淺談配電能效管理系統在水泥工廠的應用
摘要：介紹了電能管理系統在越南西寧水泥廠的應用配置與系統的功能特點，將智能的電能儀表通過總線通訊到DCS系統中，并經其轉換到生產管理系統中，*實現了管理與控制的有機結合，將電能管理提高到一個新的階段。
關鍵詞：電能管理；總線橋；DCS；管理系統
0前言
水泥企業是用能大戶，以噸水泥電耗90kWh測算，電力成本占成品比例高達24%，降低電費成本對于經濟生產和節能減排都具有重要意義。目前大部分水泥廠均已經建立了能源管理機制，但電能的計量還是以人工抄表為主，對于現代化的企業管理已十分滯后。
在越南西寧水泥廠根據EPC合同配置了電能管理系統，這套系統涉及自動化控制的四個層次，即現場設備層、過程控制層、過程操作層和工廠管理層，提高了企業的管理水平和經濟效益。
1電能管理系統的構成
1.1一次檢測儀表
選用智能型的具有通訊功能的電力監測儀表，不僅有電流、電壓、功率、電量、功率因數等多種檢測功能，同時還具有MODBUS通訊數據遠傳通訊功能。電能儀表型號為PD194Z系列電量表。同時還將ABBREX521系列中壓綜合保護器接入系統，采集饋電與控制回路的電能電量和其他電能信息以及中壓真空斷路器的運行狀態等。通訊網絡為MODBUSRTU，介質為RS485雙絞線，傳輸速率設定為9600bps（可更高）。節點平均數量為10~20個。節點為中壓柜的進饋電回路以及重要的低壓進饋電回路。
1.2現場通訊網絡
現場儀表的通訊網絡為MOD-BUS，而DCS底層網絡為PROFIBUSDP，不能直接將電能信息讀入DCS系統。為了順利接收MODBUS總線的通訊數據，系統配置了總線橋，型號為PB-B-MODBUS。其在PROFI-BUSDP總線一側做PROFIBUS從站；在MODBUS一側既可做MOD-BUS主站，也可以做MODBUS從站。為了順利讀取MODBUS總線數據，其在MODBUS一側設置為MODBUS主站。在MODBUS側可以連接多個子站，并讀取不同子站的不同地址。對于同一子站同時還可以配置不同的數據地址進行多次讀取。接口通過PROFIBUS通信數據區和MOD-BUS數據區的數據映射實現PROFI-BUS和MODBUS的數據透明通信。PROFIBUS從站采用PROFIBUS-DP/V0協議，波特率自適應，*波特率12M；輸入/輸出數量可自由設定，*PROFIBUS輸入/輸出為232bytes；MODBUS主站支持01H、02H、03H、04H、05H、06H、0FH、10H號功能，能夠順利讀取現場的電能表計和中壓綜保的數據，并具有寫入功能。
1.3數據采集與處理部分
這部分內嵌至DCS系統內部，利用DCS系統的強大功能，對現場儀表的通訊數據進行處理。通過GSD文件將總線橋的驅動導入DCS系統中，從而根據設備的不同地址讀取相應的電流、電量、功率、功率因數以及中壓斷路器的運行、保護狀態等等。現場數據經總線橋讀入DCS系統后，將相應的數據顯示在用戶界面上（HMI）。同時根據實時產量可計算出實時電耗，供操作員操作參考。
1.4上層通訊網絡
上層通訊網絡負責DCS系統與管理系統的通訊。將電能數據存儲于管理系統的數據庫，同時將生產數據也一并存儲于數據庫，以便進行累積以及單位能耗的計算。DCS系統與管理系統通訊接口采用OPC。通訊為高速以太網。
1.5管理系統與關系數據庫
由于DCS系統處理歷史數據的能力有限，電能管理系統的數據*終存儲于外部的數據庫中，以便長期保存和比較與統計。關系數據庫采用微軟的SQLserver。同時根據系統情況配置的數據服務器.
1.6數據報表和HMI人機界面
成品數據以EXCEL格式和ASPWEB發布的形式提供給相關人員或部門，同時在DCS系統中也有相應的鏈接，使操作員也能夠查詢到電能信息，可以方便地進行查詢和報表輸出，為生產決策提供依據（見圖1）。
2系統的主要功能
（1）根據需要實時讀取并記錄電力儀表的電流、電壓、功率、電量、功率因數等多種檢測數據。
（2）實時計算并顯示石灰石、生料、熟料、水泥等產品的單位電耗。
（3）計算各生產車間、工序的生產、消耗日、月等電量。
（4）圖形報表的生成和報表的定時輸出。
（5）歷史報表的調用。
3電能管理系統的特點
（1）*實現了電力儀表的自動化管理。
（2）和傳統的電力系統電能管理比較，引入了生產產量，能夠實時計算生產電耗。
（3）與DCS系統融合，不再是孤立的后臺保護系統，充分利用了DCS系統的強大功能，減少了系統的硬件投資。
（4）總線技術的應用，使通訊和電氣接線更加便捷，也大大節約了安裝成本。
（5）可以輕松地實現數據對比，從而有效地進行避峰節能，降低生產成本。
（6）OPC技術的應用實現了通用數據庫與DCS系統的雙向通訊系統，既可以讀取DCS生產的實時數據，也可以將管理系統數據送入DCS系統。
4安科瑞電能管理系統
4.1概述
用戶端消耗著整個電網80%的電能，用戶端智能化用電管理對用戶可靠、安全、節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，實現電網與用戶的雙向良性互動。用戶端急需解決的研究內容主要包括：表計，智能樓宇、智能電器、增值服務、客戶用電管理系統、需求側管理等課題。
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計，以直觀的數據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，有效節約電能，為用戶進一步節能改造或設備升*提供準確的數據支撐。
4.2應用場所
（1）辦公建筑（商務辦公、大型公共建筑等）；
（2）商業建筑（商場、金融機構建筑等）；
（3）旅游建筑（賓館飯店、娛樂場所等）；
（4）科教文衛建筑（文化、教育、科研、醫療衛生、體育建筑等）；
（5）通信建筑（郵電、通信、廣播、電視、數據*等）；
（6）交通運輸建筑（機場、車站、碼頭建筑等）。
5系統結構
6系統功能
6.1實時監測
系統人機界面友好，以配電一次圖的形式直觀顯示配電線路的運行狀態，實時監測各回路電壓、電流、功率、功率因數、電能等電參數信息，動態監視各配電回路斷路器、隔離開關、地刀等合、分狀態，以及有關故障、告警等信號。
6.2電能統計報表
系統以豐富的報表支撐計量體系的完整性。系統具備定時抄表匯總統計功能，用戶可以自由查詢自系統正常運行以來任意時間段內各配電節點的用電情況，即該節點進線用電量與各分支回路消耗電量的統計分析報表。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。
6.3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，鼠標指針變為手形，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、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。
6.4運行報表
系統具有實時電力參數和歷史電力參數的存儲和管理功能，所有實時采集的數據、順序事件記錄等均可保存到數據庫，在查詢界面中能夠自定義需要查詢的參數、*時間或選擇查詢*近更新的記錄數據等，并通過報表方式顯示出來。用戶可以根據需要定制運行日報、月報，支持導出Excel格式文件，還可以根據用戶要求導出PDF格式文件。
6.5變壓器運行監視
系統對配電系統總進線、主變壓器、重要負荷出線的運行狀態進行在線實時監視，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。
6.6實時報警
系統具有實時報警功能，系統能夠對配電回路斷路器、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、功率因數越限等事件進行實時監測，并根據事件等*發出告警。系統報警時自動彈出實時報警窗口，并發出聲音或語音提醒。
6.7歷史事件查詢
系統能夠對遙信變位，保護動作、事故跳閘，以及電壓、電流、功率、功率因數越限等事件記錄進行存儲和管理，方便用戶對系統事件和報警進行歷史追溯，查詢統計、事故分析。
6.8電能質量監測
系統可以對整個配電系統范圍內的電能質量進行持續性的監測，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測功能的電力儀表，不需要可刪除。
6.9遙控操作
系統支持對斷路器、隔離開關、接地刀等進行分、合遙控操作。系統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，系統自動生成操作記錄，記錄內容包含操作人、操作時間、操作類型等。實現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。
6.10用戶權限管理
系統為保障系統安全穩定運行，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授權的操作（如配電回路名稱修改等）。可以定義不同*別用戶的登錄名、密碼及操作權限，為系統運行、維護、管理提供可靠的安全保障。
6.11通訊狀態圖
系統支持實時監視接入系統的各設備的通訊狀態，能夠完整的顯示整個系統網絡結構；可在線診斷設備通訊狀態，發生網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場各設備的通訊狀態，及時維護出現異常的設備，保證系統的穩定運行。
6.12視頻監控
視頻監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視頻信息。
6.13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據，對變壓器負荷、配電回路用電量、功率因數、報警事件等進行統計分析。
6.14APP支持
電力運維手機支持“監控系統"、“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、極值、用電量、視頻、曲線、溫濕度、同比、環比、電能質量、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。
7系統硬件配置
應用場合 | 型號 | 圖片 | 功能 |
電能管理軟件 | Acrel-3000WEB |
| Acrel-3000WEB電能管理軟件全方監視用戶配電系統的運行狀態和電量數據，為用戶提供更好的運維服務。平臺提供用戶概況、電力數據監測、電能質量分析、用電分析、日/月/年用能數據報表、異常事件報警和記錄、運行環境監測等功能，并支持多平臺、多終端數據訪問。 |
智能網關 | Anet-2E8S1 |
| 8路RS485串口，光耦隔離，2路以太網接口，支持ModbusRtu、ModbusTCP.DL/T645-1997、DL/1645-2007、CJT188-2004、OPCUA等協議的數據接入，ModbusT-c(主、從）、104（主、從）、建筑能耗、SNMP、MQTT等協議上傳，支持不同協議向多平臺轉發數據;輸入電源:AC/DC22ov，導軌式安裝。 |
ANet-2E4SM |
| 4路RS485串口，光耦隔離，2路以太網接口，支持ModbusRtu、ModbusTCP、DL/T645-1997、DL/T645-2007、CJT188-2004、OPCUA、ModbusTCP（主、從）、104(主、從）、建筑能耗、SNMP、MOTT;（主模塊）輸入電源:DC12V~36V.支持4G擴展模塊，485擴展模塊。 | |
ANet-485 | M485模塊:4路光耦隔離RS485 | ||
ANet-M4G | M4G模塊:支持4G全網通 | ||
35kV/10kV/6kV微機保護裝置 | AM6系列 |
| 35kV及以下配電系統線路、主變、配電變壓器、電動機、電容器、PT監測/PT并列、母聯/備自投等保護。 |
35kV/10kV/6kV弧光保護 | ARB5-M |
| 主控單元，可接20路弧光信號或4個擴展單元，弧光保護<8組）、失靈保護(4組）、TA斷線監測（4組）、非電量保護、裝置故障告警 |
ARB5-E | 擴展單元，*多可以插接6塊擴展插件，每個擴展插件可以采集5路弧光信號 | ||
ARB5-S |
| 弧光探頭，建議安裝地點包括（但不*于）斷路器室、電纜室、母線室，可面板開孔安裝，亦可支架式安裝。弧光探頭的檢測范圍是一個角度為180°，半徑0.5m的扇形區域。 | |
35kV/10kV/6kV進線柜電能質量在線監測 | APView500 |
| 裝置1024點波形采樣，集諧波分析、波形采樣、電壓暫降/暫升/中斷、閃變監測、電壓不平衡度監測、事件記錄、測量控制等功能為一體，能夠滿足110kV及以下供電系統電能質量監測的要求。 |
35kV/10kV/6kV間隔智能操控、節點測溫 | ASD500 |
| 液晶屏顯示一次回路動態模擬圖、彈簧儲能指示、高壓帶電顯示及閉鎖、驗電、核相、3路溫濕度控制及顯示、遠方/就地、分合閘、儲能旋鈕、預分預合閃光指示、分合閘完好指示、分合閘回路電壓測量、人體感應、柜內照明控制、1路以太網、2路RS485、1路USB接口、GPS對時、高壓內電氣接點無線測溫、全電參量測溫、脈沖輸出、4~20mA輸出 |
35kV/10kV/6kV傳感器 | ATE400 |
| 合金片固定，CT感應取電，啟動電流大于5A，測溫范圍-50-125℃，測量精度±1℃;傳輸距離空曠150米 |
35kV/10kV/6kV間隔電參量測量 | APM830 |
| 三相(I、u、kW、kvar、kWh、kvarh、Hz、cos），零序電流In，四象限電能，實時及*需量，本月和上月極值，電流、電壓不平衡度，66種報警類型及外部事件（SOE）各16條事件記錄，支持SD卡擴展記錄，2-63次諧波，2DI+2DO,RS485/Modbus，LCD顯示 |
高壓重要回路 或低壓進線柜 | APM810 |
| 三相(I、U、kW、kvar、kWh、kvarh、Hz、coso)，零序電流In，四象限電能，實時及*需量，本月和上月極值，電流、電壓不平衡度，負載電流柱狀圖顯示，66種報警類型及外部事件（SOE)各16條事件記錄，支持SD卡擴展記錄，2-63次諧波，2DI+2DO,RS485/Modbus，LCD顯示 |
AEM96 |
| 三相電參量U、I、P、Q、S、PF、F測量，總正反向有功電能統計，正反向無功電能統計;2-31次分次諧波及總諧波含量分析、分相諧波及基波電參量（電壓、電流、功率)﹔電流規格3×1.5(6)A，有功電能精度0.5S*,無功電能精度2* | |
ADW300/4G |
| 三相電壓、電流、功率、功率因數、頻率測量;電壓電流相角、電壓電流不平衡度測量;電壓電流2-31次分次諧波及總畸變測量當月及上三月的電壓、電流、功率極值記錄;*需量及上十二月歷史需量記錄;事件記錄、復費率、四象限電能及歷史電能記錄;支持4路開關量輸入、2路開關量輸出;支持4路測溫;支持1路剩余電流測量;支持本地顯示及按鍵設置;有功電能精度1*。通訊方式:支持RS485通訊、Lora無線通訊、4G通訊;WIFI通訊 | |
0.4kV出線 | AEM72 |
| 三相電參量U、I、P、0、s、PF、F測量，總正反向有功電能統計，正反向無功電能統計;2-31次分次諧波及總諧波含量分析、分相諧波及基波電參量（電壓、電流、功率）﹔電流規格3×1.5(6)A，有功電能精度0.5S*.無功電能精度2* |
DTSD1352 |
| 三相電參量u、I、P、Q、s、PF、F測量，分相正向有功電能統計，總正反向有功電能統計，總正反向無功電能統計﹔紅外通訊;電流規格:經互感器接入3×1(6)A.直接接入3×10(8o)A，有功電能精度0.5S*，無功電能精度2*。 | |
ACR120EL |
| LCD顯示、全電參量測量(U、1、P、Q、PF、F);四象限電能計量;RS485/Modbus;可選復費率電能統計、*需量統計;4DI+2DO;RS485通訊接口、Modbus協議 | |
照明箱 | DDSD1352 |
| 單相電參量U、I、P、Q、S、PF、F測量，正反向電能計量;紅外及RS485通訊;電流規格:10(60）A，有功電能精度1*，無功精度2*;可選配復費率 |
DDS1352 |
| 單相電參量U、I、P、Q、S、PF、F測量，正反向電能計量;RS485通訊;電流規格:10(60)A，有功電能精度1*，無功精度2*;尺寸:1P | |
電流互感器 | AKH-0.66/K型 |
| 開口式電流互感器 |
8結語
采用總線橋技術，將兩種不同的總線通訊連接到一起，將現場的多功能電力儀表接入DCS系統，通過DCS系統的強大處理功能進行數據轉換和通訊處理，再通過OPC技術將電能數據預生產數據傳送到管理系統數據庫中，為生產管理提供了實時和準確的信息，是傳統的人工抄表和單一的電力后臺軟件不可比擬的。融合的電能管理系統勢必成為電能管理和DCS系統集合的新趨勢，為工廠的節能減排和綠色生產提供有力的技術支持.
參考文獻：
[1]PD194Z系列液晶多功能網絡電力儀表用戶手冊[K].江蘇:江陰長江斯菲爾電力儀表有限公司.
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[4]鄒建.深入淺出SQLserver2000開發、管理及應用實例[M].北京:人民郵電出版社，2011.
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[6]安科瑞企業微電網設計與應用手冊2022.05版.
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