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摘要：隨著電力系統的快速發展，用電負荷的持續增長、各種新型負載的不斷出現和國家對節能減排的嚴格要求，使得用戶更加需要有效的電能管理方案來應對上訴變化所帶來的挑戰，以實現輸配電系統的可靠、高效、低耗的運行。
本文介紹基于ACR多功能網絡電力儀表的Acrel-3000電能管理系統在中材萍鄉水泥4500t/d新線的應用，實現了分散式采集和集中控制管理的智能化電能計量管理。
關鍵詞： 水泥廠;用電大戶;班組用電考核;電能管理系統
0 引言
中材萍鄉水泥有限公司是江西省萍鄉市的用電大戶，老生產線每年電費支出達幾千萬人民幣，故用戶非常注重班組用電考核。因安科瑞為其老生產線設計的電能管理系統運行表現良好，4500t/d新生產線的電能管理系統仍由安科瑞設計。
1 項目概述
中材萍鄉水泥有限公司成立于2008年，注冊資金38861.775萬元，隸屬于中國中材集團，專業從事水泥的生產、銷售。公司目前主要生產：32.5級復合硅酸鹽水泥和42.5級普通硅酸鹽水泥。中材萍鄉水泥有限公司4500t/d熟料水泥生產線項目位于萍鄉市上栗縣福田鎮連陂村，最終產品為水泥和熟料。項目于2010年5月開工建設，計劃于2011年9月完工，項目靜態總投資2.8億元。
中材萍鄉水泥4500t/d新線的供電由福田鎮供電局引兩路110kV供電線路至新線總降變電所，通過25000MVA的1#主變和31500MVA的2#主變降壓至10kV并配出到廠區窯頭、窯尾、原料磨、水泥磨、石灰石破碎等各個生產線配電室。試運行階段新生產線由老廠區供電，如今生產線投產，供電線路正常運作，1#主變未投，靠2#主變為整條新線的生產供電。
新生產線10kV配電系統接線方式為三相四線，兩路進線之間設有母聯。總降配電系統一次圖如下：
2 需求分析
中材萍鄉水泥新線先期針對總降變電所各回路進行電度計量，視生產線使用情況決定是否將電能管理系統擴大至生產線各10kV配電系統，新線0.4kV配電系統設計中不做計量功能。
10kV總降配電室有10kV開關柜27臺，其中19個回路需要做電度計量，而兩臺主變10kV和110kV側及110kV總進線這5個回路需要單獨做電度計量。3個備用回路將來可能改成余熱利用發電，需計量反向電度。用戶每兩小時做一次生產用電量記錄，按照每天早中晚三班進行考核，早班時間為8：00am~4:00pm，中班為4:00pm~12:00pm，夜班為0：00am~8:00am。每周將總降變電所數據與生產線配電室數據比對一次，每月與供電局提供的耗電數據比對，以此作為考核各班組產能能耗的依據。
3 系統設計方案
3.1設計標準
DL/T 698 電能信息采集與管理系統
DL/T 698.1-2009 第1部分： 總則
DL/T 698.2-2010 第2部分： 主站技術規范
DL/T 698.31-2010 第3.1部分： 電能信息采集終端技術規范-通用要求
DL/T 698.35-2010 第3-5部分： 電能信息采集終端技術規范-低壓集中抄表終端特殊要求
DL/T 698.41-2010 第4-1部分： 通信協議-主站與電能信息采集終端通信
DL/T 698.42-2010 第4-2部分： 通訊協議-集中器下行通信協議
DL/T/814-2002 配電自動化系統功能規范
GB/T/3047.1 面板、架和柜的基本尺寸系列
DL/T5137-2001 《電測量及電能計量裝置設計技術規程》
GB2887 計算站場地技術條件
3.2 系統結構
整個系統采設計了一套Acrel-3000電能管理系統，采用分層分布式結構，即現場設備層、網絡管理層、監控管理層，如圖1所示：
本項目中，通過在總降10kV開關柜上安裝上海安科瑞電氣股份有限公司ACR320E系列多功能電力儀表來實現變電所各回路電度計量。另由珠海萬利達在總降二樓中控室使用與開關柜同型號儀表組電度表屏用以計量新線110kV進線、1#2#主變高壓側及低壓側的正向有功、無功電度。此外，在原料磨、水泥磨、窯頭、窯尾、石灰石破碎等處生產線配電室10kV開關柜上也裝有ACR320E系列儀表。電能管理系統先期只將總降配電室和中控室的多功能儀表進行后臺組網，即現場設備層由總降配電室和中控室內所有ACR320E系列儀表組成。現場儀表采用屏蔽雙絞線RVVSP2*1.0作為RS485總線的傳輸介質，每一根485總線上掛接的儀表設備數量不超過20臺，線路總長不超過100米，以此保證數據鏈路的穩定性。本項目中，24塊儀表分成2路，即配電室的19臺儀表和中控室的5臺儀表分別通過一根485總線與后臺系統通訊。
現場儀表配置清單如下：
|
序號 |
柜號 |
回路名稱 |
儀表型號 |
端口號 |
儀表地址 |
CT(*/5) |
|
1 |
ZJ1 |
1#站用變 |
/ |
PORT1
COM3 |
/ |
/ |
|
2 |
ZJ2 |
1#電容器 |
ACR320E |
2 |
300 |
|
3 |
ZJ3 |
備用2 |
ACR320E |
3 |
400 |
|
4 |
ZJ4 |
備用1 |
ACR320E |
4 |
400 |
|
5 |
ZJ5 |
2#電容器 |
ACR320E |
5 |
300 |
|
6 |
ZJ6 |
1期原料磨配電站1#線 |
ACR320E |
6 |
400 |
|
7 |
ZJ7 |
1#變主進線 |
/ |
/ |
/ |
|
8 |
ZJ8 |
I段PT |
/ |
/ |
/ |
|
9 |
ZJ9 |
2期水泥磨配電站1#線 |
ACR320E |
9 |
400 |
|
10 |
ZJ10 |
1期原料磨配電站2#線 |
ACR320E |
10 |
400 |
|
11 |
ZJ11 |
1期水泥磨配電站 |
ACR320E |
11 |
400 |
|
12 |
ZJ12 |
廠前區配電站 |
ACR320E |
12 |
400 |
|
13 |
ZJ13 |
1期+2期石灰石破碎配電站 |
ACR320E |
13 |
400 |
|
14 |
ZJ14 |
分段開關 |
/ |
/ |
/ |
|
15 |
ZJ15 |
隔離 |
/ |
/ |
/ |
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16 |
ZJ16 |
2期原料磨配電站1#線 |
ACR320E |
16 |
400 |
|
17 |
ZJ17 |
2期原料磨配電站#2線 |
ACR320E |
17 |
400 |
|
18 |
ZJ18 |
2期水泥磨配電站2#線 |
ACR320E |
18 |
400 |
|
19 |
ZJ19 |
#2變主進線 |
/ |
/ |
/ |
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20 |
ZJ20 |
備用3 |
ACR320E |
20 |
400 |
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21 |
ZJ21 |
II段PT |
/ |
/ |
/ |
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22 |
ZJ22 |
4#電容器 |
ACR320E |
22 |
300 |
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23 |
ZJ23 |
3#電容器 |
ACR320E |
23 |
300 |
|
24 |
ZJ24 |
保安電源 |
ACR320E |
24 |
400 |
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25 |
ZJ25 |
2期窯尾配電站 |
ACR320E |
25 |
400 |
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26 |
ZJ26 |
2期窯頭配電站 |
ACR320E |
26 |
400 |
|
27 |
ZJ27 |
2#站用變 |
/ |
/ |
/ |
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28 |
PDP1 |
110kV進線多功能表 |
ACR320E |
PORT2
COM4 |
1 |
600/5 |
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29 |
PDP2 |
1#主變高壓側多功能表 |
ACR320E |
2 |
300/5 |
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30 |
PDP3 |
2#主變高壓側多功表 |
ACR320E |
3 |
300/5 |
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31 |
PDP4 |
1#主變低壓側多功能表 |
ACR320E |
4 |
3000/5 |
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32 |
PDP5 |
2#主變低壓側多功能表 |
ACR320E |
5 |
3000/5 |
因先期系統較小，通訊管理層設備選取了Korenix所產的4口串口服務器Jetport5604I，可以同時集成4路RS485總線并帶有光電隔離功能。串口服務器安裝在中控室網絡機柜中，通過工業以太網TCP/IP協議與站控管理層連接，以太網傳輸介質為超五類STP屏蔽線。本項目中預留了工業網絡交換機以備今后系統擴容。
站控管理層主要設備是DELL的工作站、山特1KVA的塔式UPS電源以及惠普的A4幅面打印機，操作系統軟件Windows XP SP3，電能管理系統軟件為Acrel-3000系列產品。
本項目全部設備均使用有線式連接，通訊組網施工于新線生產線啟動前完成，在試運行期間完成系統調試，電能管理系統于2011年12月與生產線同時投運。
3.3 系統功能
數據采集與管理
配電需要的數據采集主要通過ACR320E網絡多功能儀表、PT、CT等裝置，將現場各用電設備的運行參數，包括：電流、電壓、有功功率、無功功率、功率因數、有功電度等遙測信息及斷路器分合閘狀態等遙信狀態進行采集。儀表均通過485總線連接至智能通訊服務器，并通過以太網接口接入至電能管理主機ACR320E網絡多功能儀表采用RS485接口和MODBUS-RTU通訊協議，RS485采用屏蔽線雙絞線傳輸，接線簡單方便;通訊接口是半雙工通信，數據最高傳輸速率為10Mbps。RS-485接口是采用平衡驅動器和差分接收器的組合，抗噪聲干擾能力增強，總線上允許連接多達32個設備，最大傳輸距離為1.2km。
信息處理
對信號采集系統所采集實時數據進行統計、分析、計算，將數據進行定時存儲。對同用電單位不同時期、不同用電單位同一時期用電量進行統計;作為電費的管理平臺，與實際發生電費進行比較;根據移動油機發電量，對消耗燃油進行估算。
清晰的反映全廠各個部門的用電構成，建立標桿部門，通過與標桿部門的比較，發現偷電、漏電、長明燈、未使用設備下電等環節;對不同的節能方案節能效果的評估，有利于有針對性地選擇節能措施，還可以作為合同能源管理項目的計量系統;
電能報表實現了實現了所有電能數據的按時間查詢，分為分鐘、小時、日、月年等五種類型;
電能匯總表，所有監控設備電能匯總，按時間段查詢，自動計算任意時段用電量;
打印及導出，所有報表及界面均可打印，或以EXCEL、WORD格式導出;
電能報表如圖2所示
畫面顯示
19寸彩色液晶顯示作為人機交互界面，實時顯示配電系統各種信息畫面，包括各斷路器當前狀態、各回路當前電壓、電流、功率等測量值的實時信息。聲光提示報警信息、保護設備動作及復位信息，詳細界面如圖3所示：
用電趨勢
負荷趨勢曲線提供了某一段時間內該回路的負荷趨勢，方便管理員掌握用電設備的運行狀況，通過對歷史數據的分析，可為今后新增部門和設備提供科學的用電量估算;通過分析大樓內每個設備的用電量和設備的品牌、型號、使用年限等設備詳細信息來評估設備用電是否合理;通過大樓內各部門用電同比、環比的報表分析，得出各設備用電是否合理;對某一節能設備或技術在使用一定時間后，評測的節能效率是否與當初的預計一致。用電趨勢如圖4所示：
告警與控制
告警的提示和通知模塊可以將日常監控系統管理模塊統計的異常數據進行分類整理，對超出標桿電量一定范圍的數據，通過硬件的支持發出聲光、短信、工單等形式的告警，報警查詢界面如圖5所示：
報警提示框顯示報警發生的時間、回路名、回路用途、數據點、數據點說明和報警內容(若是過負荷報警還將顯示被報警的電流值和所設定的報警限值)
4 結束語
該項目所采用的Acrel-3000電能管理系統已經于2011年底正式投入運行，整個系統運行穩定、安全，極大的方便了用戶的使用，提供了大量實時、準確的電能數據，為管理者進行內部計量考核做出了只管依據，為進一步的節能管理及節能措施的實施打下了基礎。
參考文獻
任致程，周中. 電力電測數字儀表原理與應用指南[M]. 北京. 中國電力出版社. 2007.4
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