电力需求侧管理及智能电力监控技术在金属制品行业错峰限电中的应用
缪建梅
安科瑞电气股份有限公司上海 嘉定 201801
一、 行业用户用电特性分析
金属制品业行业按国民生产行业可细分为金属结构制造业（包括制造建筑用金属结构、构件，金属桥梁结构、铁塔、铁架、金属支柱、水闸等）、铸铁管制造业、化工、木材、非金属加工专用设备制造、工具制造业：（①切削工具制造业（重）：包括钻头、铰刀、齿轮刀具、螺纹刀具、车刀、锯片等金属切削工具的生产。量具量仪的生产不列入本类，列入量具量仪制造业；②模具制造业：包括制造各种金属模具等； ③手工具制造业（轻）：包括制造各种扳手、钳子、锤子，挫刀、旋具、锯条及铁、木、泥瓦工工具等；。
该行业分类很细，是较冶炼及压延行业来说规模相对较小且用电负荷普遍不是很大（除个别例外），利用金属为原料通过熔炼、锻造、轧制、冲压等工序完成成品制造，与冶炼及压延行业极具类似性，生产性质一般为三班制连续作业。
金属制品行业用户设备分类表
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类别 |
主要设备 |
备注 |
|
非生产性负荷 |
办公照明、办公电器、分体及中央空调、生活用电（食堂电饭车、电水炉等）、厂区照明及亮化 |
一般 |
|
辅助生产负荷 |
传动液压泵、传送带电机、行车、车间通风轴流风机、电焊机 |
一般 |
|
主要生产性负荷 |
高、中频加热炉、切割机、挤压机、冲压机、焊接机 |
重要 |
|
安全保障负荷 |
电热炉循环冷却水泵、炉体支撑升降液压泵、空压机、车间设备照明、消防及治安用电设备 |
重要 |
二、 行业用户参与错峰限电能力分析
1. 该行业用电负荷大且为连续性负荷不受时段、季节、气候影响，全年无需全面停产检修，因此在全年其他时间都是有负荷可限的。
2. 紧急错峰限电对于该行业难度较大，因其整个生产流程以整条流水线为主体，且中间主要耗电设备高、中频加热炉（占总负荷70%）、响应时间较长需两小时。
3. 该行业用户阶段性错峰时可结合生产状况按要求停止部分流水线即停用其中一条或多条乃至全部。
三、 行业用户参与错峰限电技术方案
（一） 缺口等级IV级参与方案
1. 阶段性错峰：
在执行错峰指令、完成错峰指标的前提下，留用流水线生产设备同时，结合自身生产工艺流程可有选择地在不同时段投入不同的辅助生产设备错峰。由于阶段性错峰具有前瞻性，可提前开始准备，调整生产班次分时段停用响应时间长的设备。如：在非错峰时段增加辅助设备的使用，错峰各时段分别减少辅助设备使用以达到10%以减负效果。同时减少办公用电等非生产性设备使用起到节能辅助效果。
2. 紧急错峰
接到错峰指令后快速停用所有可停辅助设备，如：行车、电焊机等可间断使用设备，同时减少非生产性设备节能辅助。
（二） 缺口等级III级参与方案
1. 阶段性错峰：
由于错峰级别升高（即错峰指标增加），可以在沿用IV级阶段性错峰方案的基础上安排停用流水线，如有2条或以上的可以停用一条多条以达到减负10～15%的效果。
2. 紧急错峰：
接到错峰指令后沿用IV级紧急错峰方案，并采用Ⅲ级阶段性错峰方案的方法,逐步停用流水线。
（三） 缺口等级II级参与方案
1. 阶段性错峰：
随着错峰等级的进一步提升，必须安排停用其主耗电设备高、中频加热炉。
2. 紧急错峰：
接到错峰指令后沿用IV级紧急错峰方案，并采用Ⅲ级阶段性错峰方案的方法,并增加停用流水线数量。
（四） 缺口等级I级参与方案
1. 阶段性错峰：
由有负荷缺口已至最高等级，需要企业尽最大能力支持错峰。
1) 安排全面停产，设备作年度检修；或调整休息日阶段性轮休。
2) 如上述方案有切实困难或实施上述方案后仍需参与错峰时，可以继续采用Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ级阶段性错峰方案及方法尽可能投入最大可控负荷以满足20%以上错峰需要。
2. 紧急错峰：
在未停产的情况下，接到错峰指令后沿用IV级紧急错峰方案，然后根据错峰要求安排停用流水线。
四、 行业用户参与错峰限电风险及注意事项
该行业属高危行业，需注意防止以下事故发生：
1. 失电将使得高、中频炉等的循环冷却系统、支撑及转动系统失效，无法冷却将使炉体受损；无法举升倾转动清空炉料，会使炉料固结在炉内也会使炉体损坏，这都将直接影响恢复周期，造成重大损失；
2. 失电会对生产流水线直接造成损坏，如电脑部件、联动装置等；严重的会导致整条流水线报废造成重大损失。
3. 后续切割机、挤压机、冲压机等生产设备也会应失电卡死，受到不同程度损坏，材料和产品报废乃至造成人员伤害。
因此，该行业用户参与错峰不宜采用强制拉电或遥控设备控制限电，企业应制定有效应急预案，主动配合错峰实施，杜绝恶性事故发生，既担负社会责任又将损失降到最低。
五、智能电力监控的功能与应用
苏州某金属制品厂电能管理系统的配电系统，10/0.4kV配电系统进行用电监测与电能管理；监测范围为新建变电所的T1、T2变压器进线柜，联络柜，温控仪，高压侧仪表及综保进行远程实时监控和电能管理。该系统总计有31只仪表（其中包括26只智能电测仪表ACR220EL，3只中压保护装置AM5，2只温控仪WHD），分3条总线，都是直接通过屏蔽双绞线走管道拉至值班室连接到主机扩展卡上，实现总线上仪表与监控主机的数据连通。
5.1网络结构拓扑图
本监控系统采用分层分布式结构，即站控层，通讯层与间隔层；如图（1）所示：
间隔设备层主要为：多功能网络电力仪表、开关量、模拟量采集模块和智能断路器等。这些装置分别对应相应的一次设备安装在电气柜内，这些装置均采用RS485通讯接口，通过现场MODBUS总线组网通讯，实现数据现场采集。
网络通讯层主要为：通讯服务器，其主要功能为把分散在现场采集装置集中采集，同时
站控管理层：设有高性能工业计算机、显示器、UPS电源、打印机、报警蜂鸣器等设备。监控系统安装在计算机上，集中采集显示现场设备运行状况，以人机交互的形式显示给用户。
以上网络仪表均采用RS485接口和MODBUS-RTU通讯协议，RS485采用屏蔽线传输，一般都采用二根连线，接线简单方便；通讯接口是半双工通信即通信的双方都可以接收、发送数据但是在同一时刻只能发送或接收数据，数据最高传输速率为10Mbps。RS485接口是采用平衡驱动器和差分接收器的组合，抗噪声干扰能力增强，总线上允许连接多达32个设备，最大传输距离为1.2km。
5.2系统功能
5.2.1系统主界面
系统主监控画面，主要实时监测高压回路的运行状态，红色代表合闸，绿色代表分闸，断路器变位时会发出报警信号，提醒用户及时处理故障。本项目10KV高压段采用AM5保护器，软件界面实时显示综保的运行状态，实时显示综保的测量参数。
图（2） 高压系统一次图
低压配电二次图，功能有电量遥测主要监测运行设备的电参量，其中包括：线三相电压，电流，功率，功率因数，电能，频率等电参量及配出回路的三相电流；遥信功能实现显示现场设备的运行状态，主要包括：开关的分、合闸运行状态和通讯故障报警；断路器变位时会发出报警信号，提醒用户及时处理故障。
图（3） 低压配电二次图
5.2.2参数抄表
参数抄表功能，主要完成对低压各出线回路的电参数进线查询。支持任意时刻电参数查询，具备数据导出和报表打印等功能。该报表查询供变电所2台变压器出线各低压回路的电参数，主要包括：三相电流、有功功率和有功电度。该报表各回路名称和数据库关联，方便用户修改回路名称。
图（4） 参数抄表
5.2.3报表统计
用电量报表功能，可选择时间段进行查询，支持任意时间段电度累计查询，具备数据导出和报表打印等功能。为值班人员提供了精确可靠的电能报表。该报表各回路名称和数据库关联，方便用户修改回路名称。
图（5） 电能报表
5.2.4故障报警
系统通讯结构示意图，主要显示系统的组网结构，系统采用分层分布式结构，同时监测间隔层设备的通信状态。红色表示通讯正常，绿色表示通讯故障。
图（6）系统通讯结构示意图
5.2.5负荷趋势曲线
负荷趋势曲线界面中可直观的查看回路的负荷运行情况。查看实时和历史趋势曲线，点击画面相应按钮或菜单项可以完成相应功能的切换；帮助用户进线趋势分析和故障追忆，具备曲线打印功能。为分析整个系统的运行状况提供了直观而方便的软件支持。
图（7）趋势曲线图
六、主要监控产品
（1）高压回路或低压进线回路选ACR220EL仪表
该表主要功能有：LCD显示、全电参量测量（U、I、P、Q、PF、F）；四象限电能计量、复费率电能统计、最大需量统计；4DI+2DO；RS485通讯接口、Modbus协议。外形尺寸：96×96mm，开孔尺寸：88×88mm。适用于低压联络柜、出线柜。
（3）低压出线柜选ARD系列
该表测量三相电流、定值查询、定值整定、过载、断相（不平衡）、堵转、欠载、外部故障、阻塞、欠压等保护功能、8DI+4DO、电能管理、漏电保护、SOE记录、多种起动模式、RS485通讯接口、MODbus协议/Profibus-DP协议可选。
（4）节能产品可选导轨表或APF有源滤波装置
照明箱DDSF1352电表主要功能：电流规格1.5(6)A、5(20)A、10(40)A、20(80)A可选、复费率电能统计、电能脉冲输出、RS485通讯接口、Modbus协议或DL/T 645规约可选。外形尺寸：76×89×74mm，4模数。适用于照明箱的电流、电压测量；单相电能计量。
ARD
DTSF1352导轨式电表主要功能：电流规格1.5(6)A、5(20)A、10(40)A、20(80)A可选、复费率电能统计、电能脉冲输出、RS485通讯接口、Modbus协议或DL/T 645规约可选。外形尺寸：126×89×74mm，7模数。适用于照明箱的三相电能计量。
DTSD1352导轨式电表主要功能：LCD显示、全电参量测量（U、I、P、Q、PF、F、S）；四象限电能计量、复费率电能统计、最大需量统计；电流规格1.5(6)A、5(20)A、10(40)A、20(80)A可选、RS485通讯接口、Modbus协议或DL/T 645规约可选。外形尺寸：126×89×74mm，7模数。适用于动力柜。
ANAPF系列有源电力滤波装置，以并联方式接入电网，通过实时检测负载的谐波和无功分量，采用PWM变流技术，从变流器中产生一个和当前谐波分量和无功分量对应的反向分量并实时注入电力系统，从而实现谐波治理和无功补偿。
七、设备清单
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序号 |
名称 |
型号、规格 |
单位 |
数量 |
备注 |
|
1 |
电力仪表 |
|
|
|
|
|
M5-B |
只 |
3 |
安科瑞 |
||
|
ACR220EL |
只 |
26 |
安科瑞 |
||
|
|
WHD48-11/HF |
只 |
2 |
安科瑞 |
|
|
2 |
监控中心值班室 |
|
|
|
安科瑞 |
|
|
操作台 |
YT-341 |
套 |
1 |
香河 |
|
|
工作站主机 |
IPC-610L/769VG/E5300/2G/500G/DVD/88小键+鼠标（原装整机标配）2个串口 |
台 |
1 |
研华 |
|
|
显示器 |
L197WA |
台 |
1 |
联想 |
|
|
UPS电源 |
C1K/1KVA |
台 |
1 |
SANTAK |
|
|
打印机 |
HP 1108 A4幅面 |
台 |
1 |
惠普 甲供 |
|
|
系统软件 |
正版微软WINDOWS XP/SP3 |
套 |
1 |
微软 甲供 |
|
|
工业网络交换机 |
D- |
台 |
1 |
D- |
|
|
工业串口服务器 |
NPORT5232I RS485接口×2 带光隔 |
台 |
4 |
MOXA |
|
|
工业开关电源 |
KDYA-DG30-24K |
只 |
4 |
华力 |
|
|
电能管理软件 |
系统组态软件Acrel-3000V6 |
套 |
1 |
安科瑞 |
|
|
电能管理软件 |
数据存储软件Acrel-dbSQL |
套 |
1 |
安科瑞 |
|
|
电能管理软件 |
电能管理软件Acrel-EnerSys |
套 |
1 |
安科瑞 |
|
|
电能管理软件 |
设备驱动软件Acrel-Driver |
套 |
1 |
安科瑞 |
|
|
光电转换器 |
单模光电转换HTB-1100S（25km) |
只 |
8 |
|
|
3 |
工程材料 |
|
|
|
|
|
|
通讯线缆 |
单模4芯光纤 |
千米 |
2 |
|
|
|
通讯线缆 |
屏蔽双绞线RVVSP 2*0.75 |
千米 |
0.2 |
起帆 |
|
|
通讯线缆 |
BVR 1.5mm |
千米 |
4 |
|
|
|
工程辅材 |
拖线板、转换线、线管、标牌等 |
套 |
1 |
|
|
|
计量箱 |
每个变电所内配置1台共需4台。 |
只 |
4 |
|
|
|
光纤附件 |
含熔接、尾纤、法兰、跳线等 |
套 |
4 |
|
|
4 |
工程施工及调试 |
|
|
|
|
|
|
通讯线缆铺设 |
|
米 |
2200 |
|
|
|
综合调试 |
|
人/天 |
25 |
|
|
|
设备运输费用 |
|
项 |
1 |
|
|
|
培训费用 |
|
项 |
1 |
|
|
|
施工改造费用 |
|
项 |
1 |
|
参考文献：
[1]安科瑞电气股份有限公司系统解决方案.2013.1版.
[2]《电力电测数字仪表原理与应用指南》，任致程、周中，中国电力出版社。
[3] 金属制品行业错峰限电技术指导.
作者简介：
缪建梅，女，本科，安科瑞电气股份有限公司，主要研究方向为智能电网供配电，Email: 2880157864@qq.com 手机：15618860710 QQ:2880157864