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【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、能源管理水平對能源消耗都會產(chǎn)生不同的影響。建設一個全廠級的集中統(tǒng)一的能源管理系統(tǒng)可以實現(xiàn)對能源數(shù)據(jù)進行在線采集、計算、分析及處理，從而對能源物料平衡、調(diào)度與優(yōu)化、能源設備運行與管理等方面發(fā)揮著重要的作用。
1 項目概述及建設目標
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)，整個新建廠區(qū)包括兩個廠房、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)設計一套企業(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，并此基礎上逐步整理完善企業(yè)能源管理數(shù)據(jù)庫，對數(shù)據(jù)進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)報送)。同時通過網(wǎng)絡技術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)，以實現(xiàn)智慧廠區(qū)和數(shù)字廠區(qū)。
2 能源管理系統(tǒng)的設計
在管理系統(tǒng)的設計中，充分考慮了企業(yè)自身特性，以及能源構(gòu)成系統(tǒng)的實際結(jié)構(gòu)、電力系統(tǒng)的實際載荷能力等因素，進而合理的選擇管理設備，這既有利于減少系統(tǒng)運作的成本，同時也有利于系統(tǒng)功能的實現(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)傳輸設備，因此在新建廠房的設計建設過程中，就考慮計量表計的安裝，在低壓配電房、車間動力柜、員工宿舍分別配置多功能電表、電能計量表、多回路計量裝置、壓縮空氣流量計、蒸汽流量計、水表以及溫濕度控制器等。
2.1 計量設備的選擇
企業(yè)用電由供電局一路10kV總進線引入，計量企業(yè)總用電，需要在10kV總進線處安裝一塊多功能計量表計，在該處配置ACR320ELH網(wǎng)絡多功能儀表，在0.4kV進線部分采用ACRACR330EFLKH多功能儀表;在配電室出線部分配置多功能電表ACR220EFLK;在車間動力柜、宿舍動力柜安裝DTSD1352/C導軌式電度表，并通過互感器二次接入;在宿舍樓每層計量末端采用多回路計量裝置ADF300-II-18D(6S)計量每間宿舍用電量。
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傳水表進行計量;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進行計量。
2.2 電能管理系統(tǒng)網(wǎng)絡構(gòu)成
隨著國家電網(wǎng)改革政策的逐步推進和落實，Acrel-3000WEB電能管理解決方案運用互聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)技術，為企業(yè)提供電能管理解決方案。該平臺監(jiān)控用戶配電系統(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。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。
整個能源系統(tǒng)采用分層、分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，包括一個監(jiān)管中心，三個通訊子站以及若干個現(xiàn)場計量單元，高可靠性工業(yè)控制計算機及軟、硬件系統(tǒng)，高性能的現(xiàn)場總線技術及網(wǎng)絡通信技術，確保整個系統(tǒng)運行安全、穩(wěn)定可靠、使用維護方便。
能源監(jiān)管中心包含能源管理計算機、網(wǎng)絡交換機、打印機、UPS以及Acrel-3000能源管理軟件，其中軟件部分具有良好的人機交互界面，通過數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議讀取通訊管理機采集的現(xiàn)場各類數(shù)據(jù)信息，自動經(jīng)過計算處理，以圖形、數(shù)顯、聲音等方式反映現(xiàn)場的運行狀況;電能計量管理功能設計各種符合用戶的報表格式，報表內(nèi)數(shù)據(jù)嚴格按照各種標準進行計量，搭建完整的計量體系，用戶只需查找打印即可，方便了操作，提高了工作效率。
本平臺適用于電力監(jiān)控和電能管理，要求對變電所內(nèi)的儀表、保護和環(huán)境傳感器的遙測、遙信數(shù)據(jù)，實現(xiàn)運行狀態(tài)、異常越限告警等監(jiān)視與管理。
通訊子站主要包括通訊管理機、數(shù)據(jù)采集箱以及其他網(wǎng)絡設備，網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)如下圖所示：
2.3 主要設計參考標準
GB50052-2009 《供配電系統(tǒng)設計規(guī)范》
DL/T 814-2002 《配電自動化系統(tǒng)功能規(guī)范》
GB50054-2011 《低壓配電設計規(guī)范》
DL/T 5430-2009 《無人值班變電站遠方監(jiān)控中心設計技術規(guī)程》
GB/T 2887-2011 《計算機場地通用規(guī)范》
Q/GDW 231-2008 《無人值守變電站及監(jiān)控 中心技術導則》
GB/T 50063-2008 《電力裝置的電測量儀表裝置設計規(guī)范》
Q/GDW 214-2008 《變電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)場驗收管理規(guī)程》
2.4 能源管理系統(tǒng)軟件功能設計
系統(tǒng)可完成對變配電室內(nèi)所有智能設備完成數(shù)據(jù)交換，能實時監(jiān)測變電站內(nèi)變壓器、斷路器等重要運行設備的運行狀態(tài);實時監(jiān)測變配電室內(nèi)各回路的運行數(shù)據(jù)及環(huán)境溫度等數(shù)字量;通訊管理單元與廠內(nèi)局域網(wǎng)連接，把數(shù)據(jù)傳至服務器。
系統(tǒng)可分為三層：即現(xiàn)場設備層、網(wǎng)絡通訊層和系統(tǒng)管理層。
現(xiàn)場設備層：包含變電所安裝的多功能儀表、溫濕度監(jiān)測裝置、攝像頭、開關量采集裝置等。除攝像頭外，其它設備通過RS485總線接入現(xiàn)場智能網(wǎng)關RS485端口。
網(wǎng)絡通訊層：包含現(xiàn)場智能網(wǎng)關和交換機等設備。智能網(wǎng)關主動采集現(xiàn)場設備層設備的數(shù)據(jù)，并可進行規(guī)約轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)存儲，并通過交換機把數(shù)據(jù)上傳至指定的服務器端口，網(wǎng)絡故障時數(shù)據(jù)可存儲在本地，待網(wǎng)絡恢復時從中斷的位置繼續(xù)上傳數(shù)據(jù)，保證服務器端數(shù)據(jù)不丟失。
ANet智能通信管理機系列是一款采用嵌入式硬件計算機平臺，具有多個下行通信接口及一個或者多個上行網(wǎng)絡接口，作為信息采集系統(tǒng)中采集終端與平臺系統(tǒng)間的橋梁，能夠根據(jù)不同的采集規(guī)約進行水表、氣表、電表、微機保護等設備終端的數(shù)據(jù)采集匯總，并使用相應的規(guī)約轉(zhuǎn)發(fā)現(xiàn)場設備的數(shù)據(jù)給平臺系統(tǒng)。
ANet智能通信管理機支持接收上級主站系統(tǒng)下達的命令，并轉(zhuǎn)發(fā)給目標區(qū)域內(nèi)的智能系列單元，完成對廠站內(nèi)各開關設備的分、合閘遠方控制或裝置的參數(shù)整定，實現(xiàn)遙控和遙調(diào)功能，以達到遠動輸出調(diào)度命令的目標。
ANet智能通信管理機作為自動化系統(tǒng)網(wǎng)絡與監(jiān)測設備之間的通信接口設備，提供規(guī)約轉(zhuǎn)換、透明轉(zhuǎn)發(fā)、數(shù)據(jù)加密壓縮、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、邊緣計算等多項功能。
ANet智能通信管理機實時多任務并行處理數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，并可多鏈路上送平臺數(shù)據(jù)。通過專門的配置管理軟件，可為通道選擇各自不同的通信協(xié)議，并可通過更改配置文件來改變通信管理機所連接儀表設備的數(shù)量及數(shù)據(jù)信息，而不需更改軟件程序。
系統(tǒng)管理層：包含服務器、交換機等設備，若需要手機APP和外網(wǎng)WEB訪問，服務器具備固定IP地址。
系統(tǒng)依據(jù)客戶實際需求進行設計，并實現(xiàn)了一次主接線圖界面顯示;電參量遙測及電參量越限報警;事件記錄;系統(tǒng)運行異常監(jiān)測;故障報警及操作記錄;報表查詢與打印;系統(tǒng)負荷實時、歷史曲線，用戶權限管理等主要功能。
數(shù)據(jù)的采集與處理
通過高精度智能儀表以技術手段實現(xiàn)自動化全實時、高密度的實時用能監(jiān)測，減少用能的“跑、冒、滴、漏”和計量誤差。實時監(jiān)視現(xiàn)場儀表的回傳數(shù)據(jù)，對電能進行合理的管控和預警，及時發(fā)現(xiàn)并改正運行中存在的用電異常，隨時處理。按需設置重要設備的超標預警值，超標時醒目提醒并主動記錄。
用電管理及計量體系的搭建
為了實現(xiàn)對阿克希龍各用能回路用能的監(jiān)管，系統(tǒng)設計了能源管理報表，系統(tǒng)通過對有功電度、用水、用氣等能源的采集，按照回路名稱的不同。按照計量體系搭建原則，自動生成日報表、月報表和年報表，將各進線回路與出線回路電能消耗量在同一張報表中體現(xiàn)出來，并計算出線回路用電量之和，出線回路與進線回路誤差、誤差百分比(誤差百分比是否超標)等，幫助用戶及時發(fā)現(xiàn)這種非正常用電問題。
同時電能管理系統(tǒng)可對某一回路的某一時間段內(nèi)的用電量進行查詢，可以幫助后勤管理部門建立合理的用能管理考核制度。通過系統(tǒng)的建設和制度的建立，使各部門辦公、生產(chǎn)人員節(jié)能意識大大提高，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，反應了企業(yè)在能源輸入及分配輸送方面的平衡關系。
電能質(zhì)量
阿克希龍新廠房生產(chǎn)線對電能質(zhì)量要求較高，特別是諧波，同時由于諧波的產(chǎn)生會造成變壓器、輸電線路等電氣設備附加損耗與發(fā)熱，縮短使用壽命，造成設備震動和噪聲;諧波諧振過電壓，造成電氣元件及設備的故障與損壞;引起電能計量錯誤 ;重要的和敏銳的自動控制、保護裝置不正確動作;敏銳的IT芯片制造成品率降低等等，通過電能質(zhì)量的監(jiān)測，能隨時掌握每條生產(chǎn)線路電能質(zhì)量，并及時給出治理方案，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)管理人員對新老廠區(qū)能源系統(tǒng)同意管理，整個新建廠區(qū)能源管理系統(tǒng)可以通過企業(yè)內(nèi)部專網(wǎng)，實現(xiàn)新老廠區(qū)數(shù)據(jù)共享，方便業(yè)務能源管理能源統(tǒng)一管理，提高其效率。
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)幫助用能單位提高其效率、減少損失、降低運營成本，能源管理系統(tǒng)能夠確保電網(wǎng)管理效率、縮小運營成本，也成為供配電設計中不可或缺的重要組成部分。能源管理系統(tǒng)的通信、故障報警、數(shù)據(jù)存儲記錄等功能使得工作人員在實際工作中更加方便，可以通過人機操作界面, 直接了解到用能設備的運行狀態(tài),并能迅速傳遞出操作指令，由于監(jiān)控設備對數(shù)據(jù)的傳遞都是通過網(wǎng)絡傳輸來實現(xiàn)，因此，不同的能源管理系統(tǒng)可以設計不同的組網(wǎng)方式,確保數(shù)據(jù)信息能夠迅速的進行傳輸。另一方面，在企業(yè)能源管理設計中運用能源管理系統(tǒng)，應該根據(jù)實際情況選擇計量裝置。
在工業(yè)企業(yè)設置能源管理系統(tǒng)，可以實現(xiàn)對企業(yè)內(nèi)能源計量分產(chǎn)線、分廠區(qū)、分產(chǎn)量等進行統(tǒng)計分析，不僅能夠準確的表示出回路的用能狀況，它還具備網(wǎng)絡通訊等功能，能夠與計算機、串口服務器等設備進行組合，及時的顯示樓內(nèi)各條生產(chǎn)線的運作狀態(tài)，當某設備電力系統(tǒng)的負載越標時，能源管理系統(tǒng)能夠迅速報警，發(fā)出語音提示。另外，能源管理系統(tǒng)還能夠生成報表、曲線圖等統(tǒng)計信息，便于有關人員分析企業(yè)各部分的用能狀況，使企業(yè)的用能活動更加安全，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：湯梓紅
工商網(wǎng)監(jiān)
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