淺析工廠電能管理系統(tǒng)改造與產(chǎn)品選型

關(guān)鍵詞：工廠供電；電能管理；智能改造；節(jié)能降耗

0引言

能源是經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要基礎(chǔ)，為響應(yīng)國(guó)家電力需求側(cè)改革的號(hào)召，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，節(jié)能降耗是首要任務(wù)。為提升能源管理水平，滿足各部門數(shù)據(jù)需要，公司決定增加一套新的能源管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過互聯(lián)網(wǎng)與辦公電腦相連接，真正實(shí)現(xiàn)在辦公室遠(yuǎn)程管理及察看公司的用電情況。

1公司電能管理現(xiàn)狀

公司配電室輸出的每一路用電均用機(jī)械電度表計(jì)量，目前統(tǒng)計(jì)方式是每月在固定的時(shí)間抄一次電表，通過減去上月同一時(shí)段的電表讀數(shù)，得出一個(gè)月的電能使用量。這種計(jì)量及統(tǒng)計(jì)方法，只能知道每個(gè)月的總量。但不清楚每一時(shí)段的用電量及負(fù)荷情況。這給能源成本分析帶來相當(dāng)?shù)穆闊荒芎軠?zhǔn)確的找出能耗變化的真正原因。特別像汽車玻璃水平鋼化爐，耗電大，由于電耗與生產(chǎn)模式、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)有很大的關(guān)系，經(jīng)常出現(xiàn)某月每平方米電耗突然增高。由于整個(gè)月的品種多，產(chǎn)量大，僅僅靠每月一次的統(tǒng)計(jì)，無(wú)法了解整個(gè)能耗過程，只能粗略的分析相關(guān)原因。這種計(jì)量及統(tǒng)計(jì)方法很難滿足公司管理的要求。

2電能管理系統(tǒng)的選型

通過網(wǎng)上查詢相關(guān)信息,了解到國(guó)內(nèi)外的一些公司已開發(fā)成熟的電能管理系統(tǒng)，如美國(guó)AB公司、通用電氣公司，國(guó)內(nèi)的安科瑞、珠海派諾，經(jīng)綜合比較價(jià)格及各系統(tǒng)功能，*終選定一套方案。

3管理系統(tǒng)方案

3.1系統(tǒng)軟硬件配置

（1）能源管理服務(wù)器一臺(tái)。通過加載電能管理軟件功能，采用本產(chǎn)品可組建一個(gè)不超過128臺(tái)單回路儀表的監(jiān)控系統(tǒng)。產(chǎn)品提供4路的RS485接口，可直接將儀表接入而無(wú)需額外的轉(zhuǎn)換器等中間設(shè)備。通過通訊管理機(jī)的以太網(wǎng)口，可將設(shè)備直接連入以太網(wǎng)。用戶端無(wú)需安裝任何軟件，使用GoogleChrome瀏覽器（也支持IE8或以上瀏覽器），鍵入對(duì)應(yīng)的IP地址即可實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的配置、線路狀態(tài)查詢、下載記錄等操作。電能智能系統(tǒng)硬件配置如下圖所示。

（2）智能電表82塊。采用三相多功能電子式電能表，該表采用微電子技術(shù)與進(jìn)口大規(guī)模集成電路，應(yīng)用數(shù)字采樣技術(shù)及SMT工藝等技術(shù)，該表性能完全符合精確地測(cè)量額定頻率為50/60Hz交流有功功率，由LED顯示總有功/無(wú)功電能、三相電壓、電流等參數(shù)；該類電表分為直接接入式（額定*大電流≤63A）、經(jīng)互感器接入式兩種，有一路RS485通信接口，符合MODBUS通信協(xié)議。

3.2系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)安裝及調(diào)試

（1）能源管理服務(wù)器的位置確定。公司占地50畝，原電表的安裝分布在配電室及車間的各個(gè)地方，電表距離*遠(yuǎn)的有近250m，考慮到電表與管理器的通信可靠性及距離不能太遠(yuǎn)，決定將能源服務(wù)器裝在車間中部，確保到所有電表的距離小于200m。

（2）新老電表的更換及通信線路安裝。公司共有82路計(jì)量，結(jié)合電表分布情況及能源服務(wù)器的硬件接口，將電表分四路接入；將配電室各路斷路器及刀開關(guān)斷開，將老電表卸下，在老電表的地方重新固定安裝新表，同時(shí)接入RS485通信線，通信線配有PVC線管，以防干擾信號(hào)，確保信號(hào)傳輸?shù)姆€(wěn)定性。

（3）智能電表參數(shù)設(shè)置。智能電表要設(shè)置兩個(gè)關(guān)鍵的參數(shù)，每個(gè)電表的地址（1~82）、互感器變比。

3.3能源管理系統(tǒng)相關(guān)圖表功能

實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)控畫面如圖2所示，電表配置如圖3所示，電能表的數(shù)據(jù)如圖4所示。

4改造后系統(tǒng)優(yōu)越性

該系統(tǒng)自2019年4月投運(yùn)以來，運(yùn)行穩(wěn)定，在多方面顯示出其優(yōu)越性。

（1）每月的抄表工作不需到現(xiàn)場(chǎng)，只需在辦公電腦上運(yùn)行相應(yīng)軟件，就可讀出所有電表的數(shù)據(jù)，輕松便捷。

（2）電能測(cè)量采用電子式電表記量，此電表通過RS485總線或Modbus與計(jì)算機(jī)電路相連接，經(jīng)過計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集，經(jīng)相應(yīng)的軟件計(jì)算，輸出各種數(shù)據(jù)及圖線，如每一時(shí)刻的電流、電壓、電能，這樣就很直觀的了解電耗情況。

（3）智能系統(tǒng)存儲(chǔ)了大量的數(shù)據(jù)，非常方便管理者分析相關(guān)生產(chǎn)過程，并做出正確的節(jié)能改進(jìn)措施。

（4）生產(chǎn)部管理者可隨時(shí)查詢相關(guān)數(shù)據(jù)，監(jiān)控整個(gè)生產(chǎn)過程，由于有了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，為能耗考核打下基礎(chǔ)。

（5）通過電流監(jiān)控，設(shè)備部工程師可隨時(shí)知道重點(diǎn)設(shè)備的運(yùn)行情況，以便急時(shí)采取相應(yīng)措施。

（6）此系統(tǒng)的相關(guān)數(shù)據(jù)非常方便財(cái)務(wù)部做能源成本分析以及物流部做能源數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)。

（7）將能耗大的生產(chǎn)線的全部能耗，準(zhǔn)確的顯示在所要跟蹤的生產(chǎn)線上，做到每個(gè)班的人員能實(shí)時(shí)監(jiān)控可記錄該線的電耗，便于為下一步進(jìn)行每班的電耗考核做準(zhǔn)備。

（8）進(jìn)行電耗的準(zhǔn)確反映和考核后，可以提高操作人員的操作技能和組織能力，使他們能在*低能耗下，生產(chǎn)出滿足工藝要求產(chǎn)品，降低產(chǎn)品的生產(chǎn)成本。

（9）通過對(duì)全場(chǎng)耗電大的設(shè)備的能耗跟蹤、分析，就可以對(duì)比同行業(yè)其他工廠的能耗，及時(shí)對(duì)能耗高的設(shè)備進(jìn)行改進(jìn)、改造和更換

5安科瑞Acrel-3000WEB電能管理解決方案

5.1概述

 用戶端消耗著整個(gè)電網(wǎng)80%的電能，用戶端智能化用電管理對(duì)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，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(shí)現(xiàn)電網(wǎng)與用戶的雙向良性互動(dòng)。用戶端急需解決的研究?jī)?nèi)容主要包括：先進(jìn)的表計(jì)，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(duì)用戶端用電情況進(jìn)行細(xì)分和統(tǒng)計(jì)，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(xiàng)用電的使用消耗情況，便于找出高耗能點(diǎn)或不合理的耗能習(xí)慣，有效節(jié)約電能，為用戶進(jìn)一步節(jié)能改造或設(shè)備升級(jí)提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支撐。

5.2應(yīng)用場(chǎng)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(chǎng)、金融機(jī)構(gòu)建筑等）；

  （3）旅游建筑（賓館飯店、娛樂場(chǎng)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(yùn)輸建筑（機(jī)場(chǎng)、車站、碼頭建筑等）。

5.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

5.4系統(tǒng)功能

1）實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)

系統(tǒng)人機(jī)界面友好，以配電一次圖的形式直觀顯示配電線路的運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各回路電壓、電流、功率、功率因數(shù)、電能等電參數(shù)信息，動(dòng)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(hào)。

2）電能統(tǒng)計(jì)報(bào)表

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

3）詳細(xì)電參量查詢

在配電一次圖中，當(dāng)鼠標(biāo)移動(dòng)到每個(gè)回路附近時(shí)，鼠標(biāo)指針變?yōu)槭中?，鼠?biāo)單擊可查看該回路詳細(xì)電參量，包括三相電流、三相電壓、三相總有功功率、總無(wú)功功率、總功率因數(shù)、正向有功電能，并可以查看24小時(shí)相電流趨勢(shì)曲線及24小時(shí)電壓趨勢(shì)曲線。

4）運(yùn)行報(bào)表

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

5）變壓器運(yùn)行監(jiān)視

系統(tǒng)對(duì)配電系統(tǒng)總進(jìn)線、主變壓器、重要負(fù)荷出線的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行在線實(shí)時(shí)監(jiān)視，用曲線顯示電流、變壓器運(yùn)行溫度、有功需量、有功功率、視在功率、變壓器負(fù)荷率等運(yùn)行趨勢(shì)，分析變壓器負(fù)荷率及損耗，方便運(yùn)行維護(hù)人員及時(shí)掌握運(yùn)行水平和用電需求，確保供電安全可靠。

6）實(shí)時(shí)報(bào)警

系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)報(bào)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(dòng)作等遙信變位，保護(hù)動(dòng)作、事故跳閘，以及電壓、電流、功率、功率因數(shù)越限等事件進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并根據(jù)事件等級(jí)發(fā)出告警。系統(tǒng)報(bào)警時(shí)自動(dòng)彈出實(shí)時(shí)報(bào)警窗口，并發(fā)出聲音或語(yǔ)音提醒。

7）歷史事件查詢

系統(tǒng)能夠?qū)b信變位，保護(hù)動(dòng)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(jìn)行存儲(chǔ)和管理，方便用戶對(duì)系統(tǒng)事件和報(bào)警進(jìn)行歷史追溯，查詢統(tǒng)計(jì)、事故分析。

8）電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)

系統(tǒng)可以對(duì)整個(gè)配電系統(tǒng)范圍內(nèi)的電能質(zhì)量進(jìn)行持續(xù)性的監(jiān)測(cè)，運(yùn)行維護(hù)人員可以通過諧波分析棒圖、報(bào)表掌握進(jìn)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(shí)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(cè)功能的電力儀表，不需要可刪除。

9）遙控操作

系統(tǒng)支持對(duì)斷路器、隔離開關(guān)、接地刀等進(jìn)行分、合遙控操作。系統(tǒng)具有嚴(yán)格的密碼保護(hù)和操作權(quán)限管理功能，對(duì)于每次遙控操作，系統(tǒng)自動(dòng)生成操作記錄，記錄內(nèi)容包含操作人、操作時(shí)間、操作類型等。實(shí)現(xiàn)該功能需要斷路器本身具有電操機(jī)構(gòu)及保護(hù)保測(cè)控裝置具備遙控功能等硬件設(shè)備的支持。

10）用戶權(quán)限管理

系統(tǒng)為保障系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)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）。可以定義不同級(jí)別用戶的登錄名、密碼及操作權(quán)限，為系統(tǒng)運(yùn)行、維護(hù)、管理提供可靠的安全保障。

11）通訊狀態(tài)圖

系統(tǒng)支持實(shí)時(shí)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(gè)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(shí)能自動(dòng)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(yùn)行維護(hù)人員實(shí)時(shí)掌握現(xiàn)場(chǎng)各設(shè)備的通訊狀態(tài)，及時(shí)維護(hù)出現(xiàn)異常的設(shè)備，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

12）視頻監(jiān)控

視頻監(jiān)控展示了當(dāng)前實(shí)時(shí)畫面（視頻直播），選中某一個(gè)變配電站，即可查看該變配電站內(nèi)視頻信息。

13）用戶報(bào)告

用戶報(bào)告頁(yè)面主要用于對(duì)選定的變配電站自動(dòng)匯總一個(gè)月的運(yùn)行數(shù)據(jù)，對(duì)變壓器負(fù)荷、配電回路用電量、功率因數(shù)、報(bào)警事件等進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

14）APP支持

電力運(yùn)維手機(jī)支持“監(jiān)控系統(tǒng)”、“設(shè)備檔案”、“待辦事項(xiàng)”、“巡檢記錄”和“缺陷記錄”五大模塊，支持一次圖、需量、用電量、視頻、曲線、溫濕度、同比、環(huán)比、電能質(zhì)量、各種事件報(bào)警查詢，設(shè)備檔案查詢、待辦事件處理、巡檢記錄查詢等。

5.5系統(tǒng)硬件配置清單

6結(jié)束語(yǔ)

系統(tǒng)投資不大，但具備多種電能管理的功能，可推廣到各制造型企業(yè)的電能管理。

【參考文獻(xiàn)】

[1]蔣毅.工廠電能管理系統(tǒng)改造[J].設(shè)備管理與維修,2020(11):87-89.DOI:10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2020.06.40.

[2]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè)2022.05版