淺談電能管理系統(tǒng)在火力發(fā)電廠中的應(yīng)用

張心志

安科瑞電氣股份有限公司  上海嘉定  201801

摘要：為管控火力發(fā)電廠自用電能，降低企業(yè)運(yùn)行成本，通過電能采集技術(shù)、信息技術(shù)與節(jié)能分析理論的融合，進(jìn)行火電廠電能精細(xì)化管理。實(shí)際應(yīng)用顯示，利用該系統(tǒng)分析各類主要輔機(jī)用能的合理性，可有效提升電機(jī)能效，降低火電廠運(yùn)行成本。

關(guān)鍵詞：電能管理；信息技術(shù)；節(jié)能分析；電機(jī)能效；智能化電廠

0引言

某電廠目前在役機(jī)組共930MW，分兩期建成。一期2臺(tái)超高壓150MW機(jī)組2003年投產(chǎn)，二期2臺(tái)亞臨界315MW機(jī)組2006年投產(chǎn)。機(jī)組投產(chǎn)之初，輔機(jī)電能收集記錄采用傳統(tǒng)的抄表和人工計(jì)算方式，不能夠滿足動(dòng)態(tài)分析管 理的需要，亟須建立一套準(zhǔn)確、可靠的電量數(shù)據(jù)自動(dòng)采集分析系統(tǒng)，來完成對(duì)輔機(jī)電能使用合理性的管理。

通過自動(dòng)化手段實(shí)現(xiàn)輔機(jī)電量報(bào)表自動(dòng)更新、電量平衡分析、輔機(jī)耗電率在線監(jiān)督、輔機(jī)電量指標(biāo) 競賽自動(dòng)更新等功能，通過電能自動(dòng)化采集降低生產(chǎn)數(shù)據(jù)收集分析成本，可以實(shí)現(xiàn)公司生產(chǎn)管理的自動(dòng)化、準(zhǔn)確化和科學(xué)化。

1輔機(jī)電能監(jiān)督管理系統(tǒng)存在的問題

廠用輔機(jī)電量收集采用傳統(tǒng)的人工定時(shí)抄表、手動(dòng)計(jì)算方式，存在4個(gè)方面的問題。

（1）電能抄錄、計(jì)算、登記報(bào)表時(shí)間長，流程繁瑣，管理人員須通過運(yùn)行日?qǐng)?bào)表收集相關(guān)電量報(bào)表數(shù)據(jù)，再手動(dòng)錄入完成相關(guān)的數(shù)據(jù)指標(biāo)分析計(jì)算，重復(fù)性工作多。

（2）人為讀數(shù)誤差和書寫計(jì)算錯(cuò)誤難以杜絕，準(zhǔn)確性靠運(yùn)行人員的工作態(tài)度保障，輔機(jī)電量計(jì)算偏差大。依托手工采集的電能數(shù)據(jù)進(jìn)行指標(biāo)競賽，公平性難以保證。

（3）僅能提供按運(yùn)行輪值抄錄的數(shù)據(jù)，不能及時(shí)提供輔機(jī)方式優(yōu)化所需數(shù)據(jù)。

（4）數(shù)據(jù)資源共享性差，不能實(shí)時(shí)查詢、分析，歷史追溯和統(tǒng)計(jì)管理困難。

2 廠用輔機(jī)電能管理現(xiàn)狀

2.1一期機(jī)組

通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，確定實(shí)施方案1：對(duì)數(shù)據(jù)采集單元進(jìn)行擴(kuò)展，將系統(tǒng)升級(jí)為智能化電氣監(jiān)控管理系統(tǒng)，通過該系統(tǒng)的用于過程控制的對(duì)象鏈接與嵌入（OPC）服務(wù)功能把數(shù)據(jù)送至公司生產(chǎn)實(shí)時(shí)信息（PI）系統(tǒng)，需要數(shù)據(jù)的用戶可以自由取數(shù)。系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案如圖1所示。

圖1 一期機(jī)組廠用輔機(jī)電能監(jiān)督管理系統(tǒng)

2.2二期機(jī)組輔機(jī)電能管理現(xiàn)狀分析

二期機(jī)組廠用輔機(jī)配置專用電能表，通過現(xiàn)場手動(dòng)抄表，人工計(jì)算，形成報(bào)表數(shù)據(jù)；6kV開關(guān)綜合保護(hù)裝置雖然具備電能采集功能，但版本較低；二期脫硫輔機(jī)沒有配置專用電能表，電能數(shù)據(jù)需要從綜合保護(hù)裝置抄錄。

根據(jù)現(xiàn)場實(shí)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(shí)施方案分析

經(jīng)綜合比較，確定實(shí)施方案2：配置獨(dú)立的電能采集系統(tǒng)，增加脫硫輔機(jī)電能表，通過該系統(tǒng)的OPC服務(wù)功能把數(shù)據(jù)送至公司PI系統(tǒng)，需要數(shù)據(jù)的用戶可以自由取數(shù)。系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案如圖2所示。

圖2 二期機(jī)組廠用輔機(jī)電能監(jiān)督管理系統(tǒng)

3 技術(shù)改造過程

以該公司二期機(jī)組輔機(jī)電能采集系統(tǒng)為例進(jìn)行說明。

3.1安裝硬件設(shè)備及通信接口工作

（1）在鍋爐電子間新增一面專用輔機(jī)電量采集器屏，用以布置光電模塊、DC2000采集器以及后臺(tái)管理機(jī)。

（2）在二期機(jī)組脫硫6kV開關(guān)柜安裝多功能網(wǎng)絡(luò)儀表APM830、通信線和光電模塊。多功能網(wǎng)絡(luò)儀表為采用三相四線制數(shù)字式的多功能電表，按照DL／T448—2016《電能計(jì)量裝置技術(shù)管 理規(guī)程》規(guī)定的電壓、電流測量精度0.2級(jí)、有功電能精度0.5級(jí)的要求，具備電壓、電流、功率因數(shù)、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(jì)量及顯示功能。

（3）二期機(jī)組主要輔機(jī)所配置的電能表具有RS485通信接口功能，滿足通信協(xié)議要求，在6kV開關(guān)柜內(nèi)安裝了通信線和光電模塊，構(gòu)建起現(xiàn)場數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)。

（4）就地輔機(jī)電能表通過RS485通信線及光纖通信接入采集器Anet-2E4S1，實(shí)現(xiàn)電能表和多功能網(wǎng)絡(luò)儀表的電量采集。采集器經(jīng)網(wǎng)絡(luò)通信將采集的電量上傳至后臺(tái)管理機(jī)電能采集系統(tǒng)。電能采集系統(tǒng)能連續(xù)采集數(shù)據(jù)，從各輔機(jī)電能表采集至傳輸終端，采樣周期及傳輸延時(shí)小于1min。

3.2建立數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)資源共享

（1）在后臺(tái)管理機(jī)電能采集系統(tǒng)中建立輔機(jī)實(shí)時(shí)電量顯示界面，實(shí)現(xiàn)電量數(shù)據(jù)終端機(jī)在線監(jiān)督。

（2）在后臺(tái)管理機(jī)安裝PI系統(tǒng)接口程序OPC鏈接，實(shí)現(xiàn)電量數(shù)據(jù)與PI系統(tǒng)通信。

（3）在生產(chǎn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫中配置輔機(jī)電量點(diǎn)名，點(diǎn)名配置按照電氣一次接線圖順序排列。后臺(tái)管理機(jī)啟動(dòng)運(yùn)行正常后，只要開啟PI系統(tǒng)接口程序 OPC 鏈接，即可實(shí)現(xiàn)后臺(tái)機(jī)實(shí)時(shí)上傳發(fā)布電能數(shù)據(jù)，PI系統(tǒng)實(shí)時(shí)接收數(shù)據(jù)，做到數(shù)據(jù)資源共享。

（4）公司各部門所使用的軟件系統(tǒng)可以通過該平臺(tái)接口實(shí)現(xiàn)信息的即時(shí)通信，按照各自需求管理相應(yīng)業(yè)務(wù)。

4綜合分析應(yīng)用

在電能采集基本功能的基礎(chǔ)上，進(jìn)行應(yīng)用二次開發(fā)，實(shí)現(xiàn)了電能數(shù)據(jù)與熱機(jī)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的互相支援， 提高了分析數(shù)據(jù)的完備性。

4.1應(yīng)用案例1

工作小組編制了廠用輔機(jī)電能監(jiān)督管理系統(tǒng)報(bào)表，報(bào)表分為底碼錄入、電量日?qǐng)?bào)、電能平衡及表計(jì)監(jiān)督、實(shí)時(shí)能耗 4大板塊。通過程序鏈接，實(shí)現(xiàn)發(fā)電量、上網(wǎng)電量、廠用電率、輔機(jī)能耗、電量平衡的自動(dòng) 更新。公司辦公網(wǎng)絡(luò)內(nèi)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(jī)電能監(jiān)督管理系統(tǒng)報(bào)表，查詢實(shí)時(shí)、歷史電量數(shù)據(jù)。 操作方法。

（1）打開廠用輔機(jī)電能監(jiān)督管理系統(tǒng)報(bào)表程序，選擇 “工具／加載宏"按鈕，“√"選 “PIData　link"。

（2）在底碼錄入?yún)^(qū)輸入當(dāng)日?qǐng)?bào)表中發(fā)電量、上網(wǎng)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(dòng)力報(bào)表中選擇報(bào)表日期，電量數(shù)據(jù)將會(huì)根據(jù)報(bào)表中的日期自動(dòng)加載更新。 通過報(bào)表中的電量平衡棒形圖可以判斷表計(jì)使 用情況，監(jiān)督廠用電能平衡的情況，同時(shí)還可以查詢 系統(tǒng)運(yùn)行后各時(shí)段的機(jī)組各輔機(jī)實(shí)時(shí)能耗分布情況、電能平衡情況。

4.2應(yīng)用案例2

電量數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)實(shí)時(shí)系統(tǒng)資源共享，公司小指標(biāo)競賽管理系統(tǒng)的電能及輔機(jī)耗電率采用電能量采集系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)指標(biāo)計(jì)算、分析更加實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確，提高了指標(biāo)競賽管理系統(tǒng)的公信力。 廠用輔機(jī)電能監(jiān)督管理系統(tǒng)投運(yùn)后，與原生產(chǎn)實(shí)時(shí)系統(tǒng)的熱機(jī)測點(diǎn)相結(jié)合，搭建輔機(jī)能耗管控平臺(tái)，輔機(jī)電能使用更加合理，同時(shí)還實(shí)現(xiàn)了節(jié)能潛力分析。

4.3應(yīng)用案例3

與冷端原有測點(diǎn)結(jié)合，自動(dòng)采集冷端運(yùn)行參數(shù) 和電能數(shù)據(jù)，根據(jù)機(jī)組負(fù)荷率及環(huán)境因素，綜合考慮 主機(jī)效率和輔機(jī)耗電情況，在線量化分析循環(huán)水泵 的運(yùn)行方式。

4.4 應(yīng)用案例4

自動(dòng)采集引／送風(fēng)機(jī)、煙氣處理系統(tǒng)耗用電能及 相關(guān)參數(shù)，檢查變氧量運(yùn)行下的節(jié)能潛力，并定量分 析爐膛總阻力變化對(duì)輔機(jī)能耗的影響。

4．5 應(yīng)用案例5

自動(dòng)采集輔機(jī)電能、運(yùn)行電壓及電流等相關(guān)參數(shù)，計(jì)算輔機(jī)的運(yùn)行功率因數(shù)，可為大電機(jī)無功分布 補(bǔ)償節(jié)能提供補(bǔ)償設(shè)備選型依據(jù)。

4．6 應(yīng)用案例6

空氣壓縮機(jī)運(yùn)行過程中，受控制方式及用戶的不確定性影響，存在空載運(yùn)行時(shí)間?？蛰d運(yùn)行時(shí)需 要消耗電能，但對(duì)工藝流程不起到實(shí)際作用，降低了 空氣壓縮機(jī)運(yùn)行的效率。通過采集電能數(shù)據(jù)及運(yùn)行數(shù)據(jù)，量化給出了空氣壓縮機(jī)控制回路改造的節(jié)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(gè)電網(wǎng)80%的電能，用戶端智能化用電管理對(duì)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，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(shí)現(xiàn)電網(wǎng)與用戶的雙向良性互動(dòng)。用戶端急需解決的研究內(nèi)容主要包括：先進(jìn)的表計(jì)，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(duì)用戶端用電情況進(jìn)行細(xì)分和統(tǒng)計(jì)，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(xiàng)用電的使用消耗情況，便于找出高耗能點(diǎn)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(jí)提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支撐。

5.2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(yùn)輸建筑（機(jī)場、車站、碼頭建筑等）。

5.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

5.4系統(tǒng)功能

5.4.1實(shí)時(shí)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(yùn)行狀態(tài)，實(shí)時(shí)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(dòng)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(hào)。

5.4.2電能統(tǒng)計(jì)報(bào)表

系統(tǒng)以豐富的報(bào)表支撐計(jì)量體系的完整性。系統(tǒng)具備定時(shí)抄表匯總統(tǒng)計(jì)功能，用戶可以自由查詢自系統(tǒng)正常運(yùn)行以來任意時(shí)間段內(nèi)各配電節(jié)點(diǎn)的用電情況，即該節(jié)點(diǎn)進(jìn)線用電量與各分支回路消耗電量的統(tǒng)計(jì)分析報(bào)表。該功能使得用電可視透明，并在用電誤差偏大時(shí)可分析追溯，維護(hù)計(jì)量體系的正確性。

5.4.3詳細(xì)電參量查詢

在配電一次圖中，當(dāng)鼠標(biāo)移動(dòng)到每個(gè)回路附近時(shí)，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(shí)相電流趨勢曲線及24小時(shí)電壓趨勢曲線。

5.4.4運(yùn)行報(bào)表

系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)電力參數(shù)和歷史電力參數(shù)的存儲(chǔ)和管功能，所有實(shí)時(shí)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)、zhi定時(shí)間或選擇查詢更新的記錄數(shù)據(jù)等，并通過報(bào)表方式顯示出來。用戶可以根據(jù)需要定制運(yùn)行日?qǐng)?bào)、月報(bào)，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。

5.4.5變壓器運(yùn)行監(jiān)視

系統(tǒng)對(duì)配電系統(tǒng)總進(jìn)線、主變壓器、重要負(fù)荷出線的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行在線實(shí)時(shí)監(jiān)視，用曲線顯示電流、變壓器運(yùn)行溫度、有功需量、有功功率、視在功率、變壓器負(fù)荷率等運(yùn)行趨勢，分析變壓器負(fù)荷率及損耗，方便運(yùn)行維護(hù)人員及時(shí)掌握運(yùn)行水平和用電需求，確保供電安全可靠。

5.4.6實(shí)時(shí)報(bào)警

系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)報(bào)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(dòng)作等遙信變位，保護(hù)動(dòng)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(shí)時(shí)監(jiān)測，并根據(jù)事件等級(jí)發(fā)出告警。系統(tǒng)報(bào)警時(shí)自動(dòng)彈出實(shí)時(shí)報(bào)警窗口，并發(fā)出聲音或語音提醒。

5.4.7歷史事件查詢

系統(tǒng)能夠?qū)b信變位，保護(hù)動(dòng)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(chǔ)和管理，方便用戶對(duì)系統(tǒng)事件和報(bào)警進(jìn)行歷史追溯，查詢統(tǒng)計(jì)、事故分析。

5.4.8電能質(zhì)量監(jiān)測

系統(tǒng)可以對(duì)整個(gè)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(yùn)行維護(hù)人員可以通過諧波分析棒圖、報(bào)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(shí)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。

5.4.9遙控操作

系統(tǒng)支持對(duì)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(duì)于每次遙控操作，系統(tǒng)自動(dòng)生成操作記錄，記錄內(nèi)容包含操作人、操作時(shí)間、操作類型等。實(shí)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。

5.4.10用戶權(quán)限管理

系統(tǒng)為保障系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)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）?？梢远x不同級(jí)別用戶的登錄名、密碼及操作權(quán)限，為系統(tǒng)運(yùn)行、維護(hù)、管理提供可靠的安全保障。

5.4.11通訊狀態(tài)圖

系統(tǒng)支持實(shí)時(shí)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(gè)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(shí)能自動(dòng)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(yùn)行維護(hù)人員實(shí)時(shí)掌握現(xiàn)場各設(shè)備的通訊狀態(tài)，及時(shí)維護(hù)出現(xiàn)異常的設(shè)備，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

5.4.12視頻監(jiān)控

視頻監(jiān)控展示了當(dāng)前實(shí)時(shí)畫面（視頻直播），選中某一個(gè)變配電站，即可查看該變配電站內(nèi)視頻信息。

5.4.13用戶報(bào)告

用戶報(bào)告頁面主要用于對(duì)選定的變配電站自動(dòng)匯總一個(gè)月的運(yùn)行數(shù)據(jù)，對(duì)變壓器負(fù)荷、配電回路用電量、功率因數(shù)、報(bào)警事件等進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

5.4.14 APP支持

電力運(yùn)維手機(jī)支持“監(jiān)控系統(tǒng)"、“設(shè)備檔案"、“待辦事項(xiàng)"、“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(bào)警查詢，設(shè)備檔案查詢、待辦事件處理、巡檢記錄查詢等。

5.5系統(tǒng)硬件配置清單

6結(jié)語

該電廠依托網(wǎng)絡(luò)技術(shù)建立了一套準(zhǔn)確、可靠的廠用輔機(jī)電量數(shù)據(jù)采集、管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)輔機(jī)電量報(bào)表自動(dòng)更新、電量平衡分析、輔機(jī)耗電率在線監(jiān)督、輔機(jī)電量指標(biāo)競賽自動(dòng)更新。該體系在公司生產(chǎn)管理推廣應(yīng)用后效果如下。

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

（2）實(shí)現(xiàn)了電量數(shù)據(jù)資源有效共享，改進(jìn)了公司電能管理模式，提高了工作效率。能夠?qū)θ?輔機(jī)能耗情況進(jìn)行科學(xué)管控，在國家環(huán)保要求日益 嚴(yán)格、煙氣處理設(shè)備耗能增加的前提下，2013—2016年，發(fā)電廠用電率逐年下降，3年累計(jì)節(jié)約成本約1400萬元。

（3）與熱機(jī)測點(diǎn)數(shù)據(jù)相結(jié)合，通過對(duì)其運(yùn)行狀態(tài)的分析組建數(shù)學(xué)模型，搭建輔機(jī)能耗的實(shí)時(shí)分析 管控平臺(tái)，為企業(yè)實(shí)施電力需求側(cè)管理奠定基礎(chǔ)。

（4）實(shí)現(xiàn)了公司用電成本的實(shí)時(shí)計(jì)算，為公司電機(jī)能效提升方案制定和實(shí)施、電力需求側(cè)管理和智能化電廠建設(shè)奠定了基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

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[3]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè) 2022.05版

作者簡介：張心志，男，現(xiàn)任于安科瑞電氣股份有限公司，主要從事電能管理系統(tǒng)的研發(fā)與應(yīng)用