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安科瑞探讨电能管理系统在某轧钢厂的应用

发布时间2023-09-22 浏览次数：161

易允恒

安科瑞电气股份有限公司上海嘉定 201801

摘要：结合某轧钢厂的现状和电能管理软件的优势应用，在节能降耗方面利用电能管理软件对轧钢厂电能损耗进行实时监控，为实现能源优化配置和节能降耗管理提供了大量数据，从而为大型能耗企业的节能降耗实施奠定了基础。

关键词：轧钢厂;能耗;电能管理软件;数据监测

0引言

面对钢铁行业“严冬”时期的冲击，我国钢铁行业在新形势下有了巨大的调整，降本增效逐渐成为大型能耗企业的风向标，其中，节能降耗是降本增效中的重中之重。当前现代化轧钢厂的生产活动又呈现出偏向于智能化的发展趋势，这就要求厂内电气设备的管理工作具有加的水平，重视厂内电气设备的维护及管理，保证企业在运作过程中能够有效节能降耗。包钢轨梁厂面对严峻的市场形势，深挖内潜，不断加强基础管理，大力开展对标升级，提升钢轨等高效产品质量，持续打好降本增效攻坚战。从 2017年 1 月份起，轨梁厂为了节能降耗开始试行日工资标准，这就要求了电气车间从电能精益方面细化出实际和班产吨钢电费的差异，从而为节能降耗提供了指导思想。

1软件功能应用

某轧钢厂于1969年1月23日投产，是我国重要的钢轨和型钢生产基地之一。该厂通过不断引进设备，淘汰落后工艺，改进技术装备，已变为一个全新的现代化工厂，现拥有两条生产线，一条是2006年9月投产的 1#中型轧钢生产线，另一条是 2013年1月投产的2#大型轧钢生产线，年生产能力为210万t。以2#线为例，电气自动化部2#线10kV供电系统由51#变电所单独分为4路供电，1#和 2#进线供给辅传动，3#进线电源供给BD1、BD2主传动，4#进线电源进线供给CCS主传动。

轨梁厂2015年电耗好水平是82.1 kW-h/t钢，全年平均吨钢电耗是89kW*h，由于 2#线总装机容量大，吨钢电耗要比 1#线高。以上数据说明轨梁厂在2015年的电耗水平，但是今年完成 31.2元/t，电气自动化部要采取有效的措施。以上对标数据均来自轨梁厂新引进的电量监控平台。

为了进行能源成本控制和能源调度，制定节能降耗计划，对企业能源消耗水平和分布进行统计分析和全面管理，实现能源系统的持续经济运行，降低能源使用成本并正确高效地对电能进行管理，我厂引进了一套电力管理软件。该管理软件具备电能计量、分时计费管理功能、电力需量管理功能、能耗分析、能效监测、能效评估、能效展示、节能设备管理、节能知识库，多种能源和生产数据采集和转发功能、电能质量管理和电力故障诊断分析功能。

1.1数据采集

10 kV的数据采集记录每一回路U、I、kW、kvar、PF、f、kWh、kvarh等全电量数据(带时间标识），采集异常报警信号和非电量信号，采集电力能效监测终端的全部信息、事件顺序记录信息等信号。能够对全站所有电能监测终端进行周期性的扫描和巡检，数据采集周期可自定义设置，采集的全部数据应带有完整的数据质量状态标致并存放在专用数据库中。

图1 通用管理机专用数据库

1.2数据完整性管理和数据捕捉

针对前置数据采集服务器异常断电导致的数据缺失，数据采集程序应具有完整的数据完整性检查功能，能够对缺失的数据自动进行数据补招。带规约转换的数据采集服务器，支持不低于30天的数据存储功能，当计算机异常掉电导致数据缺失时，计算机恢复运行自动进行数据断点续传，保证数据的完整性。监控软件还应具有主备数据库，数据一致性检查与同步功能，保证主备数据库数据的完整性和一致性。

图2 数据库维护工具

1.3运行监视与控制功能

(1)遥测、遥信、遥控、遥调、遥视

管理软件具有基本的遥测、遥信、遥控、遥调、遥视功能，满足电力系统反措要求，具有相应的闭锁和事故预防措施，具有对被选择的被控对象信息及状态提示、操作员和监护员登录、被控对象的所属终端及编号确认、控制执行等一系列过程。遥控和遥调具有完善的操作密码验证和监护员机制，可灵活设置不同的操作权限，操作要在具有控制权限的工作站和操作员登陆并输人操作密码后方可进行。操作员需具有相应的操作权限，在同一时间只能对同一设备进行操作。

图3 线路监控日报曲线

(2)单线路、单点监测

管理软件具有丰富的数据展示界面，支持以数据、表格、棒图、曲线、模拟表盘等多种方式进行数据展示，直观展示电力系统一次系统结构图、变压器监测图、线路运行监控图等多种图形界面，如针对线路监测，可采用图表、图形与数据相结合的方式展示10 kV线路的基本信息，实时运行数据、实时与历史功率曲线、显示当年累计节约电量及排名，年累计发送无功、月累计发送无功等数据。

图4 线路监测年报

(3)设备在线状态监测

图5 线路监测月报

按照用电设备监测终端的实际组网结构，直观展示整体通讯结构，并通过浮动画面的形式，直观展示厂区各类重点用能设备的基本信息、运行状态、重要用能参数、电能质量等参数。显示所有节能装置的在线状态，为设备维护提供依据。对服务器状态和通讯链路进行监测，通过网络拓扑结构图监视服务器，实现对主站系统健康状况的实时监控，及时发现系统出现的风险，包括CPU负荷、内存使用情况、磁盘存储、网络IO等。通过对定点数据采集情况的统计分析，为通讯链路的稳定性做出评估，进一步分析出数据采集断点的原因。

图6 线路监测日报

1.4基础数据查询与对比分析

能够展示和分析电力能效监测终端的基本信息，趋势曲线、事件波形等。通过把每个节点的装置基本信息、事件、波形分析、趋势曲线放在同一个界面里，使用户同时看到相关信息，用户可以根据自己分析的需要很方便地跳转到相应的功能页面查看详细信息，给用户提供较好的体验。提供对节能装置任意测点(装置的定点数据、统计数据)的查询分析，并能够以excel的格式导出。

1.5设备运行分析与离线设备统计

统计节能装置的日投运率、月投运率、日利用小时数、月利用小时数、年利用小时数，并以报表的形式展示。统计节能装置的投运状态，将未投运设备明细以列表的形式展示，未投运设备按照日、月为周期分别统计。

管理软件具有设备通信状态在线监测功能，实时在线监测各个监测点设备的通信状态，以列表的形式显示监测节点设备的节点状态、开始时间和新时间，用户可以清楚地掌握监测设备节点的通信状态和数据新时间，统计节能设备的离线情况。

图7 日报表示例

1.6能效分析报表

通过以报表的形式展示投运后低压侧电压、电流、有功、无功、功率因数，投运前功率因数、功率因数提升率、负载率等信息，分析功率因数的提升情况；统计每天台区或者线路装置安装点功率因数的大值及发生时刻、小值及发生时刻、功率因数大于 0.95及小于 0.9的时间、平均功率因数。电力需求侧软件的报表功能应包括：日报表、周报表、月报表、年报表、时段报表。动态报表模板。各种跨时段报表以及相关的值和差值报表。报表上的采样数据可经授权的操作人员进行修改。

2 电量分析统计的实现

轨梁厂生产各区域电能消耗量原来一直是通过人工手抄电表的方式进行统计汇总，采集点不全面，人工抄表统计的数值误差大。控制电能的消耗要先从基础数据的准确度上人手。电气自动化部自主研发的电量监测系统平台，实现了全厂设备耗电量的网络监控，提高电量数据采集的准确度。通过电量分析系统汇总的数据分析，电能消耗大的设备是主传动设备。其次是MCC所带设备，主要是液压系统。第三是辅传动系统，就是运输辊道等设备。主传

动改造投资较大，所以我们决定从MCC系统人手进行能源控制改进。电能分析系统后台数据直接传送到厂OA网，在OA网显示每个班组的电耗信息。方便实时掌握生产用电情况。

图8 能效分析报表

图9 电能消耗查询系统

图10 总体一览表

通过电量检测平台，我们还可以根据产量和电耗计算出实际吨钢电费、班产吨钢电费以及小时耗电量。一些需要特殊定额的项目也可以根据电能查询功能对电量进行核算和统计。

3 安科瑞Acrel-3000WEB电能管理解决方案

3.1概述

用户端消耗着整个电网80%的电能，用户端智能化用电管理对用户可靠、安全、节约用电有十分重要的意义。构建智能用电服务体系，全面推广用户端智能仪表、智能用电管理终端等设备用电管理解决方案，实现电网与用户的双向良性互动。用户端急需解决的研究内容主要包括：的表计，智能楼宇、智能电器、增值服务、客户用电管理系统、需求侧管理等课题。

安科瑞Acrel-3000WEB电能管理解决方案通过对用户端用电情况进行细分和统计，以直观的数据和图表向管理人员或决策层展示各分项用电的使用消耗情况，便于找出高耗能点或不合理的耗能习惯，有效节约电能，为用户进一步节能改造或设备升级提供准确的数据支撑。

3.2应用场所

（1）办公建筑（商务办公、大型公共建筑等）；

（2）商业建筑（商场、金融机构建筑等）；

（3）旅游建筑（宾馆饭店、娱乐场所等）；

（4）科教文卫建筑（文化、教育、科研、医疗卫生、体育建筑等）；

（5）通信建筑（邮电、通信、广播、电视、数据中心等）；

（6）交通运输建筑（、车站、码头建筑等）。

3.3系统结构

3.4系统功能

3.4.1实时监测

系统人机界面友好，以配电一次图的形式直观显示配电线路的运行状态，实时监测各回路电压、电流、功率、功率因数、电能等电参数信息，动态监视各配电回路断路器、隔离开关、地刀等合、分状态，以及有关故障、告警等信号。

3.4.2电能统计报表

系统以丰富的报表支撑计量体系的完整性。系统具备定时抄表汇总统计功能，用户可以自由查询自系统正常运行以来任意时间段内各配电节点的用电情况，即该节点进线用电量与各分支回路消耗电量的统计分析报表。该功能使得用电可视透明，并在用电误差偏大时可分析追溯，维护计量体系的正确性。

3.4.3详细电参量查询

在配电一次图中，当鼠标移动到每个回路附近时，鼠标指针变为手形，鼠标单击可查看该回路详细电参量，包括三相电流、三相电压、三相总有功功率、总无功功率、总功率因数、正向有功电能，并可以查看24小时相电流趋势曲线及24小时电压趋势曲线。

3.4.4运行报表

系统具有实时电力参数和历史电力参数的存储和管理功能，所有实时采集的数据、顺序事件记录等均可保存到数据库，在查询界面中能够自定义需要查询的参数、时间或选择查询新的记录数据等，并通过报表方式显示出来。用户可以根据需要定制运行日报、月报，支持导出Excel格式文件，还可以根据用户要求导出PDF格式文件。

3.4.5变压器运行监视

系统对配电系统总进线、主变压器、重要负荷出线的运行状态进行在线实时监视，用曲线显示电流、变压器运行温度、有功需量、有功功率、视在功率、变压器负荷率等运行趋势，分析变压器负荷率及损耗，方便运行维护人员及时掌握运行水平和用电需求，确保供电安全可靠。

3.4.6实时报警

系统具有实时报警功能，系统能够对配电回路断路器、隔离开关、接地刀分、合动作等遥信变位，保护动作、事故跳闸，以及电压、电流、功率、功率因数越限等事件进行实时监测，并根据事件等级发出告警。系统报警时自动弹出实时报警窗口，并发出声音或语音提醒。

3.4.7历史事件查询

系统能够对遥信变位，保护动作、事故跳闸，以及电压、电流、功率、功率因数越限等事件记录进行存储和管理，方便用户对系统事件和报警进行历史追溯，查询统计、事故分析。

3.4.8电能质量监测

系统可以对整个配电系统范围内的电能质量进行持续性的监测，运行维护人员可以通过谐波分析棒图、报表掌握进线、变压器、重要回路的电压、电流谐波畸变率、谐波含量、电压不平衡度等，及时采取相应的措施，降低谐波损耗，减少因谐波造成的异常和事故(该功能需要选配带谐波监测功能的电力仪表，不需要可删除。

3.4.9遥控操作

系统支持对断路器、隔离开关、接地刀等进行分、合遥控操作。系统具有严格的密码保护和操作权限管理功能，对于每次遥控操作，系统自动生成操作记录，记录内容包含操作人、操作时间、操作类型等。实现该功能需要断路器本身具有电操机构及保护保测控装置具备遥控功能等硬件设备的支持。

3.4.10用户权限管理

系统为保障系统安全稳定运行，设置了用户权限管理功能。通过用户权限管理能够防止未经授权的操作（如配电回路名称修改等）。可以定义不同级别用户的登录名、密码及操作权限，为系统运行、维护、管理提供可靠的安全保障。

3.4.11通讯状态图

系统支持实时监视接入系统的各设备的通讯状态，能够完整的显示整个系统网络结构；可在线诊断设备通讯状态，发生网络异常时能自动在界面上显示故障设备或元件及其故障部位。从而方便运行维护人员实时掌握现场各设备的通讯状态，及时维护出现异常的设备，保证系统的稳定运行。

3.4.12视频监控

视频监控展示了当前实时画面（视频直播），选中某一个变配电站，即可查看该变配电站内视频信息。

3.4.13用户报告

用户报告页面主要用于对选定的变配电站自动汇总一个月的运行数据，对变压器负荷、配电回路用电量、功率因数、报警事件等进行统计分析。

3.4.14 APP支持

电力运维支持“监控系统”、“设备档案”、“待办事项”、“巡检记录”和“缺陷记录”五大模块，支持一次图、需量、用电量、视频、曲线、温湿度、同比、环比、电能质量、各种事件报警查询，设备档案查询、待办事件处理、巡检记录查询等。

3.5系统硬件配置清单

应用场合	型号	图片	功能
电能管理软件	Acrel-3000WEB		Acrel-3000WEB电能管理软件全方监视用户配电系统的运行状态和电量数据，为用户提供好的运维服务。平台提供用户概况、电力数据监测、电能质量分析、用电分析、日/月/年用能数据报表、异常事件报警和记录、运行环境监测等功能，并支持多平台、多终端数据访问。
智能网关	Anet-2E8S1		8路RS485串口，光耦隔离，2路以太网接口，支持ModbusRtu、ModbusTCP.DL/T645-1997、DL/1645-2007、CJT188-2004、OPC UA等协议的数据接入，ModbusT-c(主、从）、104（主、从）、建筑能耗、SNMP、MQTT等协议上传，支持不同协议向多平台转发数据;输入电源:AC/DC 22ov，导轨式安装。
	ANet-2E4SM		4路RS485串口，光耦隔离，2路以太网接口，支持ModbusRtu、ModbusTCP、DL/T645-1997、DL/T645-2007、CJT188-2004、OPC UA、ModbusTCP（主、从）、104(主、从）、建筑能耗、SNMP、MOTT;（主模块）输入电源:DC 12 V ~36 V .支持4G扩展模块，485扩展模块。
	ANet-485		M485模块:4路光耦隔离RS485
	ANet-M4G		M4G模块:支持4G全网通
35kV/10kV/6kV微机保护装置	AM6系列		35kV及以下配电系统线路、主变、配电变压器、电动机、电容器、PT监测/PT并列、母联/备自投等保护。
35kV/10kV/6kV弧光保护	ARB5-M		主控单元，可接20路弧光信号或4个扩展单元，弧光保护〈8组）、失灵保护(4组）、TA断线监测（4组）、非电量保护、装置故障告警
	ARB5-E		扩展单元，可以插接6块扩展插件，每个扩展插件可以采集5路弧光信号
	ARB5-S		弧光探头，建议安装地点包括（但不限于）断路器室、电缆室、母线室，可面板开孔安装，亦可支架式安装。弧光探头的检测范围是一个角度为180°，半径0.5m的扇形区域。
35kV/10kV/6kV进线柜电能质量在线监测	APView500		装置1024点波形采样，集谐波分析、波形采样、电压暂降/暂升/中断、闪变监测、电压不平衡度监测、事件记录、测量控制等功能为一体，能够满足110kV及以下供电系统电能质量监测的要求。
35kV/10kV/6kV间隔智能操控、节点测温	ASD500		液晶屏显示一次回路动态模拟图、弹簧储能指示、高压带电显示及闭锁、验电、核相、3路温湿度控制及显示、远方/就地、分合闸、储能旋钮、预分预合闪光指示、分合闸完好指示、分合闸回路电压测量、人体感应、柜内照明控制、1路以太网、2路RS485、1路USB接口、GPS对时、高压内电气接点无线测温、全电参量测温、脉冲输出、4~20mA输出
35kV/10kV/6kV传感器	ATE400		合金片固定，CT感应取电，启动电流大于5A，测温范围-50-125℃，测量精度±1℃;传输距离空旷150米
35kV/10kV/6kV间隔电参量测量	APM830		三相(I、u、kW、kvar、kWh、kvarh、Hz、cos），零序电流In，四象限电能，实时及需量，电流、电压不平衡度，66种报警类型及外部事件（SOE）各16条事件记录，支持SD卡扩展记录，2-63次谐波，2DI+2DO,RS485/Modbus，LCD显示
高压重要回路或低压进线柜	APM810		三相(I、U、kW、kvar、kWh、kvarh、Hz、coso)，零序电流In，四象限电能，实时及需量，电流、电压不平衡度，负载电流柱状图显示，66种报警类型及外部事件（SOE)各16条事件记录，支持SD卡扩展记录，2-63次谐波，2DI+2DO,RS485/Modbus，LCD显示
	AEM96		三相电参量U、I、P、Q、S、PF、F测量，总正反向有功电能统计，正反向无功电能统计;2-31次分次谐波及总谐波含量分析、分相谐波及基波电参量（电压、电流、功率)﹔电流规格3×1.5(6)A，有功电能精度0.5S级,无功电能精度2级
	ADW300/4G		三相电压、电流、功率、功率因数、频率测量;电压电流相角、电压电流不平衡度测量;电压电流2-31次分次谐波及总畸变测量当月及上三月的电压、电流、功率;需量及上十二月历史需量记录;事件记录、复费率、四象限电能及历史电能记录;支持4路开关量输入、2路开关量输出;支持4路测温;支持1路剩余电流测量;支持本地显示及按键设置;有功电能精度1级。通讯方式:支持RS485通讯、Lora无线通讯、4G通讯;WIFI通讯
0.4kV出线	AEM72		三相电参量U、I、P、0、s、PF、F测量，总正反向有功电能统计，正反向无功电能统计;2-31次分次谐波及总谐波含量分析、分相谐波及基波电参量（电压、电流、功率）﹔电流规格3×1.5(6)A，有功电能精度0.5S级.无功电能精度2级
	DTSD1352		三相电参量u、I、P、Q、s、PF、F测量，分相正向有功电能统计，总正反向有功电能统计，总正反向无功电能统计﹔红外通讯;电流规格:经互感器接入3×1(6)A.直接接入3×10(8o)A，有功电能精度0.5S级，无功电能精度2级。
	ACR120EL		LCD显示、全电参量测量(U、1、P、Q、PF、F);四象限电能计量;RS485/Modbus;可选复费率电能统计、需量统计;4DI+2DO;RS485通讯接口、Modbus 协议
照明箱	DDSD1352		单相电参量U、I、P、Q、S、PF、F测量，正反向电能计量;红外及RS485通讯;电流规格:10(60）A，有功电能精度1级，无功精度2级;可选配复费率
照明箱	DDS1352		单相电参量U、I、P、Q、S、PF、F测量，正反向电能计量;RS485通讯;电流规格:10(60)A，有功电能精度1级，无功精度2级;尺寸:1P
电流互感器	AKH-0.66/K型		开口式电流互感器