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《城鎮(zhèn)供水雜志》2016年第4期

摘要：

企業(yè)電能管理系統(tǒng)是響應(yīng)國家節(jié)能降耗和精細(xì)化能源管理號召的產(chǎn)物，旨在提高終端用電效率和改變用電方式，在滿足同樣用電功能的同時，實(shí)現(xiàn)用電和設(shè)備危險預(yù)警、減少電量消耗和電力需求，達(dá)到安全用電、節(jié)約資源和保護(hù)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)“安全用電、經(jīng)濟(jì)用電、有序用電、智能用電”的用電目標(biāo)。2014年10月在我第四水廠南站（即第七水廠）啟動電能管理系統(tǒng)科研項目，將廠區(qū)配電網(wǎng)首批建立7個監(jiān)測點(diǎn)，對電能量及電能指標(biāo)進(jìn)行集中管理。通過7個監(jiān)控點(diǎn)的采集，實(shí)現(xiàn)二十四小時在線監(jiān)測和歷史數(shù)據(jù)的讀取及故障異常報警功能，為安全用電、保障正常生產(chǎn)提供準(zhǔn)確、有效的數(shù)據(jù)依據(jù)，及時反饋現(xiàn)場電能指標(biāo)信息；為在水廠推行該系統(tǒng)提供參考借鑒。

關(guān)鍵詞：

電能管理；安全用電；在線實(shí)時；量控

一、電能管理系統(tǒng)功能

該系統(tǒng)包括軟件平臺和硬件采集終端兩個部分，采集終端主要實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程抄表功能和防竊電功能，實(shí)時檢測現(xiàn)場電能監(jiān)測儀，采集終端直接將數(shù)據(jù)傳回服務(wù)器并把數(shù)據(jù)保存到數(shù)據(jù)庫，通過C/S或B/S方式可以進(jìn)行查詢數(shù)據(jù)。概括來說，它主要具有以下幾方面功能：（見圖1）

（一）在線實(shí)時監(jiān)控功能

（1）實(shí)現(xiàn)所轄區(qū)域主要用電設(shè)備的遠(yuǎn)程用電數(shù)據(jù)（三相電流、線電壓、相電壓、電量、功率因數(shù)、頻率、負(fù)荷率、有功功率、無功功率、溫度）采集功能。

（2）能遠(yuǎn)方設(shè)置采集終端設(shè)備參數(shù)，實(shí)現(xiàn)軟件自主凍結(jié)數(shù)據(jù)，系統(tǒng)自動每5分鐘自動采取數(shù)據(jù)，以曲線、圖表方式展現(xiàn)。

（3）具備自動和人工實(shí)時召測功能。

（4）具備全部和分組以及單個主要設(shè)備抄錄功能。

（5）具有自動路由功能，完成用電終端通信，無需人工干預(yù)。

（二）電能質(zhì)量實(shí)時監(jiān)控功能

（1）對企業(yè)電能質(zhì)量實(shí)行自動巡查，展現(xiàn)功率因數(shù)、線電壓偏差、相電壓偏差、線（相）電壓不平衡、電流不平衡、頻率偏差、電壓（電流）相位角、電壓（電流）諧波含有率、諧波畸變率等。

（2）對上述數(shù)據(jù)的統(tǒng)計、分析；以圖表、曲線顯示展現(xiàn)，為電能管理者提供實(shí)時數(shù)據(jù)支持，便于掌控企業(yè)電能狀態(tài)及尋找用電短板。

（三）異常報警功能

（1）為提高供電可靠性，系統(tǒng)自動采集電能指標(biāo)異常事件（如頻率、溫度、電流越過上限、零線電流、諧波等指標(biāo)考核）。

（2）實(shí)現(xiàn)大數(shù)據(jù)處理，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，統(tǒng)計并提交在線故障報警頁面，做到電力安全、可靠。安全就是最大的效益。

（3）實(shí)現(xiàn)電能數(shù)據(jù)的歷史（日、月、年）查詢、統(tǒng)計、分析；電量、電費(fèi)的統(tǒng)計。

（4）決策分析及報表功能。

二、電能管理系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

“電能管理系統(tǒng)”由兩個部分組成，其一是電能管理數(shù)據(jù)中心，是系統(tǒng)的核心部分；其二是配電系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。（見圖2）

1、電能管理數(shù)據(jù)中心是系統(tǒng)的核心

包括數(shù)據(jù)主站系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理與信息系統(tǒng)，也就是我們通常所說的平臺。數(shù)據(jù)主站系統(tǒng)：用戶接收配電系統(tǒng)傳感器采集的數(shù)據(jù)，并進(jìn)行解析，最終將數(shù)據(jù)存儲到數(shù)據(jù)庫；同時向廠內(nèi)傳感器指令，請求所需要的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)：主要用于存儲電能指標(biāo)數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的處理結(jié)果。數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)：將采集到的電能數(shù)據(jù)加工成電能管理信息，系統(tǒng)融現(xiàn)代電能管理思想和電力技術(shù)為一體，相當(dāng)于一個電力用戶的電能ERP。系統(tǒng)包括應(yīng)用服務(wù)器、數(shù)據(jù)分析模型、信息展示模型、智能用電模型等。信息系統(tǒng)：將水廠管理信息到Web服務(wù)器，相關(guān)人員通過登陸互聯(lián)網(wǎng)就可以獲取電能管理信息。系統(tǒng)包括Web服務(wù)器、Web應(yīng)用、信息安全系統(tǒng)等。

2、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

收集分布在七廠配電網(wǎng)中的電能數(shù)據(jù)，將電壓、電流、溫度的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，將電能數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)主站；主要設(shè)備有電能監(jiān)測儀、485通信服務(wù)器、485通信網(wǎng)絡(luò)、GPRS通信網(wǎng)絡(luò)等，系統(tǒng)將各種傳感器互聯(lián)成網(wǎng)絡(luò)與主站系統(tǒng)連接，組成上圖的下半部分。

三、電能管理系統(tǒng)軟件

“電能管理系統(tǒng)”軟件功能主要包括，電能在線（實(shí)時）管理、用電分析、輔助決策、有序用電、設(shè)備運(yùn)行管理等主要功能組成，此系統(tǒng)可采取模塊化定制開發(fā)，可提供企業(yè)ERP系統(tǒng)接口。“電能管理系統(tǒng)”的功能界面如下：（見圖3）首頁面展示企業(yè)整體配電網(wǎng)運(yùn)行環(huán)境和電能參數(shù)，檢測配電網(wǎng)是否安全、可靠。顯示異常信息及報警功能，為企業(yè)用戶提供可靠的預(yù)測數(shù)據(jù)。

1、電能運(yùn)行圖

電能運(yùn)動圖反映當(dāng)前配用電區(qū)域內(nèi)電能的運(yùn)動情況及各取樣點(diǎn)的實(shí)時電能指標(biāo)，如：電量統(tǒng)計，總負(fù)荷，總功率因數(shù)，負(fù)荷率，三相電流、電壓、零線電流以及所帶負(fù)載的用電實(shí)時統(tǒng)計，通過該頁面可全面了解購入的電能在自己配電網(wǎng)中的傳遞與運(yùn)動情況。以下為圖例：（見圖4）

2、用電結(jié)構(gòu)圖

反映了各用電點(diǎn)的用電結(jié)構(gòu)，就是該監(jiān)測點(diǎn)的生產(chǎn)、辦公、生活和其他用電的比例，通過該圖表可客觀反映監(jiān)測點(diǎn)用電結(jié)構(gòu)的合理性并指導(dǎo)合理分配用電，使其用電更加合理，有序。以下為圖例：（見圖5）

3、電力實(shí)時運(yùn)行圖表

通過對電能數(shù)據(jù)的實(shí)時采集、分析和統(tǒng)計，從負(fù)荷、功率因數(shù)、電流、電壓方面，分別反映出用電點(diǎn)的電力指標(biāo)、電能質(zhì)量指標(biāo)的變化情況和異常情況以及監(jiān)測點(diǎn)的電量消耗情況，為電能管理人員提供用電安全的標(biāo)準(zhǔn)以及檢修的依據(jù)，做到安全用電，防范于未然。以下為圖例：（見圖6）

四、第七水廠電能管理系統(tǒng)工作目標(biāo)

第七水廠位于豐臺區(qū)馬家堡以西，日供水能力2.2萬立方米，保障南城東到方莊西到洋橋區(qū)域的供水壓力。在第七水廠建立電能管理體系，實(shí)現(xiàn)電能管理可測量，可評價，可考核，可持續(xù)改進(jìn)，一切通過數(shù)據(jù)說話，通過與自身歷史情況比較與能效標(biāo)準(zhǔn)比較，實(shí)現(xiàn)“量控”。

五、工作內(nèi)容

第七水廠供電系統(tǒng)為10KV高壓兩路供電，共2臺SCB9-800/10變壓器,報裝容量850KVA。電能管理系統(tǒng)在第七水廠建立7個監(jiān)測點(diǎn)，分別為413（辦公照明總）、414-1（1#配水機(jī)電源）、414-2（2#配水機(jī)電源）、423-1（3#配水機(jī)電源）、423-2（熱泵）401（進(jìn)線）、402（進(jìn)線）對電能量及電能指標(biāo)進(jìn)行集中管理。通過有線網(wǎng)絡(luò)通道對54個運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集（電流、電壓、功率、溫度等），然后通過無線GPRS把采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)降谒乃畯S服務(wù)器上，保存到oracle數(shù)據(jù)庫中，實(shí)現(xiàn)二十四小時在線監(jiān)測和歷史數(shù)據(jù)的讀取及故障異常報警功能，采用B/S結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)手機(jī)、電腦在任何地點(diǎn)登陸軟件系統(tǒng)。（見圖7）

六、系統(tǒng)效果分析

（一）提高用電管理

水平管理系統(tǒng)可監(jiān)測廠區(qū)用電負(fù)荷。根據(jù)管理系統(tǒng)平臺統(tǒng)計的數(shù)據(jù)，變壓器的負(fù)載率比較低（負(fù)荷分析），廠區(qū)總的最大負(fù)荷率為：54.12%（平均負(fù)荷/最大負(fù)荷）。

1、峰、谷、平用電分析

從平臺運(yùn)行數(shù)據(jù)顯示得知：第七水廠的峰、平、谷用電方式結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)工藝及需求可考慮或改進(jìn)是否有合理利用空間。北京現(xiàn)行電價政策為：峰電價：1.0044元/kWh、平電價：0.695元/kWh、谷電價：0.3946元/kWh。通過平臺預(yù)演優(yōu)化功能如下：將高峰用電負(fù)荷轉(zhuǎn)移20%至谷電，將平段用電負(fù)荷轉(zhuǎn)移10%至谷電，電費(fèi)降低17%。（見圖9）

2、有序用電分析

通過平臺監(jiān)測，可以發(fā)現(xiàn)動力用電為主的系統(tǒng)占得比例關(guān)系，例如：“413照明”用電日均達(dá)到100kWh左右，占1#變壓器總用電量10%左右。

（二）安全生產(chǎn)用電分析

1、功率因素分析

根據(jù)平臺數(shù)據(jù)分析，廠區(qū)供電供電公司考核標(biāo)準(zhǔn)為：0.9，實(shí)際平臺監(jiān)測為：0.92。運(yùn)行情況較好，供電局減免電費(fèi)300元/月左右。（見圖10）

2、電流不平衡度分析

根據(jù)數(shù)據(jù)平臺分析可以得知，電流不平衡度最大值達(dá)到多少，以及可能會帶來電氣火災(zāi)和電能浪費(fèi)兩大問題。根據(jù)實(shí)際情況提出處理建議，并進(jìn)行現(xiàn)場排查并處理，防范于未然，供水安全就是最大的效益。

3、電能運(yùn)行環(huán)境異常報告分析

根據(jù)平臺二十四小時對現(xiàn)場用電環(huán)境的實(shí)時檢測，自動生成異常報告文檔。為電能管理人員提供科學(xué)、有效、及時的數(shù)據(jù)，使其快捷的排查故障。

七、結(jié)論

1、通過電能平臺數(shù)據(jù)統(tǒng)計可對現(xiàn)場用電數(shù)據(jù)的實(shí)時采集，如果發(fā)現(xiàn)了電流不平衡的問題等用電問題，應(yīng)加大檢測力度，通知維修人員，核查現(xiàn)場負(fù)載情況并解決此問題，排除安全隱患。

2、有針對性的治理用電上的短板，以在解決問題的基礎(chǔ)上節(jié)省投入。

3、目前廠區(qū)功率因數(shù)較高且能滿足供電公司的考核標(biāo)準(zhǔn)的情況下，針對終端設(shè)備的功率因數(shù)不高的實(shí)際情況，可檢測現(xiàn)有電容補(bǔ)償是否過補(bǔ)償或欠補(bǔ)償?shù)膯栴}，以提高整體標(biāo)準(zhǔn)，達(dá)到減免電費(fèi)的目的。同時可考慮采取針對具體的設(shè)備進(jìn)行就地補(bǔ)償以此提高設(shè)備使用壽命。

4、根據(jù)廠區(qū)實(shí)際的生產(chǎn)時間及工藝，建議合理利用現(xiàn)行電價政策。采取“移峰填谷”、“錯峰填谷”等方式降低企業(yè)生產(chǎn)成本。

5、根據(jù)現(xiàn)有監(jiān)測數(shù)據(jù)情況，現(xiàn)有兩臺變壓器采取一臺運(yùn)行，一臺備用的情況，同時發(fā)現(xiàn)所帶負(fù)荷不高的情況下，可采取一臺變壓器帶三臺配水機(jī)，這樣做節(jié)約生產(chǎn)成本。對夏季應(yīng)對管網(wǎng)壓力低，配水設(shè)備可能超負(fù)荷運(yùn)行問題，選擇合理的運(yùn)行方式可以保證供水安全。可考慮采取在以后改造中降低變壓器容量。隨著系統(tǒng)的長期運(yùn)行，針對系統(tǒng)提供的異常報警及檢測出的相關(guān)問題，提供優(yōu)化用電結(jié)構(gòu)或生產(chǎn)工藝，提供相關(guān)的制度保障，預(yù)測用電環(huán)境的變化趨勢用以指導(dǎo)生產(chǎn)運(yùn)行。

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作者:劉盛 方健 王衛(wèi)國 夏錚 單位:北京市自來水集團(tuán)第四水廠技術(shù)科