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淺談電能管理系統(tǒng)在水泥企業(yè)節(jié)能降耗中設(shè)計與實現(xiàn)

更新時間:2022-12-06瀏覽:497次

 

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)的實時性和準確性。電能管理系統(tǒng)將采集到的數(shù)據(jù)進行記錄存儲,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。智能電表采用標準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,去指導生產(chǎn)從而達到節(jié)能降耗的目的。
 
2 電氣設(shè)計 
2.1 電表設(shè)計
      根據(jù)工藝生產(chǎn)車間分布,全廠設(shè)七個電氣室,電表根據(jù)對應設(shè)備或電源所屬車間,統(tǒng)一安裝在各電氣室中。電表的主要目的是為計算電耗參數(shù)提供數(shù)據(jù),因此,電表的設(shè)計應滿足工廠生產(chǎn)時所需的各項電耗指標。以原料磨電氣室為例,高壓總進線柜設(shè)計一塊電表,用來測量整個原料磨車間的總用電量。車間內(nèi)重要設(shè)備如原料磨主電機、高溫風機、窯尾排風機等單獨設(shè)計電表,用來計算單個設(shè)備的電耗。車間照明、檢修電源和維修用電動葫蘆等統(tǒng)一設(shè)置一塊電表,在計算生產(chǎn)電耗時,可以將這類數(shù)據(jù)減去。其它電氣室也遵循這一原則來設(shè)計。
2.2 電表選型
      根據(jù)國家標準《電力裝置的電測量儀表裝置設(shè)計規(guī)范》,電表應按其所計量對象的重要程度和計量電能的多少分類。如表1所示,水泥廠的電表準確度應不低于三類標準。中性點有效接地系統(tǒng)的電表應采用三相四線的接線方式,中性點非有效接地系統(tǒng)的電表宜采用三相三線的接線方式。根據(jù)電能管理系統(tǒng)以及水泥廠DCS控制系統(tǒng)的需求,多功能電表可測量各種常用電力參數(shù)、有功電能、無功電能,并具有數(shù)字通訊、越限報警、監(jiān)測開關(guān)狀態(tài)、電能脈沖輸出和模擬量輸出等功能,能夠完成工控系統(tǒng)不同PLC,工業(yè)控制計算機通信軟件的組網(wǎng)。
2.3 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)??紤]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)負責采集電表傳輸?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標準協(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,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,結(jié)合生產(chǎn)過程中影響各指標的重要因素,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,當總用電量到達上,系統(tǒng)會自動發(fā)出預警,生產(chǎn)管理者可以根據(jù)預警信息,選擇相應的措施,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,當出現(xiàn)電能使用異常情況時,系統(tǒng)會自動發(fā)出預警,并標識出與此異常相關(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)備負荷管理:全廠重要的大型電機設(shè)備,例如窯尾排風機、高溫風機等,通過采集電機的各項運行數(shù)據(jù),建立一套以負荷率和運轉(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,為全廠的進一步節(jié)能降耗措施,提供了科學、實際的指導作用。(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)的準確性和實時性。(3)智能化分析和預警,實時地標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。
       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(shè)備升級提供準確的數(shù)據(jù)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(yè)建筑(商場、金融機構(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。
 
 
      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)槭中危髽藛螕艨刹榭丛摶芈吩敿氹妳⒘?,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,支持導出Excel格式文件,還可以根據(jù)用戶要求導出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。
 
      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。
 
      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。
 
      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。
 
      9)遙控操作
      系統(tǒng)支持對斷路器、隔離開關(guān)、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(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構(gòu)及保護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、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)絡結(jié)構(gòu);可在線診斷設(shè)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(shè)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(shè)備的通訊狀態(tài),及時維護出現(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。
 
      14)APP支持
      電力運維手機支持“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警,達到了節(jié)能降耗的目標,提高了企業(yè)的經(jīng)濟效益。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)濟效益。。
 
【參考文獻】
【1】諸曉進,吳行秋.水泥項目電能管理系統(tǒng)的基本設(shè)計與實現(xiàn).
【2】俞岳燦.信息化在水泥廠電能管理方面的幾點應用[J].水泥工程,2013(6):84-86.
【3】安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計與應用手冊.2022.05