淺談電能管理系統(tǒng)在火力發(fā)電廠中的應用

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)運行成本，通過電能采集技術、信息技術與節(jié)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(tǒng)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(jié)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(chǎn)，二期2臺亞臨界315MW機組2006年投產(chǎn)。機組投產(chǎn)之初，輔機電能收集記錄采用傳統(tǒng)的抄表和人工計算方式，不能夠滿足動態(tài)分析管 理的需要，亟須建立一套準確、可靠的電量數(shù)據(jù)自動采集分析系統(tǒng)，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(xiàn)輔機電量報表自動更新、電量平衡分析、輔機耗電率在線監(jiān)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(chǎn)數(shù)據(jù)收集分析成本，可以實現(xiàn)公司生產(chǎn)管理的自動化、準確化和科學化。

1輔機電能監(jiān)督管理系統(tǒng)存在的問題

廠用輔機電量收集采用傳統(tǒng)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(shù)據(jù)，再手動錄入完成相關的數(shù)據(jù)指標分析計算，重復性工作多。

（2）人為讀數(shù)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(tài)度保障，輔機電量計算偏差大。依托手工采集的電能數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)，不能及時提供輔機方式優(yōu)化所需數(shù)據(jù)。

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

2 廠用輔機電能管理現(xiàn)狀

2.1一期機組

通過技術經(jīng)濟比較，確定實施方案1：對數(shù)據(jù)采集單元進行擴展，將系統(tǒng)升級為智能化電氣監(jiān)控管理系統(tǒng)，通過該系統(tǒng)的用于過程控制的對象鏈接與嵌入（OPC）服務功能把數(shù)據(jù)送至公司生產(chǎn)實時信息（PI）系統(tǒng)，需要數(shù)據(jù)的用戶可以自由取數(shù)。系統(tǒng)總體設計方案如圖1所示。

圖1 一期機組廠用輔機電能監(jiān)督管理系統(tǒng)

2.2二期機組輔機電能管理現(xiàn)狀分析

二期機組廠用輔機配置專用電能表，通過現(xiàn)場手動抄表，人工計算，形成報表數(shù)據(jù)；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(shù)據(jù)需要從綜合保護裝置抄錄。

根據(jù)現(xiàn)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(jīng)綜合比較，確定實施方案2：配置獨立的電能采集系統(tǒng)，增加脫硫輔機電能表，通過該系統(tǒng)的OPC服務功能把數(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)總體設計方案如圖2所示。

圖2 二期機組廠用輔機電能監(jiān)督管理系統(tǒng)

3 技術改造過程

以該公司二期機組輔機電能采集系統(tǒng)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(wǎng)絡儀表APM830、通信線和光電模塊。多功能網(wǎng)絡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《電能計量裝置技術管 理規(guī)程》規(guī)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(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(xié)議要求，在6kV開關柜內(nèi)安裝了通信線和光電模塊，構建起現(xiàn)場數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)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(xiàn)電能表和多功能網(wǎng)絡儀表的電量采集。采集器經(jīng)網(wǎng)絡通信將采集的電量上傳至后臺管理機電能采集系統(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(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，實現(xiàn)資源共享

（1）在后臺管理機電能采集系統(tǒng)中建立輔機實時電量顯示界面，實現(xiàn)電量數(shù)據(jù)終端機在線監(jiān)督。

（2）在后臺管理機安裝PI系統(tǒng)接口程序OPC鏈接，實現(xiàn)電量數(shù)據(jù)與PI系統(tǒng)通信。

（3）在生產(chǎn)實時數(shù)據(jù)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(tǒng)接口程序 OPC 鏈接，即可實現(xiàn)后臺機實時上傳發(fā)布電能數(shù)據(jù)，PI系統(tǒng)實時接收數(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)可以通過該平臺接口實現(xiàn)信息的即時通信，按照各自需求管理相應業(yè)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(fā)，實現(xiàn)了電能數(shù)據(jù)與熱機實時數(shù)據(jù)的互相支援， 提高了分析數(shù)據(jù)的完備性。

4.1應用案例1

工作小組編制了廠用輔機電能監(jiān)督管理系統(tǒng)報表，報表分為底碼錄入、電量日報、電能平衡及表計監(jiān)督、實時能耗 4大板塊。通過程序鏈接，實現(xiàn)發(fā)電量、上網(wǎng)電量、廠用電率、輔機能耗、電量平衡的自動 更新。公司辦公網(wǎng)絡內(nèi)任一辦公電腦中安裝2003 以上版本Excel程序及 PIDatalink插件后，即可使用廠用輔機電能監(jiān)督管理系統(tǒng)報表，查詢實時、歷史電量數(shù)據(jù)。 操作方法。

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

（2）在底碼錄入?yún)^(qū)輸入當日報表中發(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）在動力報表中選擇報表日期，電量數(shù)據(jù)將會根據(jù)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(jiān)督廠用電能平衡的情況，同時還可以查詢 系統(tǒng)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(shù)據(jù)實現(xiàn)生產(chǎn)實時系統(tǒng)資源共享，公司小指標競賽管理系統(tǒng)的電能及輔機耗電率采用電能量采集系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)指標計算、分析更加實時、準確，提高了指標競賽管理系統(tǒng)的公信力。 廠用輔機電能監(jiān)督管理系統(tǒng)投運后，與原生產(chǎn)實時系統(tǒng)的熱機測點相結(jié)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(xiàn)了節(jié)能潛力分析。

4.3應用案例3

與冷端原有測點結(jié)合，自動采集冷端運行參數(shù) 和電能數(shù)據(jù)，根據(jù)機組負荷率及環(huán)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(huán)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(tǒng)耗用電能及 相關參數(shù)，檢查變氧量運行下的節(jié)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(shù)，計算輔機的運行功率因數(shù)，可為大電機無功分布 補償節(jié)能提供補償設備選型依據(jù)。

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?？蛰d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(shù)據(jù)及運行數(shù)據(jù)，量化給出了空氣壓縮機控制回路改造的節(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(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：先進的表計，智能樓宇、智能電器、增值服務、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行細分和統(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慣，有效節(jié)約電能，為用戶進一步節(jié)能改造或設備升級提供準確的數(shù)據(jù)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(yè)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(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（機場、車站、碼頭建筑等）。

5.3系統(tǒng)結(jié)構

5.4系統(tǒng)功能

5.4.1實時監(jiān)測

系統(tǒng)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(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、地刀等合、分狀態(tài)，以及有關故障、告警等信號。

5.4.2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?yōu)槭中?，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(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。

5.4.4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)、zhi定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，支持導出Excel格式文件，還可以根據(jù)用戶要求導出PDF格式文件。

5.4.5變壓器運行監(jiān)視

系統(tǒng)對配電系統(tǒng)總進線、主變壓器、重要負荷出線的運行狀態(tài)進行在線實時監(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(tǒng)具有實時報警功能，系統(tǒng)能夠?qū)ε潆娀芈窋嗦菲?、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(shù)越限等事件進行實時監(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。

5.4.7歷史事件查詢

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

5.4.8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)量進行持續(xù)性的監(jiān)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(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)支持對斷路器、隔離開關、接地刀等進行分、合遙控操作。系統(tǒng)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(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(tǒng)為保障系統(tǒng)安全穩(wěn)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(jīng)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(tǒng)運行、維護、管理提供可靠的安全保障。

5.4.11通訊狀態(tài)圖

系統(tǒng)支持實時監(jiān)視接入系統(tǒng)的各設備的通訊狀態(tài)，能夠完整的顯示整個系統(tǒng)網(wǎng)絡結(jié)構；可在線診斷設備通訊狀態(tài)，發(fā)生網(wǎng)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(xiàn)場各設備的通訊狀態(tài)，及時維護出現(xiàn)異常的設備，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

5.4.12視頻監(jiān)控

視頻監(jiān)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(nèi)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(shù)據(jù)，對變壓器負荷、配電回路用電量、功率因數(shù)、報警事件等進行統(tǒng)計分析。

5.4.14 APP支持

電力運維手機支持“監(jiān)控系統(tǒng)"、“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(huán)比、電能質(zhì)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(tǒng)硬件配置清單

6結(jié)語

該電廠依托網(wǎng)絡技術建立了一套準確、可靠的廠用輔機電量數(shù)據(jù)采集、管理系統(tǒng)，實現(xiàn)輔機電量報表自動更新、電量平衡分析、輔機耗電率在線監(jiān)督、輔機電量指標競賽自動更新。該體系在公司生產(chǎn)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(xiàn)了電量數(shù)據(jù)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?qū)θ?輔機能耗情況進行科學管控，在國家環(huán)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(fā)電廠用電率逐年下降，3年累計節(jié)約成本約1400萬元。

（3）與熱機測點數(shù)據(jù)相結(jié)合，通過對其運行狀態(tài)的分析組建數(shù)學模型，搭建輔機能耗的實時分析 管控平臺，為企業(yè)實施電力需求側(cè)管理奠定基礎。

（4）實現(xiàn)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(cè)管理和智能化電廠建設奠定了基礎。

參考文獻

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[3]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊 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)與應用