安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：企業(yè)電能管理系統是響應國家節能降耗和精細化能源管理號召的產(chǎn)物，旨在提高終端用電效率和改變用電方式，在滿(mǎn)足同樣用電功能的同時(shí)，實(shí)現用電和設備危險預警、減少電量消耗和電力需求，達到安全用電、節約資源和保護環(huán)境，實(shí)現“安全用電、經(jīng)濟用電、有序用電、智能用電"的用電目標。2014年10月在我第四水廠(chǎng)南站(即第七水廠(chǎng))啟動(dòng)電能管理系統科研項目，將廠(chǎng)區配電網(wǎng)建立7個(gè)監測點(diǎn)，對電能量及電能指標進(jìn)行集中管理。通過(guò)7個(gè)監控點(diǎn)的采集，實(shí)現二十四小時(shí)在線(xiàn)監測和歷史數據的讀取及故障異常報警功能，為安全用電、保障正常生產(chǎn)提供準確、有效的數據依據，及時(shí)反饋現場(chǎng)電能指標信息;為在水廠(chǎng)推行該系統提供參借鑒。

關(guān)鍵詞：電能管理安全用電在線(xiàn)實(shí)時(shí)量控

     該系統包括軟件平臺和硬件采集終端兩個(gè)部分，采集終端主要實(shí)現遠程抄表功能和防竊電功能，實(shí)時(shí)測現場(chǎng)電能監測儀，采集終端直接將數據傳回服務(wù)器并把數據保存到數據庫，通過(guò)C/S或B/S方式可以進(jìn)行查詢(xún)數據。概括來(lái)說(shuō)，它主要具有以下幾方面功能:(見(jiàn)圖1)

圖1 北京自來(lái)水集團能效管理系統

1.1在線(xiàn)實(shí)時(shí)監控功能

    （1）實(shí)現所轄區域主要用電設備的遠程用電數據(三相電流、線(xiàn)電壓、相電壓、電量、功率因數、頻率、負荷率、有功功率、無(wú)功功率、溫度)采集功能。

    （2）能遠方設置采集終端設備參數，實(shí)現軟件自主凍結數據，系統自動(dòng)每5分鐘自動(dòng)采取數據，以曲線(xiàn)、圖表方式展現。

    （3）具備自動(dòng)和人工實(shí)時(shí)召測功能。

    （4）具備全部和分組以及單個(gè)主要設備抄錄功能。

    （5）具有自動(dòng)路由功能，完成用電終端通信。無(wú)需人工干預。

1.2電能質(zhì)量實(shí)時(shí)監控功能

     （1）對企業(yè)電能質(zhì)量實(shí)行自動(dòng)巡查，展現功率因數、線(xiàn)電壓偏差、相電壓偏差、線(xiàn)(相)電壓不平衡、電流不平衡、頻率偏差、電壓(電流)相位角、電壓(電流)諧波含有率、諧波畸變率等。

     （2）對上述數據的統計、分析;以圖表、曲線(xiàn)顯示展現，為電能管理者提供實(shí)時(shí)數據支持，便于掌控企業(yè)電能狀態(tài)及尋找用電短板。

1.3異常報警功能

     （1）為提高供電可靠性，系統自動(dòng)采集電能指標異常事件(如頻率、溫度、電流越過(guò)上限、零線(xiàn)電流、諧波等指標考核)。

     （2）實(shí)現大數據處理，進(jìn)行數據分析，統計并提交在線(xiàn)故障報警頁(yè)面，做到電力安全、可靠。安全就是*大的效益。

     （3）實(shí)現電能數據的歷史(日、月、年)查詢(xún)、統計、分析;電量、電費的統計。(4)

     （4）決策分析及報表功能。

      “電能管理系統"由兩個(gè)部分組成，其一是電管理數據中心，是系統的核心部分;其二是配電系統的數據采集系統。(見(jiàn)圖2)

圖2 系統邏輯結構圖

      （1）電能管理數據中心是系統的核心，包括數據主站系統、數據庫系統和數據處理與信息發(fā)布系統，也就是我們通常所說(shuō)的平臺。數據主站系統:用戶(hù)接收配電系統傳感器采集的數據，并進(jìn)行解析，*終將數據存儲到數據庫;同時(shí)向廠(chǎng)內傳感器發(fā)布指令，請求所需要的數據。數據庫系統:主要用于存儲電能指標數據和數據處理系統的處理結果。數據處理系統:將采集到的電能數據加工成電能管理信息，系統融現代電能管理思想和電力技術(shù)為一體，相當于一個(gè)電力用戶(hù)的電能ERP。系統包括應用服務(wù)器、數據分析模型、信息展示模型、智能用電模型等。信息發(fā)布系統:將水廠(chǎng)管理信息發(fā)布到Web服務(wù)器，相關(guān)人員通過(guò)登陸互聯(lián)網(wǎng)就可以獲取電能管理信息。系統包括Web服務(wù)器、Web應用、信息安全系統等。

      （2）數據采集系統:收集分布在七廠(chǎng)配電網(wǎng)中的電能數據，將電壓、電流、溫度的擬信號轉換成數字信號，將電能數據傳輸到數據主站;主要設備有電能監測儀、485通信服務(wù)器、485通信網(wǎng)絡(luò )、GPRS通信網(wǎng)絡(luò )等，系統將各種傳感器互聯(lián)成網(wǎng)絡(luò )與主站系統連接，組成上圖的下半部分。

     “電能管理系統"軟件功能主要包括，電能在線(xiàn)(實(shí)時(shí))管理、用電分析、輔助決策、有序用電、設備運行管理等主要功能組成，此系統可采取模塊化定制開(kāi)發(fā)，可提供企業(yè)ERP系統接口。

     “電能管理系統"的功能界面如下:(見(jiàn)圖3)

      首頁(yè)面展示企業(yè)整體配電網(wǎng)運行環(huán)境和電能參數檢測配電網(wǎng)是否安全、可靠。顯示異常信息及報警功能，為企業(yè)用戶(hù)提供可靠的預測數據。

圖3 “電能管理系統"的功能界面

3.1電能運行圖

      電能運動(dòng)圖反映當前配用電區域內電能的運動(dòng)情況及各取樣點(diǎn)的實(shí)時(shí)電能指標，如:電量統計，總負荷，總功率因數，負荷率，三相電流、電壓、零線(xiàn)電流以及所帶負載的用電實(shí)時(shí)統計，通過(guò)該頁(yè)面可全面了解購入的電能在自己配電網(wǎng)中的傳遞與運動(dòng)情況。以下為圖例:(見(jiàn)圖4)

圖4 電能運行圖

3.2用電結構圖

      反映了各用電點(diǎn)的用電結構，就是該監測點(diǎn)的生產(chǎn)、辦公、生活和其他用電的比例，通該圖表可客觀(guān)反映監測點(diǎn)用電結構的合理性并指導合理分配用電，使其用電更加合理，有序。以下為圖例:(見(jiàn)圖5)

圖5 用電結構圖

3.3電力實(shí)時(shí)運行圖表  

     通過(guò)對電能數據的實(shí)時(shí)采集、分析和統計，從負荷、功率因數、電流、電壓方面，分別反映出用電點(diǎn)的電力指標、電能質(zhì)量指標的變化情況和異常情況以及監測點(diǎn)的電量消耗情況，為電能管人員提供用電安全的標準以及檢修的依據，做到安全用電，防范于未然。以下為圖例:(見(jiàn)圖6)

圖6 電力實(shí)時(shí)運行圖表

      第七水廠(chǎng)位于豐臺區馬家堡以西，日供水能力2.2萬(wàn)立方米，保障南城東到方莊西到洋橋區域的供水壓力。在第七水廠(chǎng)建立電能管理體系，實(shí)現電能管理可測量，可評價(jià)，可考核，可持續改進(jìn)，切通過(guò)數據說(shuō)話(huà)，通過(guò)與自身歷史情況比較與能效標比較，實(shí)現“量控"。

      第七水廠(chǎng)供電系統為10KV高壓兩路供電，共2臺SCB9-800/10變壓器，報裝容量850KVA。電能管理系統在第七水廠(chǎng)建立7個(gè)監測點(diǎn)，分別為413(辦公照明總)、414-1(1"配水機電源)、414-2(2*配水機電源)、423-1(3"配水機電源)、423-2(熱泵)401(進(jìn)線(xiàn))、402(進(jìn)線(xiàn))對電能量及電能指標進(jìn)行集中管理。通過(guò)有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )通道對54個(gè)運行參數進(jìn)行數據采集(電流、電壓、功率、溫度等)，然后通過(guò)無(wú)線(xiàn)GPRS把采集到的據傳輸到第四水廠(chǎng)服務(wù)器上，保存到oracle數據庫中，實(shí)現二十四小時(shí)在線(xiàn)監測和歷史數據的讀取及故障異常報警功能，采用B/S結構實(shí)現手機、電腦在任何地點(diǎn)登陸軟件系統。(見(jiàn)圖7)

圖7 第七水廠(chǎng)供電系統

 

6.1提高用電管理水平

      管理系統可監測廠(chǎng)區用電負荷。根據管理系統平臺統計的數據，變壓器的負載率比較低(負荷分析)，廠(chǎng)區總的*大負荷率為:54.12%(平均負荷/*大荷)。

圖8 峰、谷、平用電分析

6.1.1峰、谷、平用電分析 

      從平臺運行數據顯示得知:第七水廠(chǎng)的峰、平、谷用電方式結合實(shí)際生產(chǎn)工藝及需求可考慮或改進(jìn)是否有合理利用空間。北京現行電價(jià)政策為:峰電價(jià):1.0044元/kWh、平電價(jià):0.695元/kWh、谷電價(jià):0.3946元/kWh。通過(guò)平臺預演優(yōu)化功能如下:將高峰用電負荷轉移20%至谷電，將平段用電負荷轉移10%至谷電，電費降低17%。(見(jiàn)圖9)

圖9 平臺預演優(yōu)化對比圖

6.1.2有序用電分析

      通過(guò)平臺監測，可以發(fā)現動(dòng)力用電為主的系統占得比例關(guān)系，例如:“413照明"用電日均達到100kWh左右，占1"變壓器總用電量10%左右。

6.2安全生產(chǎn)用電分析

6.2.1功率因素分析

      根據平臺數據分析，廠(chǎng)區供電供電公司考核標準為:0.9，實(shí)際平臺監測為:0.92。運行情況較好，供電局減免電費300元/月左右。(圖10)

圖10 三相功率因數記錄圖

6.2.2電流不平衡度分析

     根據數據平臺分析可以得知，電流不平衡度*大值達到多少，以及可能會(huì )帶來(lái)電氣火災和電能浪費兩大問(wèn)題。根據實(shí)際情況提出處理建議，并進(jìn)行現場(chǎng)排查并處理，防范于未然，供水安全就是*大的效益。

6.2.3電能運行環(huán)境異常報告分析

     根據平臺二十四小時(shí)對現場(chǎng)用電環(huán)境的實(shí)時(shí)檢測，自動(dòng)生成異常報告文檔。為電能管理人員提供科學(xué)、有效、及時(shí)的數據，使其快捷的排查故障。

7.1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，全面推廣用戶(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。

7.2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）。

7.3系統結構

7.4系統功能

7.4.1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。

7.4.2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。

7.4.3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)。

7.4.4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。

7.4.5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。

 

7.4.6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。

7.4.7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。

 

7.4.8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。

7.4.9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。

7.4.10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。

7.4.11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。

7.4.12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。

 

7.4.13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。

7.4.14 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。

 

7.5系統硬件配置清單

 

    （1）通過(guò)電能平臺數據統計可對現場(chǎng)用電數據的實(shí)時(shí)采集，如果發(fā)現了電流不平衡的問(wèn)題等用電問(wèn)題，應加大檢測力度，通知維修人員，核查現場(chǎng)負載情況并解決此問(wèn)題，排除安全隱患。

    （2）有針對性的治理用電上的短板，以在解決問(wèn)題的基礎上節省投入。

     （3）目前廠(chǎng)區功率因數較高且能滿(mǎn)足供電公司的考核標準的情況下，針對終端設備的功率因數不高的實(shí)際情況，可檢測現有電容補償是否過(guò)補償或欠補償的問(wèn)題，以提高整體標準，達到減免電費的目的。同時(shí)可考慮采取針對具體的設備進(jìn)行就地補償以此提高設備使用壽命。

    （4）根據廠(chǎng)區實(shí)際的生產(chǎn)時(shí)間及工藝，建議合理利用現行電價(jià)政策。采取“移峰填谷"、“錯峰填谷"等方式降低企業(yè)生產(chǎn)成本。

    （5）根據現有監測數據情況，現有兩臺變壓器采取一臺運行，一臺備用的情況，同時(shí)發(fā)現所帶負荷不高的情況下，可采取一臺變壓器帶三臺配水機，這樣做節約生產(chǎn)成本。對夏季應對管網(wǎng)壓力低，配水設備可能超負荷運行問(wèn)題，選擇合理的運行方式可以保證供水安全?？煽紤]采取在以后改造中降低變壓器容量。隨著(zhù)系統的長(cháng)期運行，針對系統提供的異常報警及檢測出的相關(guān)問(wèn)題，提供優(yōu)化用電結構或生產(chǎn)工藝，提供相關(guān)的制度保障，預測用電環(huán)境的變化趨勢用以指導生產(chǎn)運行。

[1]劉盛，方健，王衛國，夏錚.電能管理系統在自來(lái)水廠(chǎng)中的應用

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[7]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，現任職于安科瑞電氣股份有限公司，主要從事企業(yè)能源管控研究發(fā)展