安科瑞能效管理系统在安徽金禾化工的应用

安徽金禾化工有限责任公司建成投产于1975年，当时合成氨仅为年产3000吨，经过多年不断改造，现已发展成为年产10万吨合成氨，10万吨尿素，6万吨碳酸氢铵，2万吨甲醇，5万吨甲醛，5万吨复混肥，500吨香精香料的综合性化工企业。企业占地面积15万平方米，总资产1.6亿元,1080名员工。

该工厂主要有1路35KV进线、6路直变（35KV/6.3KV）、6路直变（35KV/0.4KV）及若干0.4KV馈线回路。

公司每年在用电方面的投入成本比较大，主要对用电质量和用电明细均不明确，对用电管理人员造成了很多困惑，根据其实际情况提出以下需求：

根据用户需求，需要对安徽金禾化工35KV变电所进行改造并建立能效管理系统（主要是数据的实时监控及能耗数据处理分析），在35KV隔壁的值班室内设置监控平台，对改造后的回路实时监测、统计、分析，以保证用电的安全、可靠和高效。

安科瑞能效管理系统，充分利用了现代电子技术、计算机技术、网络技术和现场总线技术的最新发展，对变配电系统进行分散数据采集和集中监控管理。对配电系统的二次设备进行组网，通过计算机和通讯网络，将分散的配电所的现场设备连接为一个有机的整体，实现电网运行的远程监控、集中管理及能效分析。

2  系统结构描述

本监控系统采用分层分布式结构，即站控层，通讯层与间隔层；如图（1）所示：

图（1）能效管理系统网络拓扑图

 间隔设备层主要为：智能电度表、开关量、模拟量采集模块和框架断路器等。这些装置分别对应相应的一次设备安装在电气柜内，这些装置均采用RS485通讯接口，通过现场MODBUS总线组网通讯，实现数据现场采集。

网络通讯层主要为：通讯服务器，其主要功能为把分散在现场采集装置集中采集，同时远传至站控层，完成现场层和站控层之间的数据交互。

站控管理层：设有高性能工业计算机、显示器、UPS电源、打印机、短信报警模块、报警蜂鸣器等设备。监控系统安装在计算机上，集中采集显示现场设备运行状况，以人机交互的形式显示给用户。

改造后增设的智能电度表均采用RS485接口和MODBUS-RTU通讯协议，RS485采用屏蔽线传输，一般都采用二根连线，接线简单方便；通讯接口是半双工通信即通信的双方都可以接收、发送数据但是在同一时刻只能发送或接收数据，数据最高传输速率为10Mbps。

RS485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。

3  能效管理系统主要功能

3.1  数据采集与处理

数据采集是配电监控的基础，数据采集主要由底层多功能网络仪表采集完成，实现远程数据的本地实时显示。需要完成采集的信号包括：三相电压U、三相电流I、频率Hz、功率P、功率因数COSφ、电度Epi、远程设备运行状态等数据。

数据处理主要是把按要求采集到的电参量实时准确的显示给用户，达到配电监控的自动化化和智能化要求，同时把采集到的数据存入数据库供用户查询。

3.2  人机交互

系统提供简单、易用、良好的用户使用界面。采用全中文界面，CAD图形显示低压配电系统电气一次主接线图，显示配电系统设备状态及相应实时运行参数，画面定时轮巡切换；画面实时动态刷新；模拟量显示；开关量显示；连续记录显示等。

3.3  历时事件

历时事件查看界面主要为用户查看曾经发生过的故障记录、信号记录、操作记录、越限记录提供方便友好的人机交互，通过历史事件查看平台，您可以根据自己的要求和查询条件方便定位您所要查看的历史事件，为您把握整个系统的运行情况提供了良好的软件支持。

3.4  数据库建立与查询

主要完成遥测量和遥信量定时采集，并且建立数据库，定期生成报表，以供用户查询打印。

3.5  用户权限管理

针对不同级别的用户，设置不同的权限组，防止因人为误操作给生产，生活带来的损失，实现配电系统的安全，可靠运行。可以通过用户管理进行用户登录、用户注销、修改密码、添加删除等操作，方便用户对账号和权限的修改。

3.6  运行负荷曲线

负荷趋势曲线功能主要负责定时重要回路电流和功率负荷参量，自动生成运行负荷趋势曲线的，方便用户及时了解设备的运行负荷状况。点击画面相应按钮或菜单项可以完成相应功能的切换；可以查看实时趋势曲线或历史趋势线；对所选曲线可以进行平移、缩放、量程变换等操作，帮助用户进线趋

势分析和故障追忆，为分析整个系统的运行状况提供了直观而方便的软件支持。

3.7  远程报表查询

报表管理程序的主要功能是根据用户的需要设计报表样式，把系统中处理的数据经过筛选、组合和统计生成用户需要的报表数据。本程序还可以根据用户的需要对报表文件采用定时保存、打印或者召唤保存、打印模式。同时本程序还向用户提供了对生成的报表文件管理功能。

报表具有自由设置查询时间实现日、月、年的电能统计，数据导出和报表打印等功能。

3.8  系统能耗分析功能

可实现对能耗系统同比、环比分析；根据自定义时间段查询峰、平、谷电度值；根据班组能耗可核算某个班组的能效比。

 4  案例分析

本监控系统主要实现安徽金禾化工35KV变电所实时监测、分析及管理，监控范围如下：

1路35KV进线、6路直变（35KV/6.3KV）、6路直变（35KV/0.4KV）。

安科瑞电气股份有限公司为其选用DTSD1352-CF的多功能电度表，互感器采用高压柜原有互感器进行项目改造。

DTSD1352-CF尺寸及详细参数：

 

功能	功能说明	DTSD1352
电能计量	有功电能计量（正、反向）	■
	无功电能计量（正、反向）	■
	A、B、C分相正向有功电能	■
电量测量	U、I	■
	P、Q、S、PF、F	■
LCD显示	8位段式LCD显示	■
按键编程	4按键可编程通信、变比等参数	■
脉冲输出	有功脉冲输出、时钟脉冲输出	■
	无功脉冲输出	□（与时钟复用）
LED报警	失压及数据效验失败报警	■
复费率及 附带功能	支持4个时区、2个时段表、8个日时段、4个费率	■
	四种最大需量及发生时间	□
	上12月历史冻结数据	□
	日期、时间	□
通讯	RS485接口，同时支持Modbus、DL/T645-07、DL/T645-97	□

 

根据其改造的回路，系统可实时显示一次回路运行状况，功能有电量遥测主要监测运行设备的电参量，其中包括：线三相电压、电流、功率、功率因数、电能，频率等电参量。见图（2）

图（2）系统配电二次图

 

遥测报警功能，主要完成对直变和主变负载越限弹出报警界面指示具体的报警位置并声音报警，提醒值班人员及时处理。负载越限值在相应权限下可自由设置。具备历史查询功能，见图（3）。

 图（3） 越限报警信息

 

用电量报表功能，可选择时间段进行查询，支持任意时间段电度累计查询，具备数据导出和报表打印等功能。为值班人员提供了精确可靠的电能报表。该报表各回路名称和数据库关联，方便用户修改回路名称，用户可以直接打印报表，可以以EXCEL格式另存到其他位置，图（4）主变和直变电能统计报表。

图（4） 电能报表

 参数抄表功能，主要所有回路的电参数进线查询。支持任意时刻电参数查询，具备数据导出和报表打印等功能。该报表查询供35KV变电所6台主变和6台直变的电参数，主要包括：三相电压、三相电流、有功功率、无功功率、频率和有功电度。该报表各回路名称和数据库关联，方便用户修改回路名称，如图（5）所示。

                    图（5） 参数抄表

实时功率因数监测功能，功率因数过低系统实时告警，用户根据功率因数状况对该回路的设备进行维修或更换。功率因数报表如图（6）所示。

图（6）功率因数趋势图

班组考核报表，可实时每个班组工作时间段的电参量及能耗值，如图（7）所示。

 图（6）班组报表

 负荷趋势曲线界面中可直观的查看回路的负荷运行情况。查看实时和历史趋势曲线，点击画面相应按钮或菜单项可以完成相应功能的切换；帮助用户进线趋势分析和故障追忆，具备曲线打印功能。为分析整个系统的运行状况提供了直观而方便的软件支持，见图（7）（8）（9）（10）。

图（7）电流趋势曲线图

 

图（8）电压趋势曲线图

 

图（9）有功功率趋势曲线图

 

图（10）有功功率趋势曲线图

 同比、环比分析，如图（11）所示

图（11）同比分析

 当日能耗、昨日能耗及同期能耗对比如图（12）所示

图（12）能耗对比

 峰、平、谷能耗分析，如图（13）所示。

图（13）峰、平、谷能耗分析

 当月用电量排行、用电比例及总进线功率趋势分析，如图（14）所示。

图（14）能效管理主画面

 

系统可针对不同级别的用户，设置不同的权限组，防止因人为误操作给生产，生活带来的损失，实现配电系统的安全，可靠运行。可以通过用户管理进行用户登录、用户注销、修改密码、添加删除等操作，方便用户对账号和权限的修改。

 系统配置：

 

序号	名称	型号、规格	单位	数量	备注
1	电力仪表
	网络电力仪表	DTSD1352-CF	只	12	安科瑞
合计				12
2	监控中心值班室
	通讯机柜	K2200（2200*600*600）	套	1
	操作台	定制	套	1
	工作站主机	IPC-610MB(Core2 Q8400/4G/1TB/DVD/独立显卡)+键鼠	台	1	研华
	工作站主机	RPC-610 E5800 3.2GHz/2G/500G+键鼠	台	1	华北工控
	显示器	L197WA	台	2	联想
	UPS电源	C1K/1KVA	台	1	SANTAK
	打印机	HP 1106 A4幅面	台	1	惠普
	系统软件	正版微软WINDOWS XP/SP3	套	1	微软 甲方自备
	系统软件	标准版WINDOWS 2003 SERVER	套	1
	数据库	SQL数据库（标准版）	套	1
	能效管理	Acrel-5000能效管理软件	套	1	安科瑞
	能效管理	数据远传接收服务软件	套	1	安科瑞
	能效管理	报表服务软件	套	1	安科瑞
	能效管理	中间层服务器C/S服务端（配置、调试）	套	1	安科瑞
	能效管理	中间层服务器B/S服务端	套	1	安科瑞
	能效管理	软件实施/调试费	项	1
	通讯采集箱	600*550*300	套	2	上海祥明
	工业串口服务器	NPORT5630-8    RS485接口×8	台	1	MOXA
	工业串口服务器	NPORT5430I     RS485接口×4  带光隔	台	2	MOXA
	工业开关电源	KDYA-DG75-24	套	2	华力
	光电转换器	单模光电转换HTB-1100S（25km)	只	4	兆越
合计
3	工程材料
	通讯线缆	屏蔽双绞线RVVSP 2×1.0	千米	1.5
	通讯线缆	单模4芯光纤	千米	1
	光纤附件	含熔接、尾纤、法兰、跳线等	套	4
	工程辅材	拖线板、转换线、线管、标牌等	套	1

注：该报价清单预留了2个6.3变电所的通讯采集箱，便于用户后期改造后系统的纳入。

整个系统的投入后，根据后续管理节能和设备改造节能，其公司每年可节省成本30万元。

4  结束语

该能效管理系统可以实时采集整个企业在生产过程中主变和直变能耗数据，并对所有数据在线实施监测，并对过程中出现能耗异常的数据进行报警提示。还可以对过程中的能耗信息以图表或者数据表格方式提供数据分析和比较功能，通过设备与设备之间、班组与班组之间的横向对比，或者周与周、月与月之间的纵向比较，找出能源消耗过程中存在的浪费和隐患。通过向用户设计各种统计报表建立企业能耗设备评估系统和生产班组能耗考核管理体系，来优化企业的能源消耗，让员工从由过去被动节能向主动节能的思想意识转变，来提高企业能耗使用效率，实现生产成本降低，提高了经济效益。

参考文献：

[1].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

[2].周中等编著. 智能电网用户端电力监控与电能管理系统产品选型及解决方案[M]. 北京. 机械工业出版社. 2011.10

作者简介：王长幸（1985-），女，江苏安科瑞电器制造有限公司  ,汉族，本科，工程师，主要研究方向为智能建筑供配电监控系统
邮箱：ACRELWX@163.com；  0510-86179961  QQ:2880263323  网址：http://www.jyacrel.cn/  http://ipd.acrel.cn/

• 客户需求
  1. 由于工厂对断电时间限制比较严格，本次改造主要针对35KV变电所主变和直变回路，0.4KV回路数比较多，后续再陆续改造。
  2. 主变和直变的电流越限时无法实时被管理人员得知，安全用电存在隐患，系统需能实现短信告警功能。
  3. 35KV出线回路均是指针电度表，靠人工定期抄表，无法统计每时每刻的具体用电量。
  4. 没有监测35KV每个出线回路的功率因数，当进线回路功率因数比较低时，无法进行排查，往往会接到供电局的罚单，新增表计需具有功率因数测量功能。
  5. 该工厂工人为3个班组，人工抄表无法精确到具体每个班组的用电量，无法真正实现内部绩效考核。
  6. 需实时监测主变和直变的实时电流、电压、功率及能耗波动情况。
  7. 能够查看具体某个回路或几个回路每天的用电量，并可进行对比，形成饼图、棒图的形式。
  8. 每个主变和直变均可查看当日能耗、昨日能耗及同期能耗值。
  9. 可人工设置时间段，进行峰、平、谷能耗统计。
  10. 系统可实现同比、环比分析功能。
  11. 系统可远程访问，使管理人员随时可查看工程系统用电回路工作状态。