淺談電能管理系統(tǒng)在自來水廠中的應(yīng)用

任運業(yè)

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(tǒng)是響應(yīng)國家節(jié)能降耗和精細(xì)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，在滿足同樣用電功能的同時，實現(xiàn)用電和設(shè)備危險預(yù)警、減少電量消耗和電力需求，達(dá)到安全用電、節(jié)約資源和保護(hù)環(huán)境，實現(xiàn)“安全用電、經(jīng)濟(jì)用電、有序用電、智能用電"的用電目標(biāo)。2014年10月在我第四水廠南站(即第七水廠)啟動電能管理系統(tǒng)科研項目，將廠區(qū)配電網(wǎng)建立7個監(jiān)測點，對電能量及電能指標(biāo)進(jìn)行集中管理。通過7個監(jiān)控點的采集，實現(xiàn)二十四小時在線監(jiān)測和歷史數(shù)據(jù)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(zhǔn)確、有效的數(shù)據(jù)依據(jù)，及時反饋現(xiàn)場電能指標(biāo)信息;為在水廠推行該系統(tǒng)提供參借鑒。

        關(guān)鍵詞：電能管理安全用電在線實時量控

1電能管理系統(tǒng)功能

         該系統(tǒng)包括軟件平臺和硬件采集終端兩個部分，采集終端主要實現(xiàn)遠(yuǎn)程抄表功能和防竊電功能，實時測現(xiàn)場電能監(jiān)測儀，采集終端直接將數(shù)據(jù)傳回服務(wù)器并把數(shù)據(jù)保存到數(shù)據(jù)庫，通過C/S或B/S方式可以進(jìn)行查詢數(shù)據(jù)。概括來說，它主要具有以下幾方面功能:(見圖1)

圖1 北京自來水集團(tuán)能效管理系統(tǒng)

          1.1在線實時監(jiān)控功能

（1）實現(xiàn)所轄區(qū)域主要用電設(shè)備的遠(yuǎn)程用電數(shù)據(jù)(三相電流、線電壓、相電壓、電量、功率因數(shù)、頻率、負(fù)荷率、有功功率、無功功率、溫度)采集功能。

（2）能遠(yuǎn)方設(shè)置采集終端設(shè)備參數(shù)，實現(xiàn)軟件自主凍結(jié)數(shù)據(jù)，系統(tǒng)自動每5分鐘自動采取數(shù)據(jù)，以曲線、圖表方式展現(xiàn)。

（3）具備自動和人工實時召測功能。

（4）具備全部和分組以及單個主要設(shè)備抄錄功能。

（5）具有自動路由功能，完成用電終端通信。無需人工干預(yù)。

        1.2電能質(zhì)量實時監(jiān)控功能

（1）對企業(yè)電能質(zhì)量實行自動巡查，展現(xiàn)功率因數(shù)、線電壓偏差、相電壓偏差、線(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(shù)據(jù)的統(tǒng)計、分析;以圖表、曲線顯示展現(xiàn)，為電能管理者提供實時數(shù)據(jù)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(tǒng)自動采集電能指標(biāo)異常事件(如頻率、溫度、電流越過上限、零線電流、諧波等指標(biāo)考核)。

（2）實現(xiàn)大數(shù)據(jù)處理，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，統(tǒng)計并提交在線故障報警頁面，做到電力安全、可靠。安全就是*大的效益。

（3）實現(xiàn)電能數(shù)據(jù)的歷史(日、月、年)查詢、統(tǒng)計、分析;電量、電費的統(tǒng)計。(4)

（4）決策分析及報表功能。

        2電能管理系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

      “電能管理系統(tǒng)"由兩個部分組成，其一是電管理數(shù)據(jù)中心，是系統(tǒng)的核心部分;其二是配電系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。(見圖2)

圖2 系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)圖

（1）電能管理數(shù)據(jù)中心是系統(tǒng)的核心，包括數(shù)據(jù)主站系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理與信息發(fā)布系統(tǒng)，也就是我們通常所說的平臺。數(shù)據(jù)主站系統(tǒng):用戶接收配電系統(tǒng)傳感器采集的數(shù)據(jù)，并進(jìn)行解析，*終將數(shù)據(jù)存儲到數(shù)據(jù)庫;同時向廠內(nèi)傳感器發(fā)布指令，請求所需要的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng):主要用于存儲電能指標(biāo)數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的處理結(jié)果。數(shù)據(jù)處理系統(tǒng):將采集到的電能數(shù)據(jù)加工成電能管理信息，系統(tǒng)融現(xiàn)代電能管理思想和電力技術(shù)為一體，相當(dāng)于一個電力用戶的電能ERP。系統(tǒng)包括應(yīng)用服務(wù)器、數(shù)據(jù)分析模型、信息展示模型、智能用電模型等。信息發(fā)布系統(tǒng):將水廠管理信息發(fā)布到Web服務(wù)器，相關(guān)人員通過登陸互聯(lián)網(wǎng)就可以獲取電能管理信息。系統(tǒng)包括Web服務(wù)器、Web應(yīng)用、信息安全系統(tǒng)等。

（2）數(shù)據(jù)采集系統(tǒng):收集分布在七廠配電網(wǎng)中的電能數(shù)據(jù)，將電壓、電流、溫度的擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，將電能數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)主站;主要設(shè)備有電能監(jiān)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(tǒng)將各種傳感器互聯(lián)成網(wǎng)絡(luò)與主站系統(tǒng)連接，組成上圖的下半部分。

        3電能管理系統(tǒng)軟件

       “電能管理系統(tǒng)"軟件功能主要包括，電能在線(實時)管理、用電分析、輔助決策、有序用電、設(shè)備運行管理等主要功能組成，此系統(tǒng)可采取模塊化定制開發(fā)，可提供企業(yè)ERP系統(tǒng)接口。

       “電能管理系統(tǒng)"的功能界面如下:(見圖3)

        首頁面展示企業(yè)整體配電網(wǎng)運行環(huán)境和電能參數(shù)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)用戶提供可靠的預(yù)測數(shù)據(jù)。

圖3 “電能管理系統(tǒng)"的功能界面

        3.1電能運行圖

       電能運動圖反映當(dāng)前配用電區(qū)域內(nèi)電能的運動情況及各取樣點的實時電能指標(biāo)，如:電量統(tǒng)計，總負(fù)荷，總功率因數(shù)，負(fù)荷率，三相電流、電壓、零線電流以及所帶負(fù)載的用電實時統(tǒng)計，通過該頁面可全面了解購入的電能在自己配電網(wǎng)中的傳遞與運動情況。以下為圖例:(見圖4)

圖4 電能運行圖

         3.2用電結(jié)構(gòu)圖

反映了各用電點的用電結(jié)構(gòu)，就是該監(jiān)測點的生產(chǎn)、辦公、生活和其他用電的比例，通該圖表可客觀反映監(jiān)測點用電結(jié)構(gòu)的合理性并指導(dǎo)合理分配用電，使其用電更加合理，有序。以下為圖例:(見圖5)

圖5 用電結(jié)構(gòu)圖

          3.3電力實時運行圖表  

         通過對電能數(shù)據(jù)的實時采集、分析和統(tǒng)計，從負(fù)荷、功率因數(shù)、電流、電壓方面，分別反映出用電點的電力指標(biāo)、電能質(zhì)量指標(biāo)的變化情況和異常情況以及監(jiān)測點的電量消耗情況，為電能管人員提供用電安全的標(biāo)準(zhǔn)以及檢修的依據(jù)，做到安全用電，防范于未然。以下為圖例:(見圖6)

圖6 電力實時運行圖表

        4第七水廠電能管理系統(tǒng)工作目標(biāo)

      第七水廠位于豐臺區(qū)馬家堡以西，日供水能力2.2萬立方米，保障南城東到方莊西到洋橋區(qū)域的供水壓力。在第七水廠建立電能管理體系，實現(xiàn)電能管理可測量，可評價，可考核，可持續(xù)改進(jìn)，切通過數(shù)據(jù)說話，通過與自身歷史情況比較與能效標(biāo)比較，實現(xiàn)“量控"。

        5工作內(nèi)容

        第七水廠供電系統(tǒng)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(tǒng)在第七水廠建立7個監(jiān)測點，分別為413(辦公照明總)、414-1(1"配水機(jī)電源)、414-2(2*配水機(jī)電源)、423-1(3"配水機(jī)電源)、423-2(熱泵)401(進(jìn)線)、402(進(jìn)線)對電能量及電能指標(biāo)進(jìn)行集中管理。通過有線網(wǎng)絡(luò)通道對54個運行參數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集(電流、電壓、功率、溫度等)，然后通過無線GPRS把采集到的據(jù)傳輸?shù)降谒乃畯S服務(wù)器上，保存到oracle數(shù)據(jù)庫中，實現(xiàn)二十四小時在線監(jiān)測和歷史數(shù)據(jù)的讀取及故障異常報警功能，采用B/S結(jié)構(gòu)實現(xiàn)手機(jī)、電腦在任何地點登陸軟件系統(tǒng)。(見圖7)

圖7 第七水廠供電系統(tǒng)

      6系統(tǒng)效果分析

       6.1提高用電管理水平

管理系統(tǒng)可監(jiān)測廠區(qū)用電負(fù)荷。根據(jù)管理系統(tǒng)平臺統(tǒng)計的數(shù)據(jù)，變壓器的負(fù)載率比較低(負(fù)荷分析)，廠區(qū)總的*大負(fù)荷率為:54.12%(平均負(fù)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(shù)據(jù)顯示得知:第七水廠的峰、平、谷用電方式結(jié)合實際生產(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(xiàn)行電價政策為:峰電價:1.0044元/kWh、平電價:0.695元/kWh、谷電價:0.3946元/kWh。通過平臺預(yù)演優(yōu)化功能如下:將高峰用電負(fù)荷轉(zhuǎn)移20%至谷電，將平段用電負(fù)荷轉(zhuǎn)移10%至谷電，電費降低17%。(見圖9)

圖9 平臺預(yù)演優(yōu)化對比圖

6.1.2有序用電分析

         通過平臺監(jiān)測，可以發(fā)現(xiàn)動力用電為主的系統(tǒng)占得比例關(guān)系，例如:“413照明"用電日均達(dá)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(jù)平臺數(shù)據(jù)分析，廠區(qū)供電供電公司考核標(biāo)準(zhǔn)為:0.9，實際平臺監(jiān)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(shù)記錄圖

6.2.2電流不平衡度分析

       根據(jù)數(shù)據(jù)平臺分析可以得知，電流不平衡度*大值達(dá)到多少，以及可能會帶來電氣火災(zāi)和電能浪費兩大問題。根據(jù)實際情況提出處理建議，并進(jìn)行現(xiàn)場排查并處理，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(jù)平臺二十四小時對現(xiàn)場用電環(huán)境的實時檢測，自動生成異常報告文檔。為電能管理人員提供科學(xué)、有效、及時的數(shù)據(jù)，使其快捷的排查故障。

7 安科瑞Acrel-3000WEB電能管理解決方案

7.1概述

        用戶端消耗著整個電網(wǎng)80%的電能，用戶端智能化用電管理對用戶可靠、安全、節(jié)約用電有十分重要的意義。構(gòu)建智能用電服務(wù)體系，全面推廣用戶端智能儀表、智能用電管理終端等設(shè)備用電管理解決方案，實現(xiàn)電網(wǎng)與用戶的雙向良性互動。用戶端急需解決的研究內(nèi)容主要包括：先進(jìn)的表計，智能樓宇、智能電器、增值服務(wù)、客戶用電管理系統(tǒng)、需求側(cè)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(jìn)行細(xì)分和統(tǒng)計，以直觀的數(shù)據(jù)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(xí)慣，有效節(jié)約電能，為用戶進(jìn)一步節(jié)能改造或設(shè)備升級提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支撐。

7.2應(yīng)用場所

（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、金融機(jī)構(gòu)建筑等）；

（3）旅游建筑（賓館飯店、娛樂場所等）；

（4）科教文衛(wèi)建筑（文化、教育、科研、醫(yī)療衛(wèi)生、體育建筑等）；

（5）通信建筑（郵電、通信、廣播、電視、數(shù)據(jù)中心等）；

（6）交通運輸建筑（機(jī)場、車站、碼頭建筑等）。

7.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

7.4系統(tǒng)功能

7.4.1實時監(jiān)測

          系統(tǒng)人機(jī)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(tài)，實時監(jiān)測各回路電壓、電流、功率、功率因數(shù)、電能等電參數(shù)信息，動態(tài)監(jiān)視各配電回路斷路器、隔離開關(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(tǒng)計報表

        系統(tǒng)以豐富的報表支撐計量體系的完整性。系統(tǒng)具備定時抄表匯總統(tǒng)計功能，用戶可以自由查詢自系統(tǒng)正常運行以來任意時間段內(nèi)各配電節(jié)點的用電情況，即該節(jié)點進(jìn)線用電量與各分支回路消耗電量的統(tǒng)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(hù)計量體系的正確性。

7.4.3詳細(xì)電參量查詢

        在配電一次圖中，當(dāng)鼠標(biāo)移動到每個回路附近時，鼠標(biāo)指針變?yōu)槭中危髽?biāo)單擊可查看該回路詳細(xì)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(shù)、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。

7.4.4運行報表

        系統(tǒng)具有實時電力參數(shù)和歷史電力參數(shù)的存儲和管理功能，所有實時采集的數(shù)據(jù)、順序事件記錄等均可保存到數(shù)據(jù)庫，在查詢界面中能夠自定義需要查詢的參數(shù)、某一時間或選擇查詢更新的記錄數(shù)據(jù)等，并通過報表方式顯示出來。用戶可以根據(jù)需要定制運行日報、月報，支持導(dǎo)出Excel格式文件，還可以根據(jù)用戶要求導(dǎo)出PDF格式文件。

7.4.5變壓器運行監(jiān)視

      系統(tǒng)對配電系統(tǒng)總進(jìn)線、主變壓器、重要負(fù)荷出線的運行狀態(tài)進(jìn)行在線實時監(jiān)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(fù)荷率等運行趨勢，分析變壓器負(fù)荷率及損耗，方便運行維護(hù)人員及時掌握運行水平和用電需求，確保供電安全可靠。

7.4.6實時報警

        系統(tǒng)具有實時報警功能，系統(tǒng)能夠?qū)ε潆娀芈窋嗦菲鳌⒏綦x開關(guān)、接地刀分、合動作等遙信變位，保護(hù)動作、事故跳閘，以及電壓、電流、功率、功率因數(shù)越限等事件進(jìn)行實時監(jiān)測，并根據(jù)事件等級發(fā)出告警。系統(tǒng)報警時自動彈出實時報警窗口，并發(fā)出聲音或語音提醒。

7.4.7歷史事件查詢

        系統(tǒng)能夠?qū)b信變位，保護(hù)動作、事故跳閘，以及電壓、電流、功率、功率因數(shù)越限等事件記錄進(jìn)行存儲和管理，方便用戶對系統(tǒng)事件和報警進(jìn)行歷史追溯，查詢統(tǒng)計、事故分析。

7.4.8電能質(zhì)量監(jiān)測

       系統(tǒng)可以對整個配電系統(tǒng)范圍內(nèi)的電能質(zhì)量進(jìn)行持續(xù)性的監(jiān)測，運行維護(hù)人員可以通過諧波分析棒圖、報表掌握進(jìn)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(yīng)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(jiān)測功能的電力儀表，不需要可刪除。

7.4.9遙控操作

       系統(tǒng)支持對斷路器、隔離開關(guān)、接地刀等進(jìn)行分、合遙控操作。系統(tǒng)具有嚴(yán)格的密碼保護(hù)和操作權(quán)限管理功能，對于每次遙控操作，系統(tǒng)自動生成操作記錄，記錄內(nèi)容包含操作人、操作時間、操作類型等。實現(xiàn)該功能需要斷路器本身具有電操機(jī)構(gòu)及保護(hù)保測控裝置具備遙控功能等硬件設(shè)備的支持。

7.4.10用戶權(quán)限管理

          系統(tǒng)為保障系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行，設(shè)置了用戶權(quán)限管理功能。通過用戶權(quán)限管理能夠防止未經(jīng)授權(quán)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(quán)限，為系統(tǒng)運行、維護(hù)、管理提供可靠的安全保障。

7.4.11通訊狀態(tài)圖

          系統(tǒng)支持實時監(jiān)視接入系統(tǒng)的各設(shè)備的通訊狀態(tài)，能夠完整的顯示整個系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；可在線診斷設(shè)備通訊狀態(tài)，發(fā)生網(wǎng)絡(luò)異常時能自動在界面上顯示故障設(shè)備或元件及其故障部位。從而方便運行維護(hù)人員實時掌握現(xiàn)場各設(shè)備的通訊狀態(tài)，及時維護(hù)出現(xiàn)異常的設(shè)備，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

7.4.12視頻監(jiān)控

         視頻監(jiān)控展示了當(dāng)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(nèi)視頻信息。

7.4.13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(shù)據(jù)，對變壓器負(fù)荷、配電回路用電量、功率因數(shù)、報警事件等進(jìn)行統(tǒng)計分析。

7.4.14 APP支持

        電力運維手機(jī)支持“監(jiān)控系統(tǒng)"、“設(shè)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(huán)比、電能質(zhì)量、各種事件報警查詢，設(shè)備檔案查詢、待辦事件處理、巡檢記錄查詢等。

7.5系統(tǒng)硬件配置清單

9.小結(jié)

（1）通過電能平臺數(shù)據(jù)統(tǒng)計可對現(xiàn)場用電數(shù)據(jù)的實時采集，如果發(fā)現(xiàn)了電流不平衡的問題等用電問題，應(yīng)加大檢測力度，通知維修人員，核查現(xiàn)場負(fù)載情況并解決此問題，排除安全隱患。

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

（3）目前廠區(qū)功率因數(shù)較高且能滿足供電公司的考核標(biāo)準(zhǔn)的情況下，針對終端設(shè)備的功率因數(shù)不高的實際情況，可檢測現(xiàn)有電容補償是否過補償或欠補償?shù)膯栴}，以提高整體標(biāo)準(zhǔn)，達(dá)到減免電費的目的。同時可考慮采取針對具體的設(shè)備進(jìn)行就地補償以此提高設(shè)備使用壽命。

（4）根據(jù)廠區(qū)實際的生產(chǎn)時間及工藝，建議合理利用現(xiàn)行電價政策。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(jù)現(xiàn)有監(jiān)測數(shù)據(jù)情況，現(xiàn)有兩臺變壓器采取一臺運行，一臺備用的情況，同時發(fā)現(xiàn)所帶負(fù)荷不高的情況下，可采取一臺變壓器帶三臺配水機(jī)，這樣做節(jié)約生產(chǎn)成本。對夏季應(yīng)對管網(wǎng)壓力低，配水設(shè)備可能超負(fù)荷運行問題，選擇合理的運行方式可以保證供水安全。可考慮采取在以后改造中降低變壓器容量。隨著系統(tǒng)的長期運行，針對系統(tǒng)提供的異常報警及檢測出的相關(guān)問題，提供優(yōu)化用電結(jié)構(gòu)或生產(chǎn)工藝，提供相關(guān)的制度保障，預(yù)測用電環(huán)境的變化趨勢用以指導(dǎo)生產(chǎn)運行。

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作者簡介：任運業(yè)，男，現(xiàn)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。