趙娜
安科瑞電氣股份有限公司,上海 嘉定 201801;
摘要:介紹安科瑞能效管理系統(tǒng),采用智能電力儀表采集35KV配電現(xiàn)場(chǎng)的各種電參量。系統(tǒng)采用現(xiàn)場(chǎng)就地組網(wǎng)的方式,組網(wǎng)后通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線通訊遠(yuǎn)傳至監(jiān)控后臺(tái),通過(guò)能效管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)變電所配電回路用電的實(shí)時(shí)監(jiān)控、分析及管理。
關(guān)鍵詞:變電所;智能電力儀表;能效管理系統(tǒng);
概述
安徽金禾化工有限責(zé)任公司建成投產(chǎn)于1975年,當(dāng)時(shí)合成氨僅為年產(chǎn)3000噸,經(jīng)過(guò)多年不斷改造,現(xiàn)已發(fā)展成為年產(chǎn)10萬(wàn)噸合成氨,10萬(wàn)噸尿素,6萬(wàn)噸碳酸氫銨,2萬(wàn)噸甲醇,5萬(wàn)噸甲醛,5萬(wàn)噸復(fù)混肥,500噸香精香料的綜合性化工企業(yè)。企業(yè)占地面積15萬(wàn)平方米,總資產(chǎn)1.6億元,1080名員工。
該工廠主要有1路35KV進(jìn)線、6路直變(35KV/6.3KV)、6路直變(35KV/0.4KV)及若干0.4KV饋線回路。
公司每年在用電方面的投入成本比較大,主要對(duì)用電質(zhì)量和用電明細(xì)均不明確,對(duì)用電管理人員造成了很多困惑,根據(jù)其實(shí)際情況提出以下需求:
根據(jù)用戶需求,需要對(duì)安徽金禾化工35KV變電所進(jìn)行改造并建立能效管理系統(tǒng)(主要是數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控及能耗數(shù)據(jù)處理分析),在35KV隔壁的值班室內(nèi)設(shè)置監(jiān)控平臺(tái),對(duì)改造后的回路實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、統(tǒng)計(jì)、分析,以保證用電的安全、可靠和。
安科瑞能效管理系統(tǒng),充分利用了現(xiàn)代電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的發(fā)展,對(duì)變配電系統(tǒng)進(jìn)行分散數(shù)據(jù)采集和集中監(jiān)控管理。對(duì)配電系統(tǒng)的二次設(shè)備進(jìn)行組網(wǎng),通過(guò)計(jì)算機(jī)和通訊網(wǎng)絡(luò),將分散的配電所的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備連接為個(gè)有機(jī)的整體,實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)運(yùn)行的遠(yuǎn)程監(jiān)控、集中管理及能效分析。
2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)描述
本監(jiān)控系統(tǒng)采用分層分布式結(jié)構(gòu),即站控層,通訊層與間隔層;如圖(1)所示:
圖(1)能效管理系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D
間隔設(shè)備層主要為:智能電度表、開(kāi)關(guān)量、模擬量采集模塊和框架斷路器等。這些裝置分別對(duì)應(yīng)相應(yīng)的次設(shè)備安裝在電氣柜內(nèi),這些裝置均采用RS485通訊接口,通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)MODBUS總線組網(wǎng)通訊,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)現(xiàn)場(chǎng)采集。
網(wǎng)絡(luò)通訊層主要為:通訊服務(wù)器,其主要功能為把分散在現(xiàn)場(chǎng)采集裝置集中采集,同時(shí)遠(yuǎn)傳至站控層,完成現(xiàn)場(chǎng)層和站控層之間的數(shù)據(jù)交互。
站控管理層:設(shè)有高性能工業(yè)計(jì)算機(jī)、顯示器、UPS電源、打印機(jī)、短信報(bào)警模塊、報(bào)警蜂鳴器等設(shè)備。監(jiān)控系統(tǒng)安裝在計(jì)算機(jī)上,集中采集顯示現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備運(yùn)行狀況,以人機(jī)交互的形式顯示給用戶。
改造后增設(shè)的智能電度表均采用RS485接口和MODBUS-RTU通訊協(xié)議,RS485采用屏蔽線傳輸,般都采用二根連線,接線簡(jiǎn)單方便;通訊接口是半雙工通信即通信的雙方都可以接收、發(fā)送數(shù)據(jù)但是在同時(shí)刻只能發(fā)送或接收數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)zui高傳輸速率為10Mbps。
RS485接口是采用平衡驅(qū)動(dòng)器和差分接收器的組合,抗噪聲干擾能力增強(qiáng),總線上允許連接多達(dá)32個(gè)設(shè)備,zui大傳輸距離為1.2km。
3 能效管理系統(tǒng)主要功能
3.1 數(shù)據(jù)采集與處理
數(shù)據(jù)采集是配電監(jiān)控的基礎(chǔ),數(shù)據(jù)采集主要由底層多功能網(wǎng)絡(luò)儀表采集完成,實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)的本地實(shí)時(shí)顯示。需要完成采集的信號(hào)包括:三相電壓U、三相電流I、頻率Hz、功率P、功率因數(shù)COSφ、電度Epi、遠(yuǎn)程設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)等數(shù)據(jù)。
數(shù)據(jù)處理主要是把按要求采集到的電參量實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的顯示給用戶,達(dá)到配電監(jiān)控的自動(dòng)化化和智能化要求,同時(shí)把采集到的數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫(kù)供用戶查詢。
3.2 人機(jī)交互
系統(tǒng)提供簡(jiǎn)單、易用、良好的用戶使用界面。采用全中文界面,CAD圖形顯示低壓配電系統(tǒng)電氣次主接線圖,顯示配電系統(tǒng)設(shè)備狀態(tài)及相應(yīng)實(shí)時(shí)運(yùn)行參數(shù),畫面定時(shí)輪巡切換;畫面實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)刷新;模擬量顯示;開(kāi)關(guān)量顯示;連續(xù)記錄顯示等。
3.3 歷時(shí)事件
歷時(shí)事件查看界面主要為用戶查看曾經(jīng)發(fā)生過(guò)的故障記錄、信號(hào)記錄、操作記錄、越限記錄提供方便友好的人機(jī)交互,通過(guò)歷史事件查看平臺(tái),您可以根據(jù)自己的要求和查詢條件方便定位您所要查看的歷史事件,為您把握整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行情況提供了良好的軟件支持。
3.4 數(shù)據(jù)庫(kù)建立與查詢
主要完成遙測(cè)量和遙信量定時(shí)采集,并且建立數(shù)據(jù)庫(kù),定期生成報(bào)表,以供用戶查詢打印。
3.5 用戶權(quán)限管理
針對(duì)不同級(jí)別的用戶,設(shè)置不同的權(quán)限組,防止因人為誤操作給生產(chǎn),生活帶來(lái)的損失,實(shí)現(xiàn)配電系統(tǒng)的安全,可靠運(yùn)行??梢酝ㄟ^(guò)用戶管理進(jìn)行用戶登錄、用戶注銷、修改密碼、添加刪除等操作,方便用戶對(duì)賬號(hào)和權(quán)限的修改。
3.6 運(yùn)行負(fù)荷曲線
負(fù)荷趨勢(shì)曲線功能主要負(fù)責(zé)定時(shí)重要回路電流和功率負(fù)荷參量,自動(dòng)生成運(yùn)行負(fù)荷趨勢(shì)曲線的,方便用戶及時(shí)了解設(shè)備的運(yùn)行負(fù)荷狀況。點(diǎn)擊畫面相應(yīng)按鈕或菜單項(xiàng)可以完成相應(yīng)功能的切換;可以查看實(shí)時(shí)趨勢(shì)曲線或歷史趨勢(shì)線;對(duì)所選曲線可以進(jìn)行平移、縮放、量程變換等操作,幫助用戶進(jìn)線趨
勢(shì)分析和故障追憶,為分析整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行狀況提供了直觀而方便的軟件支持。
3.7 遠(yuǎn)程報(bào)表查詢
報(bào)表管理程序的主要功能是根據(jù)用戶的需要設(shè)計(jì)報(bào)表樣式,把系統(tǒng)中處理的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)篩選、組合和統(tǒng)計(jì)生成用戶需要的報(bào)表數(shù)據(jù)。本程序還可以根據(jù)用戶的需要對(duì)報(bào)表文件采用定時(shí)保存、打印或者召喚保存、打印模式。同時(shí)本程序還向用戶提供了對(duì)生成的報(bào)表文件管理功能。
報(bào)表具有自由設(shè)置查詢時(shí)間實(shí)現(xiàn)日、月、年的電能統(tǒng)計(jì),數(shù)據(jù)導(dǎo)出和報(bào)表打印等功能。
3.8 系統(tǒng)能耗分析功能
可實(shí)現(xiàn)對(duì)能耗系統(tǒng)同比、環(huán)比分析;根據(jù)自定義時(shí)間段查詢峰、平、谷電度值;根據(jù)班組能耗可核算某個(gè)班組的能效比。
4 案例分析
本監(jiān)控系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)安徽金禾化工35KV變電所實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、分析及管理,監(jiān)控范圍如下:
1路35KV進(jìn)線、6路直變(35KV/6.3KV)、6路直變(35KV/0.4KV)。
安科瑞電氣股份有限公司為其選用DTSD1352-CF的多功能電度表,互感器采用高壓柜原有互感器進(jìn)行項(xiàng)目改造。
DTSD1352-CF尺寸及詳細(xì)參數(shù):
功能 | 功能說(shuō)明 | DTSD1352 |
電能計(jì)量 | 有功電能計(jì)量(正、反向) | ■ |
無(wú)功電能計(jì)量(正、反向) | ■ | |
A、B、C分相正向有功電能 | ■ | |
電量測(cè)量 | U、I | ■ |
P、Q、S、PF、F | ■ | |
LCD顯示 | 8位段式LCD顯示 | ■ |
按鍵編程 | 4按鍵可編程通信、變比等參數(shù) | ■ |
脈沖輸出 | 有功脈沖輸出、時(shí)鐘脈沖輸出 | ■ |
無(wú)功脈沖輸出 | □(與時(shí)鐘復(fù)用) | |
LED報(bào)警 | 失壓及數(shù)據(jù)效驗(yàn)失敗報(bào)警 | ■ |
復(fù)費(fèi)率及 附帶功能 | 支持4個(gè)時(shí)區(qū)、2個(gè)時(shí)段表、8個(gè)日時(shí)段、4個(gè)費(fèi)率 | ■ |
四種zui大需量及發(fā)生時(shí)間 | □ | |
上12月歷史凍結(jié)數(shù)據(jù) | □ | |
日期、時(shí)間 | □ | |
通訊 | RS485接口,同時(shí)支持Modbus、DL/T645-07、DL/T645-97 | □ |
根據(jù)其改造的回路,系統(tǒng)可實(shí)時(shí)顯示次回路運(yùn)行狀況,功能有電量遙測(cè)主要監(jiān)測(cè)運(yùn)行設(shè)備的電參量,其中包括:線三相電壓、電流、功率、功率因數(shù)、電能,頻率等電參量。見(jiàn)圖(2)
圖(2)系統(tǒng)配電二次圖
遙測(cè)報(bào)警功能,主要完成對(duì)直變和主變負(fù)載越限彈出報(bào)警界面指示具體的報(bào)警位置并聲音報(bào)警,提醒值班人員及時(shí)處理。負(fù)載越限值在相應(yīng)權(quán)限下可自由設(shè)置。具備歷史查詢功能,見(jiàn)圖(3)。
圖(3) 越限報(bào)警信息
用電量報(bào)表功能,可選擇時(shí)間段進(jìn)行查詢,支持任意時(shí)間段電度累計(jì)查詢,具備數(shù)據(jù)導(dǎo)出和報(bào)表打印等功能。為值班人員提供了可靠的電能報(bào)表。該報(bào)表各回路名稱和數(shù)據(jù)庫(kù)關(guān)聯(lián),方便用戶修改回路名稱,用戶可以直接打印報(bào)表,可以以EXCEL格式另存到其他位置,圖(4)主變和直變電能統(tǒng)計(jì)報(bào)表。
圖(4) 電能報(bào)表
參數(shù)抄表功能,主要所有回路的電參數(shù)進(jìn)線查詢。支持任意時(shí)刻電參數(shù)查詢,具備數(shù)據(jù)導(dǎo)出和報(bào)表打印等功能。該報(bào)表查詢供35KV變電所6臺(tái)主變和6臺(tái)直變的電參數(shù),主要包括:三相電壓、三相電流、有功功率、無(wú)功功率、頻率和有功電度。該報(bào)表各回路名稱和數(shù)據(jù)庫(kù)關(guān)聯(lián),方便用戶修改回路名稱,如圖(5)所示。
圖(5) 參數(shù)抄表
實(shí)時(shí)功率因數(shù)監(jiān)測(cè)功能,功率因數(shù)過(guò)低系統(tǒng)實(shí)時(shí)告警,用戶根據(jù)功率因數(shù)狀況對(duì)該回路的設(shè)備進(jìn)行維修或換。功率因數(shù)報(bào)表如圖(6)所示。
圖(6)功率因數(shù)趨勢(shì)圖
班組考核報(bào)表,可實(shí)時(shí)每個(gè)班組工作時(shí)間段的電參量及能耗值,如圖(7)所示。
圖(6)班組報(bào)表
負(fù)荷趨勢(shì)曲線界面中可直觀的查看回路的負(fù)荷運(yùn)行情況。查看實(shí)時(shí)和歷史趨勢(shì)曲線,點(diǎn)擊畫面相應(yīng)按鈕或菜單項(xiàng)可以完成相應(yīng)功能的切換;幫助用戶進(jìn)線趨勢(shì)分析和故障追憶,具備曲線打印功能。為分析整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行狀況提供了直觀而方便的軟件支持,見(jiàn)圖(7)(8)(9)(10)。
圖(7)電流趨勢(shì)曲線圖
圖(8)電壓趨勢(shì)曲線圖
圖(9)有功功率趨勢(shì)曲線圖
圖(10)有功功率趨勢(shì)曲線圖
同比、環(huán)比分析,如圖(11)所示
圖(11)同比分析
當(dāng)日能耗、昨日能耗及同期能耗對(duì)比如圖(12)所示
圖(12)能耗對(duì)比
峰、平、谷能耗分析,如圖(13)所示。
圖(13)峰、平、谷能耗分析
當(dāng)月用電量排行、用電比例及總進(jìn)線功率趨勢(shì)分析,如圖(14)所示。
圖(14)能效管理主畫面
系統(tǒng)可針對(duì)不同級(jí)別的用戶,設(shè)置不同的權(quán)限組,防止因人為誤操作給生產(chǎn),生活帶來(lái)的損失,實(shí)現(xiàn)配電系統(tǒng)的安全,可靠運(yùn)行??梢酝ㄟ^(guò)用戶管理進(jìn)行用戶登錄、用戶注銷、修改密碼、添加刪除等操作,方便用戶對(duì)賬號(hào)和權(quán)限的修改。
系統(tǒng)配置:
序號(hào) | 名稱 | 型號(hào)、規(guī)格 | 單位 | 數(shù)量 | 備注 |
1 | 電力儀表 |
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| 網(wǎng)絡(luò)電力儀表 | DTSD1352-CF | 只 | 12 | 安科瑞 |
合計(jì) |
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| 12 |
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2 | 監(jiān)控中心值班室 |
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| 通訊機(jī)柜 | K2200(2200*600*600) | 套 | 1 |
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| 操作臺(tái) | 定制 | 套 | 1 |
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| 工作站主機(jī) | IPC-610MB(Core2 Q8400/4G/1TB/DVD/獨(dú)立顯卡)+鍵鼠 | 臺(tái) | 1 | 研華 |
| 工作站主機(jī) | RPC-610 E5800 3.2GHz/2G/500G+鍵鼠 | 臺(tái) | 1 | 華北工控 |
| 顯示器 | L197WA | 臺(tái) | 2 | 聯(lián)想 |
| UPS電源 | C1K/1KVA | 臺(tái) | 1 | SANTAK |
| 打印機(jī) | HP 1106 A4幅面 | 臺(tái) | 1 | 惠普 |
| 系統(tǒng)軟件 | 正版微軟WINDOWS XP/SP3 | 套 | 1 | 微軟 甲方自備 |
| 系統(tǒng)軟件 | 標(biāo)準(zhǔn)版WINDOWS 2003 SERVER | 套 | 1 |
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| 數(shù)據(jù)庫(kù) | SQL數(shù)據(jù)庫(kù)(標(biāo)準(zhǔn)版) | 套 | 1 |
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| 能效管理 | Acrel-5000能效管理軟件 | 套 | 1 | 安科瑞 |
| 能效管理 | 數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳接收服務(wù)軟件 | 套 | 1 | 安科瑞 |
| 能效管理 | 報(bào)表服務(wù)軟件 | 套 | 1 | 安科瑞 |
| 能效管理 | 中間層服務(wù)器C/S服務(wù)端(配置、調(diào)試) | 套 | 1 | 安科瑞 |
| 能效管理 | 中間層服務(wù)器B/S服務(wù)端 | 套 | 1 | 安科瑞 |
| 能效管理 | 軟件實(shí)施/調(diào)試費(fèi) | 項(xiàng) | 1 |
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| 通訊采集箱 | 600*550*300 | 套 | 2 | 上海祥明 |
| 工業(yè)串口服務(wù)器 | NPORT5630-8 RS485接口×8 | 臺(tái) | 1 | MOXA |
| 工業(yè)串口服務(wù)器 | NPORT5430I RS485接口×4 帶光隔 | 臺(tái) | 2 | MOXA |
| 工業(yè)開(kāi)關(guān)電源 | KDYA-DG75-24 | 套 | 2 | 華力 |
| 光電轉(zhuǎn)換器 | 單模光電轉(zhuǎn)換HTB-1100S(25km) | 只 | 4 | 兆越 |
合計(jì) |
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3 | 工程材料 |
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| 通訊線纜 | 屏蔽雙絞線RVVSP 2×1.0 | 千米 | 1.5 |
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| 通訊線纜 | 單模4芯光纖 | 千米 | 1 |
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| 光纖附件 | 含熔接、尾纖、法蘭、跳線等 | 套 | 4 |
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| 工程輔材 | 拖線板、轉(zhuǎn)換線、線管、標(biāo)牌等 | 套 | 1 |
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注:該報(bào)價(jià)清單預(yù)留了2個(gè)6.3變電所的通訊采集箱,便于用戶后期改造后系統(tǒng)的納入。
整個(gè)系統(tǒng)的投入后,根據(jù)后續(xù)管理節(jié)能和設(shè)備改造節(jié)能,其公司每年可節(jié)省成本30萬(wàn)元。
4 結(jié)束語(yǔ)
該能效管理系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)采集整個(gè)企業(yè)在生產(chǎn)過(guò)程中主變和直變能耗數(shù)據(jù),并對(duì)所有數(shù)據(jù)在線實(shí)施監(jiān)測(cè),并對(duì)過(guò)程中出現(xiàn)能耗異常的數(shù)據(jù)進(jìn)行報(bào)警提示。還可以對(duì)過(guò)程中的能耗信息以圖表或者數(shù)據(jù)表格方式提供數(shù)據(jù)分析和比較功能,通過(guò)設(shè)備與設(shè)備之間、班組與班組之間的橫向?qū)Ρ?,或者周與周、月與月之間的縱向比較,找出能源消耗過(guò)程中存在的浪費(fèi)和隱患。通過(guò)向用戶設(shè)計(jì)各種統(tǒng)計(jì)報(bào)表建立企業(yè)能耗設(shè)備評(píng)估系統(tǒng)和生產(chǎn)班組能耗考核管理體系,來(lái)化企業(yè)的能源消耗,讓員工從由過(guò)去被動(dòng)節(jié)能向主動(dòng)節(jié)能的思想意識(shí)轉(zhuǎn)變,來(lái)提高企業(yè)能耗使用效率,實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)成本降低,提高了經(jīng)濟(jì)效益。
參考文獻(xiàn):
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作者簡(jiǎn)介:
趙娜,女,本科,安科瑞電氣股份有限公司,主要研究方向?yàn)橹悄茈娋W(wǎng)供配電,: :