淺談電能管理系統在火力發電廠中的應用

任運業

安科瑞電氣股份有限公司  上海嘉定  201801

摘要：為管控火力發電廠自用電能，降低企業運行成本，通過電能采集技術、信息技術與節能分析理論的融合，進行火電廠電能精細化管理。實際應用顯示，利用該系統分析各類主要輔機用能的合理性，可有效提升電機能效，降低火電廠運行成本。

關鍵詞：電能管理；信息技術；節能分析；電機能效；智能化電廠

0引言

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

通過自動化手段實現輔機電量報表自動更新、電量平衡分析、輔機耗電率在線監督、輔機電量指標 競賽自動更新等功能，通過電能自動化采集降低生產數據收集分析成本，可以實現公司生產管理的自動化、準確化和科學化。

1輔機電能監督管理系統存在的問題

廠用輔機電量收集采用傳統的人工定時抄表、手動計算方式，存在4個方面的問題。

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

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

（3）僅能提供按運行輪值抄錄的數據，不能及時提供輔機方式優化所需數據。

（4）數據資源共享性差，不能實時查詢、分析，歷史追溯和統計管理困難。

2 廠用輔機電能管理現狀

2.1一期機組

通過技術經濟比較，確定實施方案1：對數據采集單元進行擴展，將系統升級為智能化電氣監控管理系統，通過該系統的用于過程控制的對象鏈接與嵌入（OPC）服務功能把數據送至公司生產實時信息（PI）系統，需要數據的用戶可以自由取數。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

二期機組廠用輔機配置專用電能表，通過現場手動抄表，人工計算，形成報表數據；6kV開關綜合保護裝置雖然具備電能采集功能，但版本較低；二期脫硫輔機沒有配置專用電能表，電能數據需要從綜合保護裝置抄錄。

根據現場實際情況，制訂了2套方案，分析其可行性。

表2 二期電能采集實施方案分析

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

圖2 二期機組廠用輔機電能監督管理系統

3 技術改造過程

以該公司二期機組輔機電能采集系統為例進行說明。

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開關柜安裝多功能網絡儀表APM830、通信線和光電模塊。多功能網絡儀表為采用三相四線制數字式的多功能電表，按照DL／T448—2016《電能計量裝置技術管 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、無功功率的測量及顯示功能，具備有功電量、無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，滿足通信協議要求，在6kV開關柜內安裝了通信線和光電模塊，構建起現場數據傳輸網絡。

（4）就地輔機電能表通過RS485通信線及光纖通信接入采集器Anet-2E4S1，實現電能表和多功能網絡儀表的電量采集。采集器經網絡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小于1min。

3.2建立數據庫系統，實現資源共享

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

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

（3）在生產實時數據庫中配置輔機電量點名，點名配置按照電氣一次接線圖順序排列。后臺管理機啟動運行正常后，只要開啟PI系統接口程序 OPC 鏈接，即可實現后臺機實時上傳發布電能數據，PI系統實時接收數據，做到數據資源共享。

（4）公司各部門所使用的軟件系統可以通過該平臺接口實現信息的即時通信，按照各自需求管理相應業務。

4綜合分析應用

在電能采集基本功能的基礎上，進行應用二次開發，實現了電能數據與熱機實時數據的互相支援， 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、實時能耗 4大板塊。通過程序鏈接，實現發電量、上網電量、廠用電率、輔機能耗、電量平衡的自動 更新。公司辦公網絡內任一辦公電腦中安裝2003 以上版本Excel程序及 PIDatalink插件后，即可使用廠用輔機電能監督管理系統報表，查詢實時、歷史電量數據。 操作方法。

（1）打開廠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電量、上網電量、主變壓器電量、高壓廠用變壓器電量、高壓 備用變壓器電量底碼。

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

4.2應用案例2

電量數據實現生產實時系統資源共享，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、分析更加實時、準確，提高了指標競賽管理系統的公信力。 廠用輔機電能監督管理系統投運后，與原生產實時系統的熱機測點相結合，搭建輔機能耗管控平臺，輔機電能使用更加合理，同時還實現了節能潛力分析。

4.3應用案例3

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

4.4 應用案例4

自動采集引／送風機、煙氣處理系統耗用電能及 相關參數，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

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

4．6 應用案例6

空氣壓縮機運行過程中，受控制方式及用戶的不確定性影響，存在空載運行時間。空載運行時需 要消耗電能，但對工藝流程不起到實際作用，降低了 空氣壓縮機運行的效率。通過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

用戶端消耗著整個電網80%的電能，用戶端智能化用電管理對用戶可靠、安全、節約用電有十分重要的意義。構建智能用電服務體系，推廣用戶端智能儀表、智能用電管理終端等設備用電管理解決方案，實現電網與用戶的雙向良性互動。用戶端急需解決的研究內容主要包括：表計，智能樓宇、智能電器、增值服務、客戶用電管理系統、需求側管理等課題。

安科瑞Acrel-3000WEB電能管理解決方案通過對用戶端用電情況進行細分和統計，以直觀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，便于找出高耗能點或不合理的耗能習慣，有效節約電能，為用戶進一步節能改造或設備升級提供準確的數據支撐。

5.2應用場所

（1）辦公建筑（商務辦公、大型公共建筑等）；

（2）商業建筑（商場、金融機構建筑等）；

（3）旅游建筑（賓館飯店、娛樂場所等）；

（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、車站、碼頭建筑等）。

5.3系統結構

5.4系統功能

5.4.1實時監測

系統人機界面友好，以配電一次圖的形式直觀顯示配電線路的運行狀態，實時監測各回路電壓、電流、功率、功率因數、電能等電參數信息，動態監視各配電回路斷路器、隔離開關、地刀等合、分狀態，以及有關故障、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。系統具備定時抄表匯總統計功能，用戶可以自由查詢自系統正常運行以來任意時間段內各配電節點的用電情況，即該節點進線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

在配電一次圖中，當鼠標移動到每個回路附近時，鼠標指針變為手形，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、總無功功率、總功率因數、正向有功電能，并可以查看24小時相電流趨勢曲線及24小時電壓趨勢曲線。

5.4.4運行報表

系統具有實時電力參數和歷史電力參數的存儲和管理功能，所有實時采集的數據、順序事件記錄等均可保存到數據庫，在查詢界面中能夠自定義需要查詢的參數、時間或選擇查詢更新的記錄數據等，并通過報表方式顯示出來。用戶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線、主變壓器、重要負荷出線的運行狀態進行在線實時監視，用曲線顯示電流、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掌握運行水平和用電需求，確保供電安全可靠。

5.4.6實時報警

系統具有實時報警功能，系統能夠對配電回路斷路器、隔離開關、接地刀分、合動作等遙信變位，保護動作、事故跳閘，以及電壓、電流、功率、功率因數越限等事件進行實時監測，并根據事件等級發出告警。系統報警時自動彈出實時報警窗口，并發出聲音或語音提醒。

5.4.7歷史事件查詢

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

5.4.8電能質量監測

系統可以對整個配電系統范圍內的電能質量進行持續性的監測，運行維護人員可以通過諧波分析棒圖、報表掌握進線、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、隔離開關、接地刀等進行分、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，系統自動生成操作記錄，記錄內容包含操作人、操作時間、操作類型等。實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用戶權限管理

系統為保障系統安全穩定運行，設置了用戶權限管理功能。通過用戶權限管理能夠防止未經授權的操作（如配電回路名稱修改等）。可以定義不同級別用戶的登錄名、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通訊狀態圖

系統支持實時監視接入系統的各設備的通訊狀態，能夠完整的顯示整個系統網絡結構；可在線診斷設備通訊狀態，發生網絡異常時能自動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時掌握現場各設備的通訊狀態，及時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時畫面（視頻直播），選中某一個變配電站，即可查看該變配電站內視頻信息。

5.4.13用戶報告

用戶報告頁面主要用于對選定的變配電站自動匯總一個月的運行數據，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、溫濕度、同比、環比、電能質量、各種事件報警查詢，設備檔案查詢、待辦事件處理、巡檢記錄查詢等。

5.5系統硬件配置清單

6結語

該電廠依托網絡技術建立了一套準確、可靠的廠用輔機電量數據采集、管理系統，實現輔機電量報表自動更新、電量平衡分析、輔機耗電率在線監督、輔機電量指標競賽自動更新。該體系在公司生產管理推廣應用后效果如下。

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

（2）實現了電量數據資源有效共享，改進了公司電能管理模式，提高了工作效率。能夠對全公司 輔機能耗情況進行科學管控，在國家環保要求日益 嚴格、煙氣處理設備耗能增加的前提下，2013—2016年，發電廠用電率逐年下降，3年累計節約成本約1400萬元。

（3）與熱機測點數據相結合，通過對其運行狀態的分析組建數學模型，搭建輔機能耗的實時分析 管控平臺，為企業實施電力需求側管理奠定基礎。

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

參考文獻

[1]吳欣，萬祖明，吳寧，余磊，梁慧先.火力發電廠廠用輔機電能監督管理系統的開發及應用

[2]李世林，劉軍成．電能質量國家標準應用手冊［M］．北 京：中國標準出版社，2007．

[3]安科瑞企業微電網設計與應用手冊 2022.05版

作者簡介：任運業，男，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與應用。