12:00pm，夜班为0：00am~8:00am。每周将总降变电所数据与生产线配电室数据比对一次，每月与供电局提供的耗电数据比对，以此作为考核各班组产能能耗的依据
整个系统通过多功能的电力监控装置、通讯网络和计算机软件，实现企业供配电系统在运行过程中的数据采集、运行监视、事故预警、事故记录和分析、电能质量检测、三相不平衡监视等，完成企业的安全供电、电能管理、设备管理和运行管理。
3、设计方案
3.1整体方案设计
整个企业的配电系统包括13个电气室，其中1线原料高压室内共计15个回路、1线窑尾电气室内共计11个回路、1线窑头电器室内共计9个回路、1线水泥电气室内共计7个回路、2线原料电器室内共计25个回路、2线原料配料电气室内共计4个回路、2线窑尾电气室内共计1个回路、石灰石电气室内共计7个回路、2线水泥磨电气室内共计21个回路、2线窑头电气室内共计20个回路、厂前区户外变压器内共计3个回路、1线余热电气室内共计2个回路、2线余热电气室内共计2个回路，各电气室在设计之初只有部分回路安装了数字式电能表，其余均未安装智能电表，不符合企业智能化需求，因此此需要对该部分回路进行改造，加装智能电表。
本着实用性的原则，本方案对已经安装电力仪表的回路不做改造，系统能够很好的兼容原配电柜内安装的电力仪表，对于未安装智能电表的回路全部加装数字式多功能电表，通过485总线接入通讯管理机。
3.2网络结构
整个系统采设计了一套Acrel3000电能管理系统，采用分层分布式结构，即现场设备层、网络管理层、监控管理层，如图1所示：
图1
整套电能管理系统监控管理层包括电能管理主机、打印机、UPS电源等，整个系统的核心Acrel3000电能管理软件安装于电能管理主机，UPS电源作为不间断电源，当设备供电出现故障时，可以保证电能管理主机正常运行，电能数据不丢失。监控中心设置在办公楼中央控制室，各电气室内仪表通过485总线连接至环网交换机IES605-2F-2D，IES605-2F-2D具有2个485接口、3个以太网接口以及2对光纤接口。各电器室与中央控制是之间通过光纤环网传输数据。光纤环形网是目前最先进的网络拓扑结构，它的自愈性功能好，具有生存能力强，网络传输稳定性和可靠性高，当线路干线中有一个点出现问题时（比如主干线某处被车挂断），系统可以利用它的自愈功能自动切换到备用线路上，保持信号畅通。
各用电回路电能数据的采集主要通过ACR以及PZ系列网络多功能仪表进行电能信息的基础采集，这些采集设备可独立完成数据采集、计算、通讯等功能，一个设备出现问题时，不会影响其他设备正常运行。所有这些设备均有485通讯接口，可以通过RS485总线连接到网络层。
针对各低压变电所比较分散，底层各智能电表具备RS485接口，网络通讯介质采用屏蔽双绞线，通讯协议采用Modbus通讯规约，通过RS485总线方式将数据传送至环网交换机，并经过建设的光线专网将数据上传至电能管理主机。
整个配电系统以计算机站控管理系统为核心，采用现代通讯技术，对整个配电系统的用电状况进行统一管理，实时监测每个环节、每种设备的用电量；实时监测、监督电能质量，及时发现用电故障，避免用电的浪费。
3.3软件设计及系统功能
企业电能管理系统核心是一套强大的用电及能效分析管理系统，通过在线的用电数据信息采集、处理、分析和统计，帮助企业全面的了解真实用电情况、用电环境及生产效率水平。但是电能管理系统的建立只是起到一个管理工具的作用，企业需要建立一套符合企业实际情况的考核制度，企业的节能大目标层层分解、逐级落实，全员参与，能源计量体系是基础，节能设备是辅助，节能管理制度才是根本，因此本系统中为设计了部分定额和绩效考核方案：
依据《综合能耗计算通则》（GB/T2589-2008）中的定义，综合能耗分为四种：综合能耗、单位产值综合能耗、产品单位产量综合能耗、产品单位产量可比综合能耗，综合能耗需将各类能源消耗实物量折算成标准煤，折算系数可参照该标准。
通过系统可以查询每个月或整个年度的综合能耗，相关报表如下：
|
电(kWh) |
|
|
吨标煤(tce) |
|
|
能源金额(万元) |
|
|
产值(万元) |
|
|
产量 |
|
|
单位产值综合能耗 |
|
|
产品单位产量综合能耗 |
|
|
201×年×月×日中材萍乡水泥有限公司生产车间及班组能耗统计表 |
|||||||||||
|
车间 |
甲班 |
乙班 |
当日小计 |
||||||||
|
07：00 至 18：00 |
19:00 至 06:00 |
||||||||||
|
用电 |
金额 |
产品 |
产品 |
用电 |
金额 |
产品 |
产品 |
用电 |
产品 |
产品 |
|
|
车间1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
车间2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
车间3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
数据采集与管理
数据采集与处理是电能管理系统电能管理实现的基础，系统能实时和定时采集电气设备的模拟量（电流、电压、功率、电度、频率、）。系统管理软件可以通过网络直接读取各变电所智能电表采集的数据，并可以对采集的所有数据进行显示、统计、分析、计算和存储。 实时计算各线路的功率因数。
实时计算各线路的有功、无功功率值。
实时计算每日、每月各条线路的有功，无功最大、最小及平均值。
实时显示、统计各回路各时段的电度值,对电能数据进行分时计费统计,根据用户要求具有多种分时计费(尖、峰、谷、平值等)方案和费率的种类。实时显示、统计各回路每日、每月、每年的有功电度总值和无功电度总值
实时显示电容的投切状态以及手动/自动状态。
数据采集周期、方式、参数等可由用户在线定义，状态量的变化优先传送。
信息处理
对信号采集系统所采集实时数据进行统计、分析、计算，将数据进行定时存储。对同用电单位不同时期、不同用电单位同一时期用电量进行统计；作为电费的管理平台，与实际发生电费进行比较。
清晰的反映整个企业各个部门、班组的用电构成，帮助企业建立合理的用电管理考核制度，对不同的班组、不同车间分别设计用电管理报表。对于各用电设备使用时间进行统计，计算出各设备单位时间耗能，为今后能源改造提供数据依据。
电能报表实现了实现了所有电能数据的按时间查询，分为分钟、小时、日、月年等多种类型，通过电能管理报表，对各分线电能分别计量统计并与总进线进行匹配，建立完整的电能计量体系，找出用电管理的盲区、误区。电能汇总如图2所示
图2
画面显示
19寸彩色液晶显示作为人机交互界面，实时显示配电系统各种信息画面，包括厂区平面图、一次配电系统图、实时参数显示、负荷趋势查询、设备运行时间、事件报警等。
图3所示为传染病房低压一次配电系统图：
图3
用电趋势
对任何测量参数绘制趋势图：如电流、电压、功率等。通过用电曲线图可以显示需量的峰值情况，发现危险地负荷趋势或系统的剩余容量。可以将不同时间段的负荷曲线进行汇总或比较，追踪每个用电单位每个回路所需消耗的电力成本。用电趋势如图4所示：
图4
告警与控制
当出现通讯故障、遥测越限或其他报警信号时，系统发出音响提示，并自动弹出报警画面，报警需操作员确认后方可复位，报警系统记录入监控数据库。 当发生开关变位时，自动推出时间报警窗和故障相关画面，画面中变位开关闪烁，变色提示并在报警框内有汉字提示的报警语句及当前的变位状态，并指明变位开关名称，运行编号和性质（正常操作或事故跳闸）。 当发生电流/电压越限时，画面闪烁提示，并在报警提示框里显示当前越限值。 监控系统自动存储历史数据和历史事件，用户可以按照设备，数据类型，时间段等等项目自定义查询。 除计算机报警外，系统还设有专门的声光报警器，以提醒值班人员。报警界面如下图所示：
4、结束语
该项目所采用的Acrel300电能管理系统已经于2014年正式投入运行，整个系统运行稳定、安全。系统为各重点用电回路安装多功能电表，建立电能管理体系，制定用能绩效考核方案，通过计算机网络和信息化技术，对重点用电回路进行用电量计量，提供了大量实时、准确的电力数据，摸清能源流向、了解能源组成，同时通过电能管理软件提供的各类图表、报表，为管理者进行内部计量考核、安全用电做出了数据依据用，方便用户的找到用能不合理之处，指导用户进行有针对性的管理措施和节能改造措施。
作者简介：缪建梅，本科，任职单位：现任职于安科瑞电气股份有限公司。联系电话：021-59104833，手机：18702112007，QQ：2880157864，网址：http://it.shacrel.cn