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沈建伟
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电能管理系统在中材萍乡水泥4500t/d生产线改造上的应用

    摘要:随着电力系统的快速发展,用电负荷的持续增长、各种新型负载的不断出现和国家对节能减排的严格要求,使得用户更加需要有效的电能管理方案来应对上诉变化所带来的挑战,以实现输配电系统的可靠、高效、低耗的运行。

    本文介绍基于ACR多功能网络电力仪表的Acrel-3000电能管理系统在中材萍乡水泥4500t/d新线的应用,实现了分散式采集和集中控制管理的智能化电能计量管理。

    关键词: 水泥厂;用电大户;班组用电考核;电能管理系统

          0 引言

          中材萍乡水泥有限公司是江西省萍乡市的用电大户,老生产线每年电费支出达几千万人民币,故用户非常注重班组用电考核。因安科瑞为其老生产线设计的电能管理系统运行表现良好,4500t/d新生产线的电能管理系统仍由安科瑞设计。

          1 项目概述

           中材萍乡水泥有限公司成立于2008年,注册资金38861.775万元,隶属于中国中材集团,专业从事水泥的生产、销售。公司目前主要生产:32.5级复合硅酸盐水泥和42.5级普通硅酸盐水泥。中材萍乡水泥有限公司4500t/d熟料水泥生产线项目位于萍乡市上栗县福田镇连陂村,最终产品为水泥和熟料。项目于2010年5月开工建设,计划于2011年9月完工,项目静态总投资2.8亿元。

          中材萍乡水泥4500t/d新线的供电由福田镇供电局引两路110kV供电线路至新线总降变电所,通过25000MVA的1#主变和31500MVA的2#主变降压至10kV并配出到厂区窑头、窑尾、原料磨、水泥磨、石灰石破碎等各个生产线配电室。试运行阶段新生产线由老厂区供电,如今生产线投产,供电线路正常运作,1#主变未投,靠2#主变为整条新线的生产供电。

          新生产线10kV配电系统接线方式为三相四线,两路进线之间设有母联。总降配电系统一次图如下:

     

          2 需求分析

          中材萍乡水泥新线先期针对总降变电所各回路进行电度计量,视生产线使用情况决定是否将电能管理系统扩大至生产线各10kV配电系统,新线0.4kV配电系统设计中不做计量功能。

          10kV总降配电室有10kV开关柜27台,其中19个回路需要做电度计量,而两台主变10kV和110kV侧及110kV总进线这5个回路需要单独做电度计量。3个备用回路将来可能改成余热利用发电,需计量反向电度。

          用户每两小时做一次生产用电量记录,按照每天早中晚三班进行考核,早班时间为8:00am~4:00pm,中班为4:00pm~12:00pm,夜班为0:00am~8:00am。每周将总降变电所数据与生产线配电室数据比对一次,每月与供电局提供的耗电数据比对,以此作为考核各班组产能能耗的依据。

          3 系统设计方案

          3.1   设计标准

                  DL/T 698                                 电能信息采集与管理系统

                  DL/T 698.1-2009                      第1部分:  总则

                  DL/T 698.2-2010 第2部分:      主站技术规范

                  DL/T 698.31-2010 第3.1部分: 电能信息采集终端技术规范-通用要求

                  DL/T 698.35-2010第3-5部分:   电能信息采集终端技术规范-低压集中抄表终端特殊要求

                  DL/T 698.41-2010第4-1部分:   通信协议-主站与电能信息采集终端通信

                  DL/T 698.42-2010第4-2部分:   通讯协议-集中器下行通信协议

                  DL/T/814-2002                         配电自动化系统功能规范

                  GB/T/3047.1                            面板、架和柜的基本尺寸系列

                  DL/T5137-2001                    《电测量及电能计量装置设计技术规程》

                  GB2887                                  计算站场地技术条件

          3.2 系统结构

          整个系统采设计了一套Acrel-3000电能管理系统,采用分层分布式结构,即现场设备层、网络管理层、监控管理层,如图1所示:

     

    图1

          本项目中,通过在总降10kV开关柜上安装上海安科瑞电气股份有限公司ACR320E系列多功能电力仪表来实现变电所各回路电度计量。另由珠海万利达在总降二楼中控室使用与开关柜同型号仪表组电度表屏用以计量新线110kV进线、1#2#主变高压侧及低压侧的正向有功、无功电度。此外,在原料磨、水泥磨、窑头、窑尾、石灰石破碎等处生产线配电室10kV开关柜上也装有ACR320E系列仪表。电能管理系统先期只将总降配电室和中控室的多功能仪表进行后台组网,即现场设备层由总降配电室和中控室内所有ACR320E系列仪表组成。现场仪表采用屏蔽双绞线RVVSP2*1.0作为RS485总线的传输介质,每一根485总线上挂接的仪表设备数量不超过20台,线路总长不超过100米,以此保证数据链路的稳定性。本项目中,24块仪表分成2路,即配电室的19台仪表和中控室的5台仪表分别通过一根485总线与后台系统通讯。

          现场仪表配置清单如下:

    序号

    柜号

    回路名称

    仪表型号

    端口号

    仪表地址

    CT(*/5)

    1

    ZJ1

    1#站用变

    /

    PORT1
    COM3

    /

    /

    2

    ZJ2

    1#电容器

    ACR320E

    2

    300

    3

    ZJ3

    备用2

    ACR320E

    3

    400

    4

    ZJ4

    备用1

    ACR320E

    4

    400

    5

    ZJ5

    2#电容器

    ACR320E

    5

    300

    6

    ZJ6

    1期原料磨配电站1#线

    ACR320E

    6

    400

    7

    ZJ7

    1#变主进线

    /

    /

    /

    8

    ZJ8

    I段PT

    /

    /

    /

    9

    ZJ9

    2期水泥磨配电站1#线

    ACR320E

    9

    400

    10

    ZJ10

    1期原料磨配电站2#线

    ACR320E

    10

    400

    11

    ZJ11

    1期水泥磨配电站

    ACR320E

    11

    400

    12

    ZJ12

    厂前区配电站

    ACR320E

    12

    400

    13

    ZJ13

    1期+2期石灰石破碎配电站

    ACR320E

    13

    400

    14

    ZJ14

    分段开关

    /

    /

    /

    15

    ZJ15

    隔离

    /

    /

    /

    16

    ZJ16

    2期原料磨配电站1#线

    ACR320E

    16

    400

    17

    ZJ17

    2期原料磨配电站#2线

    ACR320E

    17

    400

    18

    ZJ18

    2期水泥磨配电站2#线

    ACR320E

    18

    400

    19

    ZJ19

    #2变主进线

    /

    /

    /

    20

    ZJ20

    备用3

    ACR320E

    20

    400

    21

    ZJ21

    II段PT

    /

    /

    /

    22

    ZJ22

    4#电容器

    ACR320E

    22

    300

    23

    ZJ23

    3#电容器

    ACR320E

    23

    300

    24

    ZJ24

    保安电源

    ACR320E

    24

    400

    25

    ZJ25

    2期窑尾配电站

    ACR320E

    25

    400

    26

    ZJ26

    2期窑头配电站

    ACR320E

    26

    400

    27

    ZJ27

    2#站用变

    /

    /

    /

    28

    PDP1

    110kV进线多功能表

    ACR320E

    PORT2
    COM4

    1

    600/5

    29

    PDP2

    1#主变高压侧多功能表

    ACR320E

    2

    300/5

    30

    PDP3

    2#主变高压侧多功表

    ACR320E

    3

    300/5

    31

    PDP4

    1#主变低压侧多功能表

    ACR320E

    4

    3000/5

    32

    PDP5

    2#主变低压侧多功能表

    ACR320E

    5

    3000/5

     

          因先期系统较小,通讯管理层设备选取了Korenix所产的4口串口服务器Jetport5604I,可以同时集成4路RS485总线并带有光电隔离功能。串口服务器安装在中控室网络机柜中,通过工业以太网TCP/IP协议与站控管理层连接,以太网传输介质为超五类STP屏蔽线。本项目中预留了工业网络交换机以备今后系统扩容。

          站控管理层主要设备是DELL的工作站、山特1KVA的塔式UPS电源以及惠普的A4幅面打印机,操作系统软件Windows XP SP3,电能管理系统软件为Acrel-3000系列产品。

          本项目全部设备均使用有线式连接,通讯组网施工于新线生产线启动前完成,在试运行期间完成系统调试,电能管理系统于2011年12月与生产线同时投运。

          3.3 系统功能

          数据采集与管理

          配电需要的数据采集主要通过ACR320E网络多功能仪表、PT、CT等装置,将现场各用电设备的运行参数,包括:电流、电压、有功功率、无功功率、功率因数、有功电度等遥测信息及断路器分合闸状态等遥信状态进行采集。仪表均通过485总线连接至智能通讯服务器,并通过以太网接口接入至电能管理主机ACR320E网络多功能仪表采用RS485接口和MODBUS-RTU通讯协议,RS485采用屏蔽线双绞线传输,接线简单方便;通讯接口是半双工通信,数据最高传输速率为10Mbps。RS-485接口是采用平衡驱动器和差分接收器的组合,抗噪声干扰能力增强,总线上允许连接多达32个设备,最大传输距离为1.2km。

          信息处理

          对信号采集系统所采集实时数据进行统计、分析、计算,将数据进行定时存储。对同用电单位不同时期、不同用电单位同一时期用电量进行统计;作为电费的管理平台,与实际发生电费进行比较;根据移动油机发电量,对消耗燃油进行估算。

          清晰的反映全厂各个部门的用电构成,建立标杆部门,通过与标杆部门的比较,发现偷电、漏电、长明灯、未使用设备下电等环节;对不同的节能方案节能效果的评估,有利于有针对性地选择节能措施,还可以作为合同能源管理项目的计量系统;

          电能报表实现了实现了所有电能数据的按时间查询,分为分钟、小时、日、月年等五种类型;

          电能汇总表,所有监控设备电能汇总,按时间段查询,自动计算任意时段用电量;

          打印及导出,所有报表及界面均可打印,或以EXCEL、WORD格式导出;

          电能报表如图2所示

    图2

          画面显示

          19寸彩色液晶显示作为人机交互界面,实时显示配电系统各种信息画面,包括各断路器当前状态、各回路当前电压、电流、功率等测量值的实时信息。声光提示报警信息、保护设备动作及复位信息,详细界面如图3所示:

    图3

     

          用电趋势

          负荷趋势曲线提供了某一段时间内该回路的负荷趋势,方便管理员掌握用电设备的运行状况,通过对历史数据的分析,可为今后新增部门和设备提供科学的用电量估算;通过分析大楼内每个设备的用电量和设备的品牌、型号、使用年限等设备详细信息来评估设备用电是否合理;通过大楼内各部门用电同比、环比的报表分析,得出各设备用电是否合理; 对某一节能设备或技术在使用一定时间后,评测的节能效率是否与当初的预计一致。用电趋势如图4所示:

    图4

          告警与控制

          告警的提示和通知模块可以将日常监控系统管理模块统计的异常数据进行分类整理,对超出标杆电量一定范围的数据,通过硬件的支持发出声光、短信、工单等形式的告警,报警查询界面如图5所示:

          报警提示框显示报警发生的时间、回路名、回路用途、数据点、数据点说明和报警内容(若是过负荷报警还将显示被报警的电流值和所设定的报警限值)

          4 结束语

          该项目所采用的Acrel-3000电能管理系统已经于2011年底正式投入运行,整个系统运行稳定、安全,极大的方便了用户的使用,提供了大量实时、准确的电能数据,为管理者进行内部计量考核做出了只管依据,为进一步的节能管理及节能措施的实施打下了基础。

    参考文献

    任致程,周中. 电力电测数字仪表原理与应用指南[M]. 北京. 中国电力出版社. 2007.4

     

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