淺談配電能效管理系統(tǒng)在水泥工廠的應(yīng)用
摘要：介紹了電能管理系統(tǒng)在越南西寧水泥廠的應(yīng)用配置與系統(tǒng)的功能特點，將智能的電能儀表通過總線通訊到DCS系統(tǒng)中，并經(jīng)其轉(zhuǎn)換到生產(chǎn)管理系統(tǒng)中，*實現(xiàn)了管理與控制的有機結(jié)合，將電能管理提高到一個新的階段。
關(guān)鍵詞：電能管理；總線橋；DCS；管理系統(tǒng)
0前言
水泥企業(yè)是用能大戶，以噸水泥電耗90kWh測算，電力成本占成品比例高達24%，降低電費成本對于經(jīng)濟生產(chǎn)和節(jié)能減排都具有重要意義。目前大部分水泥廠均已經(jīng)建立了能源管理機制，但電能的計量還是以人工抄表為主，對于現(xiàn)代化的企業(yè)管理已十分滯后。
在越南西寧水泥廠根據(jù)EPC合同配置了電能管理系統(tǒng)，這套系統(tǒng)涉及自動化控制的四個層次，即現(xiàn)場設(shè)備層、過程控制層、過程操作層和工廠管理層，提高了企業(yè)的管理水平和經(jīng)濟效益。
1電能管理系統(tǒng)的構(gòu)成
1.1一次檢測儀表
選用智能型的具有通訊功能的電力監(jiān)測儀表，不僅有電流、電壓、功率、電量、功率因數(shù)等多種檢測功能，同時還具有MODBUS通訊數(shù)據(jù)遠傳通訊功能。電能儀表型號為PD194Z系列電量表。同時還將ABBREX521系列中壓綜合保護器接入系統(tǒng)，采集饋電與控制回路的電能電量和其他電能信息以及中壓真空斷路器的運行狀態(tài)等。通訊網(wǎng)絡(luò)為MODBUSRTU，介質(zhì)為RS485雙絞線，傳輸速率設(shè)定為9600bps（可更高）。節(jié)點平均數(shù)量為10~20個。節(jié)點為中壓柜的進饋電回路以及重要的低壓進饋電回路。
1.2現(xiàn)場通訊網(wǎng)絡(luò)
現(xiàn)場儀表的通訊網(wǎng)絡(luò)為MOD-BUS，而DCS底層網(wǎng)絡(luò)為PROFIBUSDP，不能直接將電能信息讀入DCS系統(tǒng)。為了順利接收MODBUS總線的通訊數(shù)據(jù)，系統(tǒng)配置了總線橋，型號為PB-B-MODBUS。其在PROFI-BUSDP總線一側(cè)做PROFIBUS從站；在MODBUS一側(cè)既可做MOD-BUS主站，也可以做MODBUS從站。為了順利讀取MODBUS總線數(shù)據(jù)，其在MODBUS一側(cè)設(shè)置為MODBUS主站。在MODBUS側(cè)可以連接多個子站，并讀取不同子站的不同地址。對于同一子站同時還可以配置不同的數(shù)據(jù)地址進行多次讀取。接口通過PROFIBUS通信數(shù)據(jù)區(qū)和MOD-BUS數(shù)據(jù)區(qū)的數(shù)據(jù)映射實現(xiàn)PROFI-BUS和MODBUS的數(shù)據(jù)透明通信。PROFIBUS從站采用PROFIBUS-DP/V0協(xié)議，波特率自適應(yīng)，*波特率12M；輸入/輸出數(shù)量可自由設(shè)定，*PROFIBUS輸入/輸出為232bytes；MODBUS主站支持01H、02H、03H、04H、05H、06H、0FH、10H號功能，能夠順利讀取現(xiàn)場的電能表計和中壓綜保的數(shù)據(jù)，并具有寫入功能。
1.3數(shù)據(jù)采集與處理部分
這部分內(nèi)嵌至DCS系統(tǒng)內(nèi)部，利用DCS系統(tǒng)的強大功能，對現(xiàn)場儀表的通訊數(shù)據(jù)進行處理。通過GSD文件將總線橋的驅(qū)動導(dǎo)入DCS系統(tǒng)中，從而根據(jù)設(shè)備的不同地址讀取相應(yīng)的電流、電量、功率、功率因數(shù)以及中壓斷路器的運行、保護狀態(tài)等等?，F(xiàn)場數(shù)據(jù)經(jīng)總線橋讀入DCS系統(tǒng)后，將相應(yīng)的數(shù)據(jù)顯示在用戶界面上（HMI）。同時根據(jù)實時產(chǎn)量可計算出實時電耗，供操作員操作參考。
1.4上層通訊網(wǎng)絡(luò)
上層通訊網(wǎng)絡(luò)負責(zé)DCS系統(tǒng)與管理系統(tǒng)的通訊。將電能數(shù)據(jù)存儲于管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫，同時將生產(chǎn)數(shù)據(jù)也一并存儲于數(shù)據(jù)庫，以便進行累積以及單位能耗的計算。DCS系統(tǒng)與管理系統(tǒng)通訊接口采用OPC。通訊為高速以太網(wǎng)。
1.5管理系統(tǒng)與關(guān)系數(shù)據(jù)庫
由于DCS系統(tǒng)處理歷史數(shù)據(jù)的能力有限，電能管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)*終存儲于外部的數(shù)據(jù)庫中，以便長期保存和比較與統(tǒng)計。關(guān)系數(shù)據(jù)庫采用微軟的SQLserver。同時根據(jù)系統(tǒng)情況配置的數(shù)據(jù)服務(wù)器.
1.6數(shù)據(jù)報表和HMI人機界面
成品數(shù)據(jù)以EXCEL格式和ASPWEB發(fā)布的形式提供給相關(guān)人員或部門，同時在DCS系統(tǒng)中也有相應(yīng)的鏈接，使操作員也能夠查詢到電能信息，可以方便地進行查詢和報表輸出，為生產(chǎn)決策提供依據(jù)（見圖1）。
2系統(tǒng)的主要功能
（1）根據(jù)需要實時讀取并記錄電力儀表的電流、電壓、功率、電量、功率因數(shù)等多種檢測數(shù)據(jù)。
（2）實時計算并顯示石灰石、生料、熟料、水泥等產(chǎn)品的單位電耗。
（3）計算各生產(chǎn)車間、工序的生產(chǎn)、消耗日、月等電量。
（4）圖形報表的生成和報表的定時輸出。
（5）歷史報表的調(diào)用。
3電能管理系統(tǒng)的特點
（1）*實現(xiàn)了電力儀表的自動化管理。
（2）和傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)電能管理比較，引入了生產(chǎn)產(chǎn)量，能夠?qū)崟r計算生產(chǎn)電耗。
（3）與DCS系統(tǒng)融合，不再是孤立的后臺保護系統(tǒng)，充分利用了DCS系統(tǒng)的強大功能，減少了系統(tǒng)的硬件投資。
（4）總線技術(shù)的應(yīng)用，使通訊和電氣接線更加便捷，也大大節(jié)約了安裝成本。
（5）可以輕松地實現(xiàn)數(shù)據(jù)對比，從而有效地進行避峰節(jié)能，降低生產(chǎn)成本。
（6）OPC技術(shù)的應(yīng)用實現(xiàn)了通用數(shù)據(jù)庫與DCS系統(tǒng)的雙向通訊系統(tǒng)，既可以讀取DCS生產(chǎn)的實時數(shù)據(jù)，也可以將管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)送入DCS系統(tǒng)。
4安科瑞電能管理系統(tǒng)
4.1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(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：表計，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。
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(xí)慣，有效節(jié)約電能，為用戶進一步節(jié)能改造或設(shè)備升*提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支撐。
4.2應(yīng)用場所
（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、金融機構(gòu)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)*等）；
（6）交通運輸建筑（機場、車站、碼頭建筑等）。
5系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
6系統(tǒng)功能
6.1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(guān)、地刀等合、分狀態(tài)，以及有關(guān)故障、告警等信號。
6.2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。
6.3詳細電參量查詢
在配電一次圖中，當(dāng)鼠標(biāo)移動到每個回路附近時，鼠標(biāo)指針變?yōu)槭中?，鼠?biāo)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。
6.4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*近更新的記錄數(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(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。
6.5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。
6.6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(guān)、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*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。
6.7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。
6.8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(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)測功能的電力儀表，不需要可刪除。
6.9遙控操作
系統(tǒng)支持對斷路器、隔離開關(guān)、接地刀等進行分、合遙控操作。系統(tǒng)具有嚴(yán)格的密碼保護和操作權(quán)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(gòu)及保護保測控裝置具備遙控功能等硬件設(shè)備的支持。
6.10用戶權(quán)限管理
系統(tǒng)為保障系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行，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*別用戶的登錄名、密碼及操作權(quán)限，為系統(tǒng)運行、維護、管理提供可靠的安全保障。
6.11通訊狀態(tài)圖
系統(tǒng)支持實時監(jiān)視接入系統(tǒng)的各設(shè)備的通訊狀態(tài)，能夠完整的顯示整個系統(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)異常時能自動在界面上顯示故障設(shè)備或元件及其故障部位。從而方便運行維護人員實時掌握現(xiàn)場各設(shè)備的通訊狀態(tài)，及時維護出現(xiàn)異常的設(shè)備，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。
6.12視頻監(jiān)控
視頻監(jiān)控展示了當(dāng)前實時畫面（視頻直播），選中某一個變配電站，即可查看該變配電站內(nèi)視頻信息。
6.13用戶報告
用戶報告頁面主要用于對選定的變配電站自動匯總一個月的運行數(shù)據(jù)，對變壓器負荷、配電回路用電量、功率因數(shù)、報警事件等進行統(tǒng)計分析。
6.14APP支持
電力運維手機支持“監(jiān)控系統(tǒng)"、“設(shè)備檔案"、“待辦事項"、“巡檢記錄"和“缺陷記錄"五大模塊，支持一次圖、需量、極值、用電量、視頻、曲線、溫濕度、同比、環(huán)比、電能質(zhì)量、各種事件報警查詢，設(shè)備檔案查詢、待辦事件處理、巡檢記錄查詢等。
7系統(tǒng)硬件配置
應(yīng)用場合 | 型號 | 圖片 | 功能 |
電能管理軟件 | Acrel-3000WEB |
| Acrel-3000WEB電能管理軟件全方監(jiān)視用戶配電系統(tǒng)的運行狀態(tài)和電量數(shù)據(jù)，為用戶提供更好的運維服務(wù)。平臺提供用戶概況、電力數(shù)據(jù)監(jiān)測、電能質(zhì)量分析、用電分析、日/月/年用能數(shù)據(jù)報表、異常事件報警和記錄、運行環(huán)境監(jiān)測等功能，并支持多平臺、多終端數(shù)據(jù)訪問。 |
智能網(wǎng)關(guān) | Anet-2E8S1 |
| 8路RS485串口，光耦隔離，2路以太網(wǎng)接口，支持ModbusRtu、ModbusTCP.DL/T645-1997、DL/1645-2007、CJT188-2004、OPCUA等協(xié)議的數(shù)據(jù)接入，ModbusT-c(主、從）、104（主、從）、建筑能耗、SNMP、MQTT等協(xié)議上傳，支持不同協(xié)議向多平臺轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù);輸入電源:AC/DC22ov，導(dǎo)軌式安裝。 |
ANet-2E4SM |
| 4路RS485串口，光耦隔離，2路以太網(wǎng)接口，支持ModbusRtu、ModbusTCP、DL/T645-1997、DL/T645-2007、CJT188-2004、OPCUA、ModbusTCP（主、從）、104(主、從）、建筑能耗、SNMP、MOTT;（主模塊）輸入電源:DC12V~36V.支持4G擴展模塊，485擴展模塊。 | |
ANet-485 | M485模塊:4路光耦隔離RS485 | ||
ANet-M4G | M4G模塊:支持4G全網(wǎng)通 | ||
35kV/10kV/6kV微機保護裝置 | AM6系列 |
| 35kV及以下配電系統(tǒng)線路、主變、配電變壓器、電動機、電容器、PT監(jiān)測/PT并列、母聯(lián)/備自投等保護。 |
35kV/10kV/6kV弧光保護 | ARB5-M |
| 主控單元，可接20路弧光信號或4個擴展單元，弧光保護<8組）、失靈保護(4組）、TA斷線監(jiān)測（4組）、非電量保護、裝置故障告警 |
ARB5-E | 擴展單元，*多可以插接6塊擴展插件，每個擴展插件可以采集5路弧光信號 | ||
ARB5-S |
| 弧光探頭，建議安裝地點包括（但不*于）斷路器室、電纜室、母線室，可面板開孔安裝，亦可支架式安裝?；」馓筋^的檢測范圍是一個角度為180°，半徑0.5m的扇形區(qū)域。 | |
35kV/10kV/6kV進線柜電能質(zhì)量在線監(jiān)測 | APView500 |
| 裝置1024點波形采樣，集諧波分析、波形采樣、電壓暫降/暫升/中斷、閃變監(jiān)測、電壓不平衡度監(jiān)測、事件記錄、測量控制等功能為一體，能夠滿足110kV及以下供電系統(tǒng)電能質(zhì)量監(jiān)測的要求。 |
35kV/10kV/6kV間隔智能操控、節(jié)點測溫 | ASD500 |
| 液晶屏顯示一次回路動態(tài)模擬圖、彈簧儲能指示、高壓帶電顯示及閉鎖、驗電、核相、3路溫濕度控制及顯示、遠方/就地、分合閘、儲能旋鈕、預(yù)分預(yù)合閃光指示、分合閘完好指示、分合閘回路電壓測量、人體感應(yīng)、柜內(nèi)照明控制、1路以太網(wǎng)、2路RS485、1路USB接口、GPS對時、高壓內(nèi)電氣接點無線測溫、全電參量測溫、脈沖輸出、4~20mA輸出 |
35kV/10kV/6kV傳感器 | ATE400 |
| 合金片固定，CT感應(yīng)取電，啟動電流大于5A，測溫范圍-50-125℃，測量精度±1℃;傳輸距離空曠150米 |
35kV/10kV/6kV間隔電參量測量 | APM830 |
| 三相(I、u、kW、kvar、kWh、kvarh、Hz、cos），零序電流In，四象限電能，實時及*需量，本月和上月極值，電流、電壓不平衡度，66種報警類型及外部事件（SOE）各16條事件記錄，支持SD卡擴展記錄，2-63次諧波，2DI+2DO,RS485/Modbus，LCD顯示 |
高壓重要回路 或低壓進線柜 | APM810 |
| 三相(I、U、kW、kvar、kWh、kvarh、Hz、coso)，零序電流In，四象限電能，實時及*需量，本月和上月極值，電流、電壓不平衡度，負載電流柱狀圖顯示，66種報警類型及外部事件（SOE)各16條事件記錄，支持SD卡擴展記錄，2-63次諧波，2DI+2DO,RS485/Modbus，LCD顯示 |
AEM96 |
| 三相電參量U、I、P、Q、S、PF、F測量，總正反向有功電能統(tǒng)計，正反向無功電能統(tǒng)計;2-31次分次諧波及總諧波含量分析、分相諧波及基波電參量（電壓、電流、功率)﹔電流規(guī)格3×1.5(6)A，有功電能精度0.5S*,無功電能精度2* | |
ADW300/4G |
| 三相電壓、電流、功率、功率因數(shù)、頻率測量;電壓電流相角、電壓電流不平衡度測量;電壓電流2-31次分次諧波及總畸變測量當(dāng)月及上三月的電壓、電流、功率極值記錄;*需量及上十二月歷史需量記錄;事件記錄、復(fù)費率、四象限電能及歷史電能記錄;支持4路開關(guān)量輸入、2路開關(guān)量輸出;支持4路測溫;支持1路剩余電流測量;支持本地顯示及按鍵設(shè)置;有功電能精度1*。通訊方式:支持RS485通訊、Lora無線通訊、4G通訊;WIFI通訊 | |
0.4kV出線 | AEM72 |
| 三相電參量U、I、P、0、s、PF、F測量，總正反向有功電能統(tǒng)計，正反向無功電能統(tǒng)計;2-31次分次諧波及總諧波含量分析、分相諧波及基波電參量（電壓、電流、功率）﹔電流規(guī)格3×1.5(6)A，有功電能精度0.5S*.無功電能精度2* |
DTSD1352 |
| 三相電參量u、I、P、Q、s、PF、F測量，分相正向有功電能統(tǒng)計，總正反向有功電能統(tǒng)計，總正反向無功電能統(tǒng)計﹔紅外通訊;電流規(guī)格:經(jīng)互感器接入3×1(6)A.直接接入3×10(8o)A，有功電能精度0.5S*，無功電能精度2*。 | |
ACR120EL |
| LCD顯示、全電參量測量(U、1、P、Q、PF、F);四象限電能計量;RS485/Modbus;可選復(fù)費率電能統(tǒng)計、*需量統(tǒng)計;4DI+2DO;RS485通訊接口、Modbus協(xié)議 | |
照明箱 | DDSD1352 |
| 單相電參量U、I、P、Q、S、PF、F測量，正反向電能計量;紅外及RS485通訊;電流規(guī)格:10(60）A，有功電能精度1*，無功精度2*;可選配復(fù)費率 |
DDS1352 |
| 單相電參量U、I、P、Q、S、PF、F測量，正反向電能計量;RS485通訊;電流規(guī)格:10(60)A，有功電能精度1*，無功精度2*;尺寸:1P | |
電流互感器 | AKH-0.66/K型 |
| 開口式電流互感器 |
8結(jié)語
采用總線橋技術(shù)，將兩種不同的總線通訊連接到一起，將現(xiàn)場的多功能電力儀表接入DCS系統(tǒng)，通過DCS系統(tǒng)的強大處理功能進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和通訊處理，再通過OPC技術(shù)將電能數(shù)據(jù)預(yù)生產(chǎn)數(shù)據(jù)傳送到管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中，為生產(chǎn)管理提供了實時和準(zhǔn)確的信息，是傳統(tǒng)的人工抄表和單一的電力后臺軟件不可比擬的。融合的電能管理系統(tǒng)勢必成為電能管理和DCS系統(tǒng)集合的新趨勢，為工廠的節(jié)能減排和綠色生產(chǎn)提供有力的技術(shù)支持.
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