摘 要:文中從電氣設(shè)計角度說明了電能管理系統(tǒng)的實施方案,以南京凱盛國際工程有限公司設(shè)計的某5000t/d水泥生產(chǎn)線中電能管理系統(tǒng)的應(yīng)用,介紹系統(tǒng)在實際運行中所實現(xiàn)的功能和效果。此系統(tǒng)對于工廠的節(jié)能降耗和提高自動化管理水平,起到了非常積極的作用,獲得良好的使用效果和經(jīng)濟(jì)效益。
關(guān)鍵詞:電能管理系統(tǒng);電氣設(shè)計;水泥生產(chǎn)線;節(jié)能降耗
0 引言
水泥企業(yè)作為傳統(tǒng)的高能耗高污染企業(yè),節(jié)能減排一直是其轉(zhuǎn)型改革的重點。隨著智能制造概念的提出,加快推動新一代信息技能和制造技術(shù)融合發(fā)展,使得水泥工廠的信息化技術(shù)不斷提高。在新型水泥工廠中,電能采集使用智能化電表,傳輸信號由傳統(tǒng)的4~20mA信號更換為ModBus總線通訊,可傳輸?shù)臄?shù)據(jù)更多,并且有效保證了數(shù)據(jù)的實時性和準(zhǔn)確性。電能管理系統(tǒng)將采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄存儲,通過數(shù)據(jù)的計算、分析、查詢和整合,以報表和圖形的方式展示給生產(chǎn)管理者。本文以國內(nèi)某5000t/d水泥熟料生產(chǎn)線為例,介紹電能管理系統(tǒng)在水泥廠中的設(shè)計實施及應(yīng)用。
1 項目概況
本項目是從石灰石破碎至水泥磨的整個水泥熟料工藝生產(chǎn)線。全廠共設(shè)計150多塊智能電表,分布在石灰石破碎電氣室、原料處理電氣室、原料磨電氣室、窯尾電氣室、窯頭電氣室、煤磨電氣室和水泥磨電氣室共七個電氣室中。智能電表采用標(biāo)準(zhǔn)ModBus-RTU總線通訊,將數(shù)據(jù)傳輸至DCS系統(tǒng)。電能管理系統(tǒng)通過OPC協(xié)議與DCS控制系統(tǒng)通訊,獲取相關(guān)數(shù)據(jù),進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲,通過數(shù)據(jù)的計算、分析、查詢和整合,以報表和圖形的形式展示給生產(chǎn)管理層,管理層通過對數(shù)值的對比分析,獲取不同工況或不同的操作方式產(chǎn)生的能耗差別,去指導(dǎo)生產(chǎn)從而達(dá)到節(jié)能降耗的目的。
2. 數(shù)據(jù)采集
電表采用ModBus總線串聯(lián),經(jīng)過ModBus-RTU協(xié)議傳送至DCS控制系統(tǒng)。考慮到通訊速率、現(xiàn)場安裝條件易擾性和保證數(shù)據(jù)實時性等因素,在設(shè)計時一條總線配置20多塊電表。如窯頭站一共有38塊電表,分配成兩條ModBus總線連接至DCS系統(tǒng)。由于單條總線通訊量少,總線距離短,很大地提高了通訊系統(tǒng)的抗干擾性,而且在后期維護(hù)中,對單個電表的更換和維修,也不會影響到整個站的數(shù)據(jù)通訊。DCS系統(tǒng)負(fù)責(zé)采集電表傳輸?shù)母黜棓?shù)據(jù),經(jīng)過數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和編程工作,在監(jiān)控畫面上實時顯示各設(shè)備的電流、功率等運行參數(shù),并且通過OPC標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議可為第三方電能管理系統(tǒng)共享數(shù)據(jù)。
3 功能效果
以南京凱盛國際工程有限公司自主開發(fā)的水泥工廠電能管理系統(tǒng)為例,詳細(xì)介紹其主要功能和運行效果。通常來說,水泥工廠電能績效指標(biāo),包括廠區(qū)內(nèi)各關(guān)鍵設(shè)備電耗、工序電耗、綜合電耗、單位熟料發(fā)電量、單位煤耗發(fā)電量等[1]。根據(jù)這些關(guān)鍵指標(biāo),結(jié)合生產(chǎn)過程中影響各指標(biāo)的重要因素,電能管理系統(tǒng)通過內(nèi)部分析計算,以報表和圖表形式,發(fā)布電能統(tǒng)計報告,并針對各工藝車間段,各主要設(shè)備,各班次提供能耗分析,從而幫助工廠管理人員及時發(fā)現(xiàn)能耗異常,解決問題,降低生產(chǎn)成本。表2為熟料燒成工藝車間的月電耗報表,圖1為原料磨車間及相關(guān)設(shè)備的電耗柱狀圖。電能分析管理主要包括以下幾方面:(1)用電量管理:系統(tǒng)自動統(tǒng)計各工藝段以及整個工廠的用電量,系統(tǒng)會自動發(fā)出預(yù)警,生產(chǎn)管理者可以根據(jù)預(yù)警信息,選擇相應(yīng)的措施,保證用電量控制在要求范圍內(nèi)。
(2)電能異常管理:長期記錄連續(xù)正常生產(chǎn)時的各項數(shù)據(jù),智能分析并建立一整套電能消耗規(guī)則,當(dāng)出現(xiàn)電能使用異常情況時,系統(tǒng)會自動發(fā)出預(yù)警,并標(biāo)識出與此異常相關(guān)的設(shè)備,幫助管理者和操作人員及時調(diào)整生產(chǎn)參數(shù),保證生產(chǎn)的正常和連續(xù)性。
(3)重要設(shè)備負(fù)荷管理:全廠重要的大型電機(jī)設(shè)備,例如窯尾排風(fēng)機(jī)、高溫風(fēng)機(jī)等,通過采集電機(jī)的各項運行數(shù)據(jù),建立一套以負(fù)荷率和運轉(zhuǎn)率為基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)模型,以直觀的圖形展現(xiàn)給生產(chǎn)管理者,對今后的生產(chǎn)改造具有積極的指導(dǎo)意義。目前該套系統(tǒng)已在生產(chǎn)線成功投入運行,
其實際運行效果主要體現(xiàn)在以下幾個方面:
(1)通過對生產(chǎn)數(shù)據(jù)的采集、分析和量化,客觀呈現(xiàn)了各生產(chǎn)環(huán)節(jié)的能耗情況,為全廠的進(jìn)一步節(jié)能降耗措施,提供了科學(xué)、實際的指導(dǎo)作用。
(2)可定制的各種數(shù)據(jù)報表和圖形界面,自動生成和推送,替代了傳統(tǒng)的人工抄寫記錄工作,節(jié)約了人工成本,也提高了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和實時性。
(3)智能化分析和預(yù)警,實時地標(biāo)識出能耗異常情況以及相關(guān)的設(shè)備,保證了正常連續(xù)的生產(chǎn),避免因設(shè)備或者工藝原因造成生產(chǎn)損失。
(4)提高了操作人員的工作效率,通過長期大量的生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集和分析,得出參數(shù)模型,人工與自動化相結(jié)合,使生產(chǎn)長期保持高效、穩(wěn)定地狀態(tài)。
圖1 車間及設(shè)備電耗柱狀圖
4安科瑞電能管理系統(tǒng)
4.1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、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(jìn)的表計,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。
Acrel-3000WEB電能管理解決方案通過對用戶端用電情況進(jìn)行細(xì)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(xí)慣,有效節(jié)約電能,為用戶進(jìn)一步節(jié)能改造或設(shè)備升級提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支撐。
4.2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、電視等);
(6)交通運輸建筑(機(jī)場、車站、碼頭建筑等)。
4.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
4.4系統(tǒng)功能
1)實時監(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(guān)、地刀等合、分狀態(tài),以及有關(guān)故障、告警等信號。
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(jìn)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(hù)計量體系的正確性。
3)詳細(xì)電參量查詢
在配電一次圖中,當(dāng)鼠標(biāo)移動到每個回路附近時,鼠標(biāo)指針變?yōu)槭中?,鼠?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小時相電流趨勢曲線及24小時電壓趨勢曲線。
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)的存儲和管理功能,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)、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(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)變壓器運行監(jiān)視
系統(tǒng)對配電系統(tǒng)總進(jìn)線、主變壓器、重要負(fù)荷出線的運行狀態(tài)進(jìn)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(fù)荷率等運行趨勢,分析變壓器負(fù)荷率及損耗,方便運行維護(hù)人員及時掌握運行水平和用電需求,確保供電安全可靠。
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(guān)、接地刀分、合動作等遙信變位,保護(hù)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(jìn)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。
7)歷史事件查詢
系統(tǒng)能夠?qū)b信變位,保護(hù)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(jìn)行存儲和管理,方便用戶對系統(tǒng)事件和報警進(jìn)行歷史追溯,查詢統(tǒng)計、事故分析。
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(jìn)行持續(xù)性的監(jiān)測,運行維護(hù)人員可以通過諧波分析棒圖、報表掌握進(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。
9)遙控操作
系統(tǒng)支持對斷路器、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(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。
10)用戶權(quán)限管理
系統(tǒng)為保障系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行,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不同級別用戶的登錄名、密碼及操作權(quán)限,為系統(tǒng)運行、維護(hù)、管理提供可靠的安全保障。
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(shè)備的通訊狀態(tài),能夠完整的顯示整個系統(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)異常時能自動在界面上顯示故障設(shè)備或元件及其故障部位。從而方便運行維護(hù)人員實時掌握現(xiàn)場各設(shè)備的通訊狀態(tài),及時維護(hù)出現(xiàn)異常的設(shè)備,保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。
12)視頻監(jiān)控
視頻監(jiān)控展示了當(dāng)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。
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(fù)荷、配電回路用電量、功率因數(shù)、報警事件等進(jìn)行統(tǒng)計分析。
14)APP支持
電力運維手機(jī)支持“監(jiān)控系統(tǒng)"、“設(shè)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(shè)備檔案查詢、待辦事件處理、巡檢記錄查詢等。
4.5系統(tǒng)硬件配置
5 結(jié)語
電能管理系統(tǒng)的成功運行,提高了水泥工廠的自動化、智能化和信息化水平。企業(yè)人員在熟悉使用系統(tǒng)的過程中,也在不斷提升自身的管理水平和生產(chǎn)水平,通過實時的能耗分析和預(yù)警,達(dá)到了節(jié)能降耗的目標(biāo),提高了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。目前,新型智慧型工廠的設(shè)計方案已普遍采用此類系統(tǒng),相信這類系統(tǒng)也會逐漸應(yīng)用在今后傳統(tǒng)工廠的節(jié)能改造項目中,并且為各個水泥廠帶來越來越多的經(jīng)濟(jì)效益。