韓歡慶

安科瑞電氣股份有限公司  上海嘉定  201801

摘要：為管控火力發(fā)電廠(chǎng)自用電能，降低企業(yè)運行成本，通過(guò)電能采集技術(shù)、信息技術(shù)與節能分析理論的融合，進(jìn)行火電廠(chǎng)電能精細化管理。實(shí)際應用顯示，利用該系統分析各類(lèi)主要輔機用能的合理性，可有效提升電機能效，降低火電廠(chǎng)運行成本。

關(guān)鍵詞：電能管理；信息技術(shù)；節能分析；電機能效；智能化電廠(chǎng)

0引言

某電廠(chǎng)目前在役機組共930MW，分兩期建成。一期2臺超高壓150MW機組2003年投產(chǎn)，二期2臺亞臨界315MW機組2006年投產(chǎn)。機組投產(chǎn)之初，輔機電能收集記錄采用傳統的抄表和人工計算方式，不能夠滿(mǎn)足動(dòng)態(tài)分析管 理的需要，亟須建立一套準確、可靠的電量數據自動(dòng)采集分析系統，來(lái)完成對輔機電能使用合理性的管理。

通過(guò)自動(dòng)化手段實(shí)現輔機電量報表自動(dòng)更新、電量平衡分析、輔機耗電率在線(xiàn)監督、輔機電量指標 競賽自動(dòng)更新等功能，通過(guò)電能自動(dòng)化采集降低生產(chǎn)數據收集分析成本，可以實(shí)現公司生產(chǎn)管理的自動(dòng)化、準確化和科學(xué)化。

1輔機電能監督管理系統存在的問(wèn)題

廠(chǎng)用輔機電量收集采用傳統的人工定時(shí)抄表、手動(dòng)計算方式，存在4個(gè)方面的問(wèn)題。

（1）電能抄錄、計算、登記報表時(shí)間長(cháng)，流程繁瑣，管理人員須通過(guò)運行日報表收集相關(guān)電量報表數據，再手動(dòng)錄入完成相關(guān)的數據指標分析計算，重復性工作多。

（2）人為讀數誤差和書(shū)寫(xiě)計算錯誤難以杜絕，準確性靠運行人員的工作態(tài)度保障，輔機電量計算偏差大。依托手工采集的電能數據進(jìn)行指標競賽，公平性難以保證。

（3）僅能提供按運行輪值抄錄的數據，不能及時(shí)提供輔機方式優(yōu)化所需數據。

（4）數據資源共享性差，不能實(shí)時(shí)查詢(xún)、分析，歷史追溯和統計管理困難。

2 廠(chǎng)用輔機電能管理現狀

2.1一期機組

通過(guò)技術(shù)經(jīng)濟比較，確定實(shí)施方案1：對數據采集單元進(jìn)行擴展，將系統升級為智能化電氣監控管理系統，通過(guò)該系統的用于過(guò)程控制的對象鏈接與嵌入（OPC）服務(wù)功能把數據送至公司生產(chǎn)實(shí)時(shí)信息（PI）系統，需要數據的用戶(hù)可以自由取數。系統總體設計方案如圖1所示。

圖1 一期機組廠(chǎng)用輔機電能監督管理系統

2.2二期機組輔機電能管理現狀分析

二期機組廠(chǎng)用輔機配置專(zhuān)用電能表，通過(guò)現場(chǎng)手動(dòng)抄表，人工計算，形成報表數據；6kV開(kāi)關(guān)綜合保護裝置雖然具備電能采集功能，但版本較低；二期脫硫輔機沒(méi)有配置專(zhuān)用電能表，電能數據需要從綜合保護裝置抄錄。

根據現場(chǎng)實(shí)際情況，制訂了2套方案，分析其可行性。

表2 二期電能采集實(shí)施方案分析

經(jīng)綜合比較，確定實(shí)施方案2：配置獨立的電能采集系統，增加脫硫輔機電能表，通過(guò)該系統的OPC服務(wù)功能把數據送至公司PI系統，需要數據的用戶(hù)可以自由取數。系統總體設計方案如圖2所示。

圖2 二期機組廠(chǎng)用輔機電能監督管理系統

3 技術(shù)改造過(guò)程

以該公司二期機組輔機電能采集系統為例進(jìn)行說(shuō)明。

3.1安裝硬件設備及通信接口工作

（1）在鍋爐電子間新增一面專(zhuān)用輔機電量采集器屏，用以布置光電模塊、DC2000采集器以及后臺管理機。

（2）在二期機組脫硫6kV開(kāi)關(guān)柜安裝多功能網(wǎng)絡(luò )儀表APM830、通信線(xiàn)和光電模塊。多功能網(wǎng)絡(luò )儀表為采用三相四線(xiàn)制數字式的多功能電表，按照DL／T448—2016《電能計量裝置技術(shù)管 理規程》規定的電壓、電流測量精度0.2級、有功電能精度0.5級的要求，具備電壓、電流、功率因數、有功功率、無(wú)功功率的測量及顯示功能，具備有功電量、無(wú)功電量的計量及顯示功能。

（3）二期機組主要輔機所配置的電能表具有RS485通信接口功能，滿(mǎn)足通信協(xié)議要求，在6kV開(kāi)關(guān)柜內安裝了通信線(xiàn)和光電模塊，構建起現場(chǎng)數據傳輸網(wǎng)絡(luò )。

（4）就地輔機電能表通過(guò)RS485通信線(xiàn)及光纖通信接入采集器Anet-2E4S1，實(shí)現電能表和多功能網(wǎng)絡(luò )儀表的電量采集。采集器經(jīng)網(wǎng)絡(luò )通信將采集的電量上傳至后臺管理機電能采集系統。電能采集系統能連續采集數據，從各輔機電能表采集至傳輸終端，采樣周期及傳輸延時(shí)小于1min。

3.2建立數據庫系統，實(shí)現資源共享

（1）在后臺管理機電能采集系統中建立輔機實(shí)時(shí)電量顯示界面，實(shí)現電量數據終端機在線(xiàn)監督。

（2）在后臺管理機安裝PI系統接口程序OPC鏈接，實(shí)現電量數據與PI系統通信。

（3）在生產(chǎn)實(shí)時(shí)數據庫中配置輔機電量點(diǎn)名，點(diǎn)名配置按照電氣一次接線(xiàn)圖順序排列。后臺管理機啟動(dòng)運行正常后，只要開(kāi)啟PI系統接口程序 OPC 鏈接，即可實(shí)現后臺機實(shí)時(shí)上傳發(fā)布電能數據，PI系統實(shí)時(shí)接收數據，做到數據資源共享。

（4）公司各部門(mén)所使用的軟件系統可以通過(guò)該平臺接口實(shí)現信息的即時(shí)通信，按照各自需求管理相應業(yè)務(wù)。

4綜合分析應用

在電能采集基本功能的基礎上，進(jìn)行應用二次開(kāi)發(fā)，實(shí)現了電能數據與熱機實(shí)時(shí)數據的互相支援， 提高了分析數據的完備性。

4.1應用案例1

工作小組編制了廠(chǎng)用輔機電能監督管理系統報表，報表分為底碼錄入、電量日報、電能平衡及表計監督、實(shí)時(shí)能耗 4大板塊。通過(guò)程序鏈接，實(shí)現發(fā)電量、上網(wǎng)電量、廠(chǎng)用電率、輔機能耗、電量平衡的自動(dòng) 更新。公司辦公網(wǎng)絡(luò )內任一辦公電腦中安裝2003 以上版本Excel程序及 PIDatalink插件后，即可使用廠(chǎng)用輔機電能監督管理系統報表，查詢(xún)實(shí)時(shí)、歷史電量數據。 操作方法。

（1）打開(kāi)廠(chǎng)用輔機電能監督管理系統報表程序，選擇 “工具／加載宏"按鈕，“√"選 “PIData　link"。

（2）在底碼錄入區輸入當日報表中發(fā)電量、上網(wǎng)電量、主變壓器電量、高壓廠(chǎng)用變壓器電量、高壓 備用變壓器電量底碼。

（3）在動(dòng)力報表中選擇報表日期，電量數據將會(huì )根據報表中的日期自動(dòng)加載更新。 通過(guò)報表中的電量平衡棒形圖可以判斷表計使 用情況，監督廠(chǎng)用電能平衡的情況，同時(shí)還可以查詢(xún) 系統運行后各時(shí)段的機組各輔機實(shí)時(shí)能耗分布情況、電能平衡情況。

4.2應用案例2

電量數據實(shí)現生產(chǎn)實(shí)時(shí)系統資源共享，公司小指標競賽管理系統的電能及輔機耗電率采用電能量采集系統的數據，數據指標計算、分析更加實(shí)時(shí)、準確，提高了指標競賽管理系統的公信力。 廠(chǎng)用輔機電能監督管理系統投運后，與原生產(chǎn)實(shí)時(shí)系統的熱機測點(diǎn)相結合，搭建輔機能耗管控平臺，輔機電能使用更加合理，同時(shí)還實(shí)現了節能潛力分析。

4.3應用案例3

與冷端原有測點(diǎn)結合，自動(dòng)采集冷端運行參數 和電能數據，根據機組負荷率及環(huán)境因素，綜合考慮 主機效率和輔機耗電情況，在線(xiàn)量化分析循環(huán)水泵 的運行方式。

4.4 應用案例4

自動(dòng)采集引／送風(fēng)機、煙氣處理系統耗用電能及 相關(guān)參數，檢查變氧量運行下的節能潛力，并定量分 析爐膛總阻力變化對輔機能耗的影響。

4．5 應用案例5

自動(dòng)采集輔機電能、運行電壓及電流等相關(guān)參數，計算輔機的運行功率因數，可為大電機無(wú)功分布 補償節能提供補償設備選型依據。

4．6 應用案例6

空氣壓縮機運行過(guò)程中，受控制方式及用戶(hù)的不確定性影響，存在空載運行時(shí)間?？蛰d運行時(shí)需 要消耗電能，但對工藝流程不起到實(shí)際作用，降低了 空氣壓縮機運行的效率。通過(guò)采集電能數據及運行數據，量化給出了空氣壓縮機控制回路改造的節能收益。

5 安科瑞Acrel-3000WEB電能管理解決方案

5.1概述

用戶(hù)端消耗著(zhù)整個(gè)電網(wǎng)80%的電能，用戶(hù)端智能化用電管理對用戶(hù)可靠、安全、節約用電有十分重要的意義。構建智能用電服務(wù)體系，推廣用戶(hù)端智能儀表、智能用電管理終端等設備用電管理解決方案，實(shí)現電網(wǎng)與用戶(hù)的雙向良性互動(dòng)。用戶(hù)端急需解決的研究?jì)热葜饕ǎ合冗M(jìn)的表計，智能樓宇、智能電器、增值服務(wù)、客戶(hù)用電管理系統、需求側管理等課題。

安科瑞Acrel-3000WEB電能管理解決方案通過(guò)對用戶(hù)端用電情況進(jìn)行細分和統計，以直觀(guān)的數據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(diǎn)或不合理的耗能習慣，有效節約電能，為用戶(hù)進(jìn)一步節能改造或設備升級提供準確的數據支撐。

5.2應用場(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)、金融機構建筑等）；

（3）旅游建筑（賓館飯店、娛樂(lè )場(chǎng)所等）；

（4）科教文衛建筑（文化、教育、科研、醫療衛生、體育建筑等）；

（5）通信建筑（郵電、通信、廣播、電視、數據中心等）；

（6）交通運輸建筑（機場(chǎng)、車(chē)站、碼頭建筑等）。

5.3系統結構

5.4系統功能

5.4.1實(shí)時(shí)監測

系統人機界面友好，以配電一次圖的形式直觀(guān)顯示配電線(xiàn)路的運行狀態(tài)，實(shí)時(shí)監測各回路電壓、電流、功率、功率因數、電能等電參數信息，動(dòng)態(tài)監視各配電回路斷路器、隔離開(kāi)關(guān)、地刀等合、分狀態(tài)，以及有關(guān)故障、告警等信號。

5.4.2電能統計報表

系統以豐富的報表支撐計量體系的完整性。系統具備定時(shí)抄表匯總統計功能，用戶(hù)可以自由查詢(xún)自系統正常運行以來(lái)任意時(shí)間段內各配電節點(diǎn)的用電情況，即該節點(diǎn)進(jìn)線(xiàn)用電量與各分支回路消耗電量的統計分析報表。該功能使得用電可視透明，并在用電誤差偏大時(shí)可分析追溯，維護計量體系的正確性。

5.4.3詳細電參量查詢(xún)

在配電一次圖中，當鼠標移動(dòng)到每個(gè)回路附近時(shí)，鼠標指針變?yōu)槭中?，鼠標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(wú)功功率、總功率因數、正向有功電能，并可以查看24小時(shí)相電流趨勢曲線(xiàn)及24小時(shí)電壓趨勢曲線(xiàn)。

5.4.4運行報表

系統具有實(shí)時(shí)電力參數和歷史電力參數的存儲和管理功能，所有實(shí)時(shí)采集的數據、順序事件記錄等均可保存到數據庫，在查詢(xún)界面中能夠自定義需要查詢(xún)的參數、時(shí)間或選擇查詢(xún)更新的記錄數據等，并通過(guò)報表方式顯示出來(lái)。用戶(hù)可以根據需要定制運行日報、月報，支持導出Excel格式文件，還可以根據用戶(hù)要求導出PDF格式文件。

5.4.5變壓器運行監視

系統對配電系統總進(jìn)線(xiàn)、主變壓器、重要負荷出線(xiàn)的運行狀態(tài)進(jìn)行在線(xiàn)實(shí)時(shí)監視，用曲線(xiàn)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(shí)掌握運行水平和用電需求，確保供電安全可靠。

5.4.6實(shí)時(shí)報警

系統具有實(shí)時(shí)報警功能，系統能夠對配電回路斷路器、隔離開(kāi)關(guān)、接地刀分、合動(dòng)作等遙信變位，保護動(dòng)作、事故跳閘，以及電壓、電流、功率、功率因數越限等事件進(jìn)行實(shí)時(shí)監測，并根據事件等級發(fā)出告警。系統報警時(shí)自動(dòng)彈出實(shí)時(shí)報警窗口，并發(fā)出聲音或語(yǔ)音提醒。

5.4.7歷史事件查詢(xún)

系統能夠對遙信變位，保護動(dòng)作、事故跳閘，以及電壓、電流、功率、功率因數越限等事件記錄進(jìn)行存儲和管理，方便用戶(hù)對系統事件和報警進(jìn)行歷史追溯，查詢(xún)統計、事故分析。

5.4.8電能質(zhì)量監測

系統可以對整個(gè)配電系統范圍內的電能質(zhì)量進(jìn)行持續性的監測，運行維護人員可以通過(guò)諧波分析棒圖、報表掌握進(jìn)線(xiàn)、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測功能的電力儀表，不需要可刪除。

5.4.9遙控操作

系統支持對斷路器、隔離開(kāi)關(guān)、接地刀等進(jìn)行分、合遙控操作。系統具有嚴格的密碼保護和操作權限管理功能，對于每次遙控操作，系統自動(dòng)生成操作記錄，記錄內容包含操作人、操作時(shí)間、操作類(lèi)型等。實(shí)現該功能需要斷路器本身具有電操機構及保護保測控裝置具備遙控功能等硬件設備的支持。

5.4.10用戶(hù)權限管理

系統為保障系統安全穩定運行，設置了用戶(hù)權限管理功能。通過(guò)用戶(hù)權限管理能夠防止未經(jīng)的操作（如配電回路名稱(chēng)修改等）?？梢远x不同級別用戶(hù)的登錄名、密碼及操作權限，為系統運行、維護、管理提供可靠的安全保障。

5.4.11通訊狀態(tài)圖

系統支持實(shí)時(shí)監視接入系統的各設備的通訊狀態(tài)，能夠完整的顯示整個(gè)系統網(wǎng)絡(luò )結構；可在線(xiàn)診斷設備通訊狀態(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備或元件及其故障部位。從而方便運行維護人員實(shí)時(shí)掌握現場(chǎng)各設備的通訊狀態(tài)，及時(shí)維護出現異常的設備，保證系統的穩定運行。

5.4.12視頻監控

視頻監控展示了當前實(shí)時(shí)畫(huà)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視頻信息。

5.4.13用戶(hù)報告

用戶(hù)報告頁(yè)面主要用于對選定的變配電站自動(dòng)匯總一個(gè)月的運行數據，對變壓器負荷、配電回路用電量、功率因數、報警事件等進(jìn)行統計分析。

5.4.14 APP支持

電力運維手機支持“監控系統"、“設備檔案"、“待辦事項"、“巡檢記錄"和“缺陷記錄"五大模塊，支持一次圖、需量、用電量、視頻、曲線(xiàn)、溫濕度、同比、環(huán)比、電能質(zhì)量、各種事件報警查詢(xún)，設備檔案查詢(xún)、待辦事件處理、巡檢記錄查詢(xún)等。

5.5系統硬件配置清單

6結語(yǔ)

該電廠(chǎng)依托網(wǎng)絡(luò )技術(shù)建立了一套準確、可靠的廠(chǎng)用輔機電量數據采集、管理系統，實(shí)現輔機電量報表自動(dòng)更新、電量平衡分析、輔機耗電率在線(xiàn)監督、輔機電量指標競賽自動(dòng)更新。該體系在公司生產(chǎn)管理推廣應用后效果如下。

（1）降低了相關(guān)人員抄算表工作量，避免了抄算表誤差，提高了班組指標競賽的公平性和科學(xué)性。

（2）實(shí)現了電量數據資源有效共享，改進(jìn)了公司電能管理模式，提高了工作效率。能夠對全公司 輔機能耗情況進(jìn)行科學(xué)管控，在國家環(huán)保要求日益 嚴格、煙氣處理設備耗能增加的前提下，2013—2016年，發(fā)電廠(chǎng)用電率逐年下降，3年累計節約成本約1400萬(wàn)元。

（3）與熱機測點(diǎn)數據相結合，通過(guò)對其運行狀態(tài)的分析組建數學(xué)模型，搭建輔機能耗的實(shí)時(shí)分析 管控平臺，為企業(yè)實(shí)施電力需求側管理奠定基礎。

（4）實(shí)現了公司用電成本的實(shí)時(shí)計算，為公司電機能效提升方案制定和實(shí)施、電力需求側管理和智能化電廠(chǎng)建設奠定了基礎。

參考文獻

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[3]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊 2022.05版

作者簡(jiǎn)介：韓歡慶，女，現任于安科瑞電氣股份有限公司，主要從事電能管理系統的研發(fā)與應用