電能管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用詳解

【摘要】：在我國的能源消耗中，工業(yè)是我國能源消耗的大戶，能源消耗量占全國能源消耗總量的70%左右，而不同類型工業(yè)企業(yè)的工藝流程，裝置情況、產(chǎn)品類型、能源管理水平對(duì)能源消耗都會(huì)產(chǎn)生不同的影響。建設(shè)一個(gè)全廠級(jí)的集中統(tǒng)一的能源管理系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)能源數(shù)據(jù)進(jìn)行在線采集、計(jì)算、分析及處理，從而對(duì)能源物料平衡、調(diào)度與優(yōu)化、能源設(shè)備運(yùn)行與管理等方面發(fā)揮著重要的作用。

1 項(xiàng)目概述及建設(shè)目標(biāo)

浙江阿克希龍舜華鋁塑業(yè)有限公司成立于2005年1月1日，是法國ILEOS下屬的AXILONE公司與浙江上虞市舜華真空涂裝有限公司合資成立的中法合資公司，由法國阿克希龍公司控股。

由于企業(yè)生產(chǎn)規(guī)模擴(kuò)大，阿克希龍舜華鋁塑業(yè)有限公司在杭州灣上虞工業(yè)園區(qū)新建廠區(qū)，整個(gè)新建廠區(qū)包括兩個(gè)廠房、一棟宿舍樓，主要消耗能源包括電、水、壓縮空氣、蒸汽等。為了更好的掌握企業(yè)能源消耗、能源成本，阿克希龍舜華鋁塑業(yè)在新廠區(qū)設(shè)計(jì)一套企業(yè)能源管理系統(tǒng)，并與原老廠區(qū)能源管理系統(tǒng)一起，作為企業(yè)內(nèi)部考核管理的工具，并此基礎(chǔ)上逐步整理完善企業(yè)能源管理數(shù)據(jù)庫，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行多層次全方面的開發(fā)利用（如決策需要、電能分析、數(shù)據(jù)報(bào)送）。同時(shí)通過網(wǎng)絡(luò)技術(shù)使之成為作為浙江阿克希龍舜華鋁業(yè)信息化系統(tǒng)的重要子系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)智慧廠區(qū)和數(shù)字廠區(qū)。

2 能源管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

在管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，充分考慮了企業(yè)自身特性，以及能源構(gòu)成系統(tǒng)的實(shí)際結(jié)構(gòu)、電力系統(tǒng)的實(shí)際載荷能力等因素，進(jìn)而合理的選擇管理設(shè)備，這既有利于減少系統(tǒng)運(yùn)作的成本，同時(shí)也有利于系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)。

浙江阿克希龍舜華鋁塑業(yè)有限公司原來的能源管理架構(gòu)中，缺少必要的能源采集裝置、數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備，因此在新建廠房的設(shè)計(jì)建設(shè)過程中，就考慮計(jì)量表計(jì)的安裝，在低壓配電房、車間動(dòng)力柜、員工宿舍分別配置多功能電表、電能計(jì)量表、多回路計(jì)量裝置、壓縮空氣流量計(jì)、蒸汽流量計(jì)、水表以及溫濕度控制器等。

2.1 計(jì)量設(shè)備的選擇

企業(yè)用電由供電局一路10kV總進(jìn)線引入，計(jì)量企業(yè)總用電，需要在10kV總進(jìn)線處安裝一塊多功能計(jì)量表計(jì)，在該處配置ACR320ELH網(wǎng)絡(luò)多功能儀表，在0.4kV進(jìn)線部分采用ACRACR330EFLKH多功能儀表；在配電室出線部分配置多功能電表ACR220EFLK；在車間動(dòng)力柜、宿舍動(dòng)力柜安裝DTSD1352/C導(dǎo)軌式電度表，并通過互感器二次接入；在宿舍樓每層計(jì)量末端采用多回路計(jì)量裝置ADF300-II-18D(6S)計(jì)量每間宿舍用電量。

企業(yè)用水包括純水以及生產(chǎn)所產(chǎn)生的污水，其中純水通過安裝遠(yuǎn)傳水表進(jìn)行計(jì)量；污水通過污水處理站PLC直接本系統(tǒng)。企業(yè)蒸汽、壓縮空氣分別通過氣體流量計(jì)進(jìn)行計(jì)量。

2.2 電能管理系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成

整個(gè)能源系統(tǒng)采用分層、分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，包括一個(gè)監(jiān)管中心，三個(gè)通訊子站以及若干個(gè)現(xiàn)場計(jì)量單元，高可靠性工業(yè)控制計(jì)算機(jī)及軟、硬件系統(tǒng)，高性能的現(xiàn)場總線技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，確保整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行安全、穩(wěn)定可靠、使用維護(hù)方便。

能源監(jiān)管中心包含能源管理計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、打印機(jī)、UPS以及Acrel-3000能源管理軟件，其中軟件部分具有良好的人機(jī)交互界面，通過數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議讀取通訊管理機(jī)采集的現(xiàn)場各類數(shù)據(jù)信息，自動(dòng)經(jīng)過計(jì)算處理，以圖形、數(shù)顯、聲音等方式反映現(xiàn)場的運(yùn)行狀況；電能計(jì)量管理功能設(shè)計(jì)各種符合用戶的報(bào)表格式，報(bào)表內(nèi)數(shù)據(jù)嚴(yán)格按照各種標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行計(jì)量，搭建完整的計(jì)量體系，用戶只需查找打印即可，極大的方便了操作，提高了工作效率。

通訊子站主要包括通訊管理機(jī)、數(shù)據(jù)采集箱以及其他網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如下圖所示：

2.3 主要設(shè)計(jì)參考標(biāo)準(zhǔn)

GB50052-2009 《供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》

DL/T 814-2002 《配電自動(dòng)化系統(tǒng)功能規(guī)范》

GB50054-2011 《低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范》

DL/T 5430-2009 《無人值班變電站遠(yuǎn)方監(jiān)控中心設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》

GB/T 2887-2011 《計(jì)算機(jī)場地通用規(guī)范》

Q/GDW 231-2008 《無人值守變電站及監(jiān)控 中心技術(shù)導(dǎo)則》

GB/T 50063-2008 《電力裝置的電測量儀表裝置設(shè)計(jì)規(guī)范》

Q/GDW 214-2008 《變電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)場驗(yàn)收管理規(guī)程》

2.4 能源管理系統(tǒng)軟件功能設(shè)計(jì)

系統(tǒng)依據(jù)客戶實(shí)際需求進(jìn)行設(shè)計(jì)，并實(shí)現(xiàn)了一次主接線圖界面顯示；電參量遙測及電參量越限報(bào)警；事件記錄；系統(tǒng)運(yùn)行異常監(jiān)測；故障報(bào)警及操作記錄；報(bào)表查詢與打印；系統(tǒng)負(fù)荷實(shí)時(shí)、歷史曲線，用戶權(quán)限管理等主要功能。

數(shù)據(jù)的采集與處理

通過高精度智能儀表以技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化全實(shí)時(shí)、高密度的實(shí)時(shí)用能監(jiān)測，減少用能的“跑、冒、滴、漏”和計(jì)量誤差。實(shí)時(shí)監(jiān)視現(xiàn)場儀表的回傳數(shù)據(jù)，對(duì)電能進(jìn)行合理的管控和預(yù)警，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并改正運(yùn)行中存在的用電異常，隨時(shí)處理。按需設(shè)置重要設(shè)備的超標(biāo)預(yù)警值，超標(biāo)時(shí)醒目提醒并主動(dòng)記錄。

用電管理及計(jì)量體系的搭建

為了實(shí)現(xiàn)對(duì)阿克希龍各用能回路用能量的監(jiān)管，系統(tǒng)設(shè)計(jì)了能源管理報(bào)表，系統(tǒng)通過對(duì)有功電度、用水、用氣等能源的采集，按照回路名稱的不同。按照計(jì)量體系搭建原則，自動(dòng)生成日?qǐng)?bào)表、月報(bào)表和年報(bào)表，將各進(jìn)線回路與出線回路電能消耗量在同一張報(bào)表中體現(xiàn)出來，并計(jì)算出線回路用電量之和，出線回路與進(jìn)線回路誤差、誤差百分比（誤差百分比是否超標(biāo)）等，幫助用戶及時(shí)發(fā)現(xiàn)這種非正常用電問題。

同時(shí)電能管理系統(tǒng)可對(duì)某一回路的某一時(shí)間段內(nèi)的用電量進(jìn)行查詢，可以幫助后勤管理部門建立有效的用能管理考核制度。通過系統(tǒng)的建設(shè)和制度的建立，使各部門辦公、生產(chǎn)人員節(jié)能意識(shí)大大提高，有效的節(jié)約了企業(yè)管理辦公能源消耗。

能源流向圖

能源流向圖表示的是能源介質(zhì)流向的一種示意圖，直觀形象的概括了企業(yè)能源系統(tǒng)的全貌，反應(yīng)了企業(yè)在能源輸入及分配輸送方面的平衡關(guān)系。

電能質(zhì)量

阿克希龍新廠房生產(chǎn)線有很多新精密儀器，對(duì)電能質(zhì)量要求較高，特別是諧波，同時(shí)由于諧波的產(chǎn)生會(huì)造成變壓器、輸電線路等電氣設(shè)備附加損耗與發(fā)熱，縮短使用壽命，造成設(shè)備震動(dòng)和噪聲；諧波諧振過電壓，造成電氣元件及設(shè)備的故障與損壞；引起電能計(jì)量錯(cuò)誤 ；重要的和敏感的自動(dòng)控制、保護(hù)裝置不正確動(dòng)作；敏感的IT芯片制造成品率降低等等，通過電能質(zhì)量的監(jiān)測，能隨時(shí)掌握每條生產(chǎn)線路電能質(zhì)量，并及時(shí)給出治理方案，確保電能質(zhì)量。

數(shù)據(jù)共享

阿克希龍新老廠區(qū)均配置能源管理系統(tǒng)，為了方便企業(yè)管理人員對(duì)新老廠區(qū)能源系統(tǒng)同意管理，整個(gè)新建廠區(qū)能源管理系統(tǒng)可以通過企業(yè)內(nèi)部專網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)新老廠區(qū)數(shù)據(jù)共享，方便業(yè)務(wù)能源管理能源統(tǒng)一管理，提高效率。

3、企業(yè)能源管理系統(tǒng)的意義

綜上所述，能源管理系統(tǒng)幫助用能單位提高效率、減少損失、降低運(yùn)營成本，能源管理系統(tǒng)能夠有效確保電網(wǎng)管理效率、縮小運(yùn)營成本，也成為供配電設(shè)計(jì)中不可或缺的重要組成部分。能源管理系統(tǒng)的通信、故障報(bào)警、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)記錄等功能使得工作人員在實(shí)際工作中更加方便，可以通過人機(jī)操作界面, 直接了解到用能設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài),并能迅速傳遞出操作指令，由于監(jiān)控設(shè)備對(duì)數(shù)據(jù)的傳遞都是通過網(wǎng)絡(luò)傳輸來實(shí)現(xiàn)，因此，不同的能源管理系統(tǒng)可以設(shè)計(jì)不同的組網(wǎng)方式,確保數(shù)據(jù)信息能夠迅速、精準(zhǔn)的進(jìn)行傳輸。另一方面，在企業(yè)能源管理設(shè)計(jì)中運(yùn)用能源管理系統(tǒng)，應(yīng)該根據(jù)實(shí)際情況選擇計(jì)量裝置。

在工業(yè)企業(yè)設(shè)置能源管理系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)企業(yè)內(nèi)能源計(jì)量分產(chǎn)線、分廠區(qū)、分產(chǎn)量等進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，不僅能夠準(zhǔn)確的表示出回路的用能狀況，它還具備網(wǎng)絡(luò)通訊等功能，能夠與計(jì)算機(jī)、串口服務(wù)器等設(shè)備進(jìn)行組合，及時(shí)的顯示樓內(nèi)各條生產(chǎn)線的運(yùn)作狀態(tài)，當(dāng)某設(shè)備電力系統(tǒng)的負(fù)載越標(biāo)時(shí)，能源管理系統(tǒng)能夠迅速報(bào)警，發(fā)出語音提示。另外，能源管理系統(tǒng)還能夠生成報(bào)表、曲線圖等統(tǒng)計(jì)信息，便于有關(guān)人員分析企業(yè)各部分的用能狀況，使企業(yè)的用能活動(dòng)更加安全，從而保證企業(yè)生產(chǎn)人員的生命安全，提高生產(chǎn)人員的工作效率。

審核編輯：符乾江