管理 - 電能管理系統(tǒng)在中材萍鄉(xiāng)水泥4500t/d生產(chǎn)線改造上的應(yīng)用
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摘要：隨著電力系統(tǒng)的快速發(fā)展，用電負(fù)荷的持續(xù)增長、各種新型負(fù)載的不斷出現(xiàn)和國家對(duì)節(jié)能減排的嚴(yán)格要求，使得用戶更加需要有效的電能管理方案來應(yīng)對(duì)上訴變化所帶來的挑戰(zhàn)，以實(shí)現(xiàn)輸配電系統(tǒng)的可靠、效、低耗的運(yùn)行。
本文介紹基于acr多功能網(wǎng)絡(luò)電力儀表的acrel-3000電能管理系統(tǒng)在中材萍鄉(xiāng)水泥4500t/d新線的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了分散式采集和集中控制管理的智能化電能計(jì)量管理。
關(guān)鍵詞： 水泥廠；用電大戶；班組用電
淮亞利
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801
摘要：隨著電力系統(tǒng)的快速發(fā)展，用電負(fù)荷的持續(xù)增長、各種新型負(fù)載的不斷出現(xiàn)和國家對(duì)節(jié)能減排的嚴(yán)格要求，使得用戶更加需要有效的電能管理方案來應(yīng)對(duì)上訴變化所帶來的挑戰(zhàn)，以實(shí)現(xiàn)輸配電系統(tǒng)的可靠、效、低耗的運(yùn)行。
本文介紹基于acr多功能網(wǎng)絡(luò)電力儀表的acrel-3000電能管理系統(tǒng)在中材萍鄉(xiāng)水泥4500t/d新線的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了分散式采集和集中控制管理的智能化電能計(jì)量管理。
關(guān)鍵詞： 水泥廠；用電大戶；班組用電考核；電能管理系統(tǒng)
0 引言
中材萍鄉(xiāng)水泥有限公司是江西省萍鄉(xiāng)市的用電大戶，老生產(chǎn)線每年電費(fèi)支出達(dá)幾千萬人民幣，故用戶非常注重班組用電考核。因安科瑞為其老生產(chǎn)線設(shè)計(jì)的電能管理系統(tǒng)運(yùn)行表現(xiàn)良好，4500t/d新生產(chǎn)線的電能管理系統(tǒng)仍由安科瑞設(shè)計(jì)。
1 項(xiàng)目概述
中材萍鄉(xiāng)水泥有限公司成立于2008年，注冊(cè)資金38861.775萬元，隸屬于中國中材集團(tuán)，專業(yè)從事水泥的生產(chǎn)、銷售。公司目前主要生產(chǎn)：32.5級(jí)復(fù)合硅酸鹽水泥和42.5級(jí)普通硅酸鹽水泥。中材萍鄉(xiāng)水泥有限公司4500t/d熟料水泥生產(chǎn)線項(xiàng)目位于萍鄉(xiāng)市上栗縣福田鎮(zhèn)連陂村，終產(chǎn)品為水泥和熟料。項(xiàng)目于2010年5月開工建設(shè)，計(jì)劃于2011年9月完工，項(xiàng)目靜態(tài)總投資2.8億元。
中材萍鄉(xiāng)水泥4500t/d新線的供電由福田鎮(zhèn)供電局引兩路110kv供電線路至新線總降變電所，通過25000mva的1#主變和31500mva的2#主變降壓至10kv并配出到廠區(qū)窯頭、窯尾、原料磨、水泥磨、石灰石破碎等各個(gè)生產(chǎn)線配電室。試運(yùn)行階段新生產(chǎn)線由老廠區(qū)供電，如今生產(chǎn)線投產(chǎn)，供電線路正常運(yùn)作，1#主變未投，靠2#主變?yōu)檎麠l新線的生產(chǎn)供電。
新生產(chǎn)線10kv配電系統(tǒng)接線方式為三相四線，兩路進(jìn)線之間設(shè)有母聯(lián)。總降配電系統(tǒng)一次圖如下：
2 需求分析
中材萍鄉(xiāng)水泥新線先期針對(duì)總降變電所各回路進(jìn)行電度計(jì)量，視生產(chǎn)線使用情況決定是否將電能管理系統(tǒng)擴(kuò)大至生產(chǎn)線各10kv配電系統(tǒng)，新線0.4kv配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)中不做計(jì)量功能。
10kv總降配電室有10kv開關(guān)柜27臺(tái)，其中19個(gè)回路需要做電度計(jì)量，而兩臺(tái)主變10kv和110kv側(cè)及110kv總進(jìn)線這5個(gè)回路需要單獨(dú)做電度計(jì)量。3個(gè)備用回路將來可能改成余熱利用發(fā)電，需計(jì)量反向電度。
用戶每兩小時(shí)做一次生產(chǎn)用電量記錄，按照每天早中晚三班進(jìn)行考核，早班時(shí)間為8：00am~4:00pm，中班為4:00pm~12:00pm，夜班為0：00am~8:00am。每周將總降變電所數(shù)據(jù)與生產(chǎn)線配電室數(shù)據(jù)比對(duì)一次，每月與供電局提供的耗電數(shù)據(jù)比對(duì)，以此作為考核各班組產(chǎn)能能耗的依據(jù)。
3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案
3.1 設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)
dl/t 698 電能信息采集與管理系統(tǒng)
dl/t 698.1-2009 第1部分： 總則
dl/t 698.2-2010 第2部分： 主站技術(shù)規(guī)范
dl/t 698.31-2010 第3.1部分： 電能信息采集終端技術(shù)規(guī)范-通用要求
dl/t 698.35-2010第3-5部分： 電能信息采集終端技術(shù)規(guī)范-低壓集中抄表終端特殊要求
dl/t 698.41-2010第4-1部分： 通信協(xié)議-主站與電能信息采集終端通信
dl/t 698.42-2010第4-2部分： 通訊協(xié)議-集中器下行通信協(xié)議
dl/t/814-2002 配電自動(dòng)化系統(tǒng)功能規(guī)范
gb/t/3047.1 面板、架和柜的基本尺寸系列
dl/t5137-2001 《電測(cè)量及電能計(jì)量裝置設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》
gb2887 計(jì)算站場(chǎng)地技術(shù)條件
3.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
整個(gè)系統(tǒng)采設(shè)計(jì)了一套acrel-3000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：
.png)
圖1
本項(xiàng)目中，通過在總降10kv開關(guān)柜上安裝上海安科瑞電氣股份有限公司acr320e系列多功能電力儀表來實(shí)現(xiàn)變電所各回路電度計(jì)量。另由珠海萬利達(dá)在總降二樓中控室使用與開關(guān)柜同型號(hào)儀表組電度表屏用以計(jì)量新線110kv進(jìn)線、1#2#主變壓側(cè)及低壓側(cè)的正向有功、無功電度。此外，在原料磨、水泥磨、窯頭、窯尾、石灰石破碎等處生產(chǎn)線配電室10kv開關(guān)柜上也裝有acr320e系列儀表。電能管理系統(tǒng)先期只將總降配電室和中控室的多功能儀表進(jìn)行后臺(tái)組網(wǎng)，即現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層由總降配電室和中控室內(nèi)所有acr320e系列儀表組成。現(xiàn)場(chǎng)儀表采用屏蔽雙絞線rvvsp2*1.0作為rs485總線的傳輸介質(zhì)，每一根485總線上掛接的儀表設(shè)備數(shù)量不過20臺(tái)，線路總長不過100米，以此保證數(shù)據(jù)鏈路的穩(wěn)定性。本項(xiàng)目中，24塊儀表分成2路，即配電室的19臺(tái)儀表和中控室的5臺(tái)儀表分別通過一根485總線與后臺(tái)系統(tǒng)通訊。
現(xiàn)場(chǎng)儀表配置清單如下：
|
序號(hào) |
柜號(hào) |
回路名稱 |
儀表型號(hào) |
端口號(hào) |
儀表地址 |
ct(*/5) |
|
1 |
zj1 |
1#站用變 |
/ |
port1 |
/ |
/ |
|
2 |
zj2 |
1#電容器 |
acr320e |
2 |
300 | |
|
3 |
zj3 |
備用2 |
acr320e |
3 |
400 | |
|
4 |
zj4 |
備用1 |
acr320e |
4 |
400 | |
|
5 |
zj5 |
2#電容器 |
acr320e |
5 |
300 | |
|
6 |
zj6 |
1期原料磨配電站1#線 |
acr320e |
6 |
400 | |
|
7 |
zj7 |
1#變主進(jìn)線 |
/ |
/ |
/ | |
|
8 |
zj8 |
i段pt |
/ |
/ |
/ | |
|
9 |
zj9 |
2期水泥磨配電站1#線 |
acr320e |
9 |
400 | |
|
10 |
zj10 |
1期原料磨配電站2#線 |
acr320e |
10 |
400 | |
|
11 |
zj11 |
1期水泥磨配電站 |
acr320e |
11 |
400 | |
|
12 |
zj12 |
廠前區(qū)配電站 |
acr320e |
12 |
400 | |
|
13 |
zj13 |
1期+2期石灰石破碎配電站 |
acr320e |
13 |
400 | |
|
14 |
zj14 |
分段開關(guān) |
/ |
/ |
/ | |
|
15 |
zj15 |
隔離 |
/ |
/ |
/ | |
|
16 |
zj16 |
2期原料磨配電站1#線 |
acr320e |
16 |
400 | |
|
17 |
zj17 |
2期原料磨配電站#2線 |
acr320e |
17 |
400 | |
|
18 |
zj18 |
2期水泥磨配電站2#線 |
acr320e |
18 |
400 | |
|
19 |
zj19 |
#2變主進(jìn)線 |
/ |
/ |
/ | |
|
20 |
zj20 |
備用3 |
acr320e |
20 |
400 | |
|
21 |
zj21 |
ii段pt |
/ |
/ |
/ | |
|
22 |
zj22 |
4#電容器 |
acr320e |
22 |
300 | |
|
23 |
zj23 |
3#電容器 |
acr320e |
23 |
300 | |
|
24 |
zj24 |
保安電源 |
acr320e |
24 |
400 | |
|
25 |
zj25 |
2期窯尾配電站 |
acr320e |
25 |
400 | |
|
26 |
zj26 |
2期窯頭配電站 |
acr320e |
26 |
400 | |
|
27 |
zj27 |
2#站用變 |
/ |
/ |
/ | |
|
28 |
pdp1 |
110kv進(jìn)線多功能表 |
acr320e |
port2 |
1 |
600/5 |
|
29 |
pdp2 |
1#主變壓側(cè)多功能表 |
acr320e |
2 |
300/5 | |
|
30 |
pdp3 |
2#主變壓側(cè)多功表 |
acr320e |
3 |
300/5 | |
|
31 |
pdp4 |
1#主變低壓側(cè)多功能表 |
acr320e |
4 |
3000/5 | |
|
32 |
pdp5 |
2#主變低壓側(cè)多功能表 |
acr320e |
5 |
3000/5 |
因先期系統(tǒng)較小，通訊管理層設(shè)備選取了korenix所產(chǎn)的4口串口服務(wù)器jetport5604i，可以同時(shí)集成4路rs485總線并帶有光電隔離功能。串口服務(wù)器安裝在中控室網(wǎng)絡(luò)機(jī)柜中，通過工業(yè)以太網(wǎng)tcp/ip協(xié)議與站控管理層連接，以太網(wǎng)傳輸介質(zhì)為五類stp屏蔽線。本項(xiàng)目中預(yù)留了工業(yè)網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)以備今后系統(tǒng)擴(kuò)容。
站控管理層主要設(shè)備是dell的工作站、山特1kva的塔式ups電源以及惠普的a4幅面打印機(jī)，操作系統(tǒng)軟件windows xp sp3，電能管理系統(tǒng)軟件為acrel-3000系列產(chǎn)品。
本項(xiàng)目全部設(shè)備均使用有線式連接，通訊組網(wǎng)施工于新線生產(chǎn)線啟動(dòng)前完成，在試運(yùn)行期間完成系統(tǒng)調(diào)試，電能管理系統(tǒng)于2011年12月與生產(chǎn)線同時(shí)投運(yùn)。
3.3 系統(tǒng)功能
數(shù)據(jù)采集與管理
配電需要的數(shù)據(jù)采集主要通過acr320e網(wǎng)絡(luò)多功能儀表、pt、ct等裝置，將現(xiàn)場(chǎng)各用電設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)，包括：電流、電壓、有功功率、無功功率、功率因數(shù)、有功電度等遙測(cè)信息及斷路器分合閘狀態(tài)等遙信狀態(tài)進(jìn)行采集。儀表均通過485總線連接至智能通訊服務(wù)器，并通過以太網(wǎng)接口接入至電能管理主機(jī)acr320e網(wǎng)絡(luò)多功能儀表采用rs485接口和modbus-rtu通訊協(xié)議，rs485采用屏蔽線雙絞線傳輸，接線簡單方便；通訊接口是半雙工通信，數(shù)據(jù)傳輸速率為10mbps。rs-485接口是采用平衡驅(qū)動(dòng)器和差分接收器的組合，抗噪聲干擾能力增強(qiáng)，總線上允許連接多達(dá)32個(gè)設(shè)備，大傳輸距離為1.2km。
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；根據(jù)移動(dòng)油機(jī)發(fā)電量，對(duì)消耗燃油進(jìn)行估算。
清晰的反映全廠各個(gè)部門的用電構(gòu)成，建立標(biāo)桿部門，通過與標(biāo)桿部門的比較，發(fā)現(xiàn)偷電、漏電、長明燈、未使用設(shè)備下電等環(huán)節(jié)；對(duì)不同的節(jié)能方案節(jié)能效果的評(píng)估，有利于有針對(duì)性地選擇節(jié)能措施，還可以作為合同能源管理項(xiàng)目的計(jì)量系統(tǒng)；
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，分為分鐘、小時(shí)、日、月年等五種類型；
電能匯總表，所有監(jiān)控設(shè)備電能匯總，按時(shí)間段查詢，自動(dòng)計(jì)算任意時(shí)段用電量；
打印及導(dǎo)出，所有報(bào)表及界面均可打印，或以excel、word格式導(dǎo)出；
電能報(bào)表如圖2所示
圖2
畫面顯示
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)各種信息畫面，包括各斷路器當(dāng)前狀態(tài)、各回路當(dāng)前電壓、電流、功率等測(cè)量值的實(shí)時(shí)信息。聲光提示報(bào)警信息、保護(hù)設(shè)備動(dòng)作及復(fù)位信息，詳細(xì)界面如圖3所示：
圖3
用電趨勢(shì)
負(fù)荷趨勢(shì)曲線提供了某一段時(shí)間內(nèi)該回路的負(fù)荷趨勢(shì)，方便管理員掌握用電設(shè)備的運(yùn)行狀況，通過對(duì)歷史數(shù)據(jù)的分析，可為今后新增部門和設(shè)備提供科學(xué)的用電量估算；通過分析大樓內(nèi)每個(gè)設(shè)備的用電量和設(shè)備的品牌、型號(hào)、使用年限等設(shè)備詳細(xì)信息來評(píng)估設(shè)備用電是否合理；通過大樓內(nèi)各部門用電同比、環(huán)比的報(bào)表分析，得出各設(shè)備用電是否合理； 對(duì)某一節(jié)能設(shè)備或技術(shù)在使用一定時(shí)間后，評(píng)測(cè)的節(jié)能效率是否與當(dāng)初的預(yù)計(jì)一致。用電趨勢(shì)如圖4所示：
圖4
告警與控制
告警的提示和通知模塊可以將日常監(jiān)控系統(tǒng)管理模塊統(tǒng)計(jì)的異常數(shù)據(jù)進(jìn)行分類整理，對(duì)出標(biāo)桿電量一定范圍的數(shù)據(jù)，通過硬件的支持發(fā)出聲光、短信、工單等形式的告警，報(bào)警查詢界面如圖5所示：
報(bào)警提示框顯示報(bào)警發(fā)生的時(shí)間、回路名、回路用途、數(shù)據(jù)點(diǎn)、數(shù)據(jù)點(diǎn)說明和報(bào)警內(nèi)容（若是過負(fù)荷報(bào)警還將顯示被報(bào)警的電流值和所設(shè)定的報(bào)警限值）
4 結(jié)束語
該項(xiàng)目所采用的acrel-3000電能管理系統(tǒng)已經(jīng)于2011年底正式投入運(yùn)行，整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、安全，極大的方便了用戶的使用，提供了大量實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確的電能數(shù)據(jù)，為管理者進(jìn)行內(nèi)部計(jì)量考核做出了只管依據(jù)，為進(jìn)一步的節(jié)能管理及節(jié)能措施的實(shí)施打下了基礎(chǔ)。
參考文獻(xiàn)
任致程，周中. 電力電測(cè)數(shù)字儀表原理與應(yīng)用指南[m]. 北京. 中國電力出版社. 2007.4
上一條：三菱FR-A740-220K-CHT 三菱伺服電機(jī)控制器 MR-J2S