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安科瑞電氣股份有限公司
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淺談電能管理系統(tǒng)在火力發(fā)電廠中的應(yīng)用

時間:2022/12/13閱讀:575
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涂志燕

安科瑞電氣股份有限公司  上海嘉定  201801


摘要:為管控火力發(fā)電廠自用電能,降低企業(yè)運(yùn)行成本,通過電能采集技術(shù)、信息技術(shù)與節(jié)能分析理論的融合,進(jìn)行火電廠電能精細(xì)化管理。實(shí)際應(yīng)用顯示,利用該系統(tǒng)分析各類主要輔機(jī)用能的合理性,可有效提升電機(jī)能效,降低火電廠運(yùn)行成本。

關(guān)鍵詞:電能管理;信息技術(shù);節(jié)能分析;電機(jī)能效;智能化電廠


0引言

某電廠目前在役機(jī)組共930MW,分兩期建成。一期2臺超高壓150MW機(jī)組2003年投產(chǎn),二期2臺亞臨界315MW機(jī)組2006年投產(chǎn)。機(jī)組投產(chǎn)之初,輔機(jī)電能收集記錄采用傳統(tǒng)的抄表和人工計(jì)算方式,不能夠滿足動態(tài)分析管 理的需要,亟須建立一套準(zhǔn)確、可靠的電量數(shù)據(jù)自動采集分析系統(tǒng),來完成對輔機(jī)電能使用合理性的管理。

通過自動化手段實(shí)現(xiàn)輔機(jī)電量報表自動更新、電量平衡分析、輔機(jī)耗電率在線監(jiān)督、輔機(jī)電量指標(biāo) 競賽自動更新等功能,通過電能自動化采集降低生產(chǎn)數(shù)據(jù)收集分析成本,可以實(shí)現(xiàn)公司生產(chǎn)管理的自動化、準(zhǔn)確化和科學(xué)化。


1輔機(jī)電能監(jiān)督管理系統(tǒng)存在的問題

廠用輔機(jī)電量收集采用傳統(tǒng)的人工定時抄表、手動計(jì)算方式,存在4個方面的問題。

(1)電能抄錄、計(jì)算、登記報表時間長,流程繁瑣,管理人員須通過運(yùn)行日報表收集相關(guān)電量報表數(shù)據(jù),再手動錄入完成相關(guān)的數(shù)據(jù)指標(biāo)分析計(jì)算,重復(fù)性工作多。

(2)人為讀數(shù)誤差和書寫計(jì)算錯誤難以杜絕,準(zhǔn)確性靠運(yùn)行人員的工作態(tài)度保障,輔機(jī)電量計(jì)算偏差大。依托手工采集的電能數(shù)據(jù)進(jìn)行指標(biāo)競賽,公平性難以保證。

(3)僅能提供按運(yùn)行輪值抄錄的數(shù)據(jù),不能及時提供輔機(jī)方式優(yōu)化所需數(shù)據(jù)。

(4)數(shù)據(jù)資源共享性差,不能實(shí)時查詢、分析,歷史追溯和統(tǒng)計(jì)管理困難。


2 廠用輔機(jī)電能管理現(xiàn)狀

2.1一期機(jī)組

通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較,確定實(shí)施方案1:對數(shù)據(jù)采集單元進(jìn)行擴(kuò)展,將系統(tǒng)升級為智能化電氣監(jiān)控管理系統(tǒng),通過該系統(tǒng)的用于過程控制的對象鏈接與嵌入(OPC)服務(wù)功能把數(shù)據(jù)送至公司生產(chǎn)實(shí)時信息(PI)系統(tǒng),需要數(shù)據(jù)的用戶可以自由取數(shù)。系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案如圖1所示。

圖1 一期機(jī)組廠用輔機(jī)電能監(jiān)督管理系統(tǒng)

2.2二期機(jī)組輔機(jī)電能管理現(xiàn)狀分析

二期機(jī)組廠用輔機(jī)配置專用電能表,通過現(xiàn)場手動抄表,人工計(jì)算,形成報表數(shù)據(jù);6kV開關(guān)綜合保護(hù)裝置雖然具備電能采集功能,但版本較低;二期脫硫輔機(jī)沒有配置專用電能表,電能數(shù)據(jù)需要從綜合保護(hù)裝置抄錄。

根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況,制訂了2套方案,分析其可行性。

表2 二期電能采集實(shí)施方案分析

經(jīng)綜合比較,確定實(shí)施方案2:配置獨(dú)立的電能采集系統(tǒng),增加脫硫輔機(jī)電能表,通過該系統(tǒng)的OPC服務(wù)功能把數(shù)據(jù)送至公司PI系統(tǒng),需要數(shù)據(jù)的用戶可以自由取數(shù)。系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案如圖2所示。

圖2 二期機(jī)組廠用輔機(jī)電能監(jiān)督管理系統(tǒng)


3 技術(shù)改造過程

以該公司二期機(jī)組輔機(jī)電能采集系統(tǒng)為例進(jìn)行說明。

3.1安裝硬件設(shè)備及通信接口工作

(1)在鍋爐電子間新增一面專用輔機(jī)電量采集器屏,用以布置光電模塊、DC2000采集器以及后臺管理機(jī)。

(2)在二期機(jī)組脫硫6kV開關(guān)柜安裝多功能網(wǎng)絡(luò)儀表APM830、通信線和光電模塊。多功能網(wǎng)絡(luò)儀表為采用三相四線制數(shù)字式的多功能電表,按照DL/T448—2016《電能計(jì)量裝置技術(shù)管 理規(guī)程》規(guī)定的電壓、電流測量精度0.2級、有功電能精度0.5級的要求,具備電壓、電流、功率因數(shù)、有功功率、無功功率的測量及顯示功能,具備有功電量、無功電量的計(jì)量及顯示功能。

(3)二期機(jī)組主要輔機(jī)所配置的電能表具有RS485通信接口功能,滿足通信協(xié)議要求,在6kV開關(guān)柜內(nèi)安裝了通信線和光電模塊,構(gòu)建起現(xiàn)場數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)。

(4)就地輔機(jī)電能表通過RS485通信線及光纖通信接入采集器Anet-2E4S1,實(shí)現(xiàn)電能表和多功能網(wǎng)絡(luò)儀表的電量采集。采集器經(jīng)網(wǎng)絡(luò)通信將采集的電量上傳至后臺管理機(jī)電能采集系統(tǒng)。電能采集系統(tǒng)能連續(xù)采集數(shù)據(jù),從各輔機(jī)電能表采集至傳輸終端,采樣周期及傳輸延時小于1min。

3.2建立數(shù)據(jù)庫系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)資源共享

(1)在后臺管理機(jī)電能采集系統(tǒng)中建立輔機(jī)實(shí)時電量顯示界面,實(shí)現(xiàn)電量數(shù)據(jù)終端機(jī)在線監(jiān)督。

(2)在后臺管理機(jī)安裝PI系統(tǒng)接口程序OPC鏈接,實(shí)現(xiàn)電量數(shù)據(jù)與PI系統(tǒng)通信。

(3)在生產(chǎn)實(shí)時數(shù)據(jù)庫中配置輔機(jī)電量點(diǎn)名,點(diǎn)名配置按照電氣一次接線圖順序排列。后臺管理機(jī)啟動運(yùn)行正常后,只要開啟PI系統(tǒng)接口程序 OPC 鏈接,即可實(shí)現(xiàn)后臺機(jī)實(shí)時上傳發(fā)布電能數(shù)據(jù),PI系統(tǒng)實(shí)時接收數(shù)據(jù),做到數(shù)據(jù)資源共享。

(4)公司各部門所使用的軟件系統(tǒng)可以通過該平臺接口實(shí)現(xiàn)信息的即時通信,按照各自需求管理相應(yīng)業(yè)務(wù)。


4綜合分析應(yīng)用

在電能采集基本功能的基礎(chǔ)上,進(jìn)行應(yīng)用二次開發(fā),實(shí)現(xiàn)了電能數(shù)據(jù)與熱機(jī)實(shí)時數(shù)據(jù)的互相支援, 提高了分析數(shù)據(jù)的完備性。

4.1應(yīng)用案例1

工作小組編制了廠用輔機(jī)電能監(jiān)督管理系統(tǒng)報表,報表分為底碼錄入、電量日報、電能平衡及表計(jì)監(jiān)督、實(shí)時能耗 4大板塊。通過程序鏈接,實(shí)現(xiàn)發(fā)電量、上網(wǎng)電量、廠用電率、輔機(jī)能耗、電量平衡的自動 更新。公司辦公網(wǎng)絡(luò)內(nèi)任一辦公電腦中安裝2003 以上版本Excel程序及 PIDatalink插件后,即可使用廠用輔機(jī)電能監(jiān)督管理系統(tǒng)報表,查詢實(shí)時、歷史電量數(shù)據(jù)。 操作方法。

(1)打開廠用輔機(jī)電能監(jiān)督管理系統(tǒng)報表程序,選擇 “工具/加載宏"按鈕,“√"選 “PIData link"。

(2)在底碼錄入?yún)^(qū)輸入當(dāng)日報表中發(fā)電量、上網(wǎng)電量、主變壓器電量、高壓廠用變壓器電量、高壓 備用變壓器電量底碼。

(3)在動力報表中選擇報表日期,電量數(shù)據(jù)將會根據(jù)報表中的日期自動加載更新。 通過報表中的電量平衡棒形圖可以判斷表計(jì)使 用情況,監(jiān)督廠用電能平衡的情況,同時還可以查詢 系統(tǒng)運(yùn)行后各時段的機(jī)組各輔機(jī)實(shí)時能耗分布情況、電能平衡情況。

4.2應(yīng)用案例2

電量數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)實(shí)時系統(tǒng)資源共享,公司小指標(biāo)競賽管理系統(tǒng)的電能及輔機(jī)耗電率采用電能量采集系統(tǒng)的數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)指標(biāo)計(jì)算、分析更加實(shí)時、準(zhǔn)確,提高了指標(biāo)競賽管理系統(tǒng)的公信力。 廠用輔機(jī)電能監(jiān)督管理系統(tǒng)投運(yùn)后,與原生產(chǎn)實(shí)時系統(tǒng)的熱機(jī)測點(diǎn)相結(jié)合,搭建輔機(jī)能耗管控平臺,輔機(jī)電能使用更加合理,同時還實(shí)現(xiàn)了節(jié)能潛力分析。

4.3應(yīng)用案例3

與冷端原有測點(diǎn)結(jié)合,自動采集冷端運(yùn)行參數(shù) 和電能數(shù)據(jù),根據(jù)機(jī)組負(fù)荷率及環(huán)境因素,綜合考慮 主機(jī)效率和輔機(jī)耗電情況,在線量化分析循環(huán)水泵 的運(yùn)行方式。

4.4 應(yīng)用案例4

自動采集引/送風(fēng)機(jī)、煙氣處理系統(tǒng)耗用電能及 相關(guān)參數(shù),檢查變氧量運(yùn)行下的節(jié)能潛力,并定量分 析爐膛總阻力變化對輔機(jī)能耗的影響。

4.5 應(yīng)用案例5

自動采集輔機(jī)電能、運(yùn)行電壓及電流等相關(guān)參數(shù),計(jì)算輔機(jī)的運(yùn)行功率因數(shù),可為大電機(jī)無功分布 補(bǔ)償節(jié)能提供補(bǔ)償設(shè)備選型依據(jù)。

4.6 應(yīng)用案例6

空氣壓縮機(jī)運(yùn)行過程中,受控制方式及用戶的不確定性影響,存在空載運(yùn)行時間??蛰d運(yùn)行時需 要消耗電能,但對工藝流程不起到實(shí)際作用,降低了 空氣壓縮機(jī)運(yùn)行的效率。通過采集電能數(shù)據(jù)及運(yùn)行數(shù)據(jù),量化給出了空氣壓縮機(jī)控制回路改造的節(jié)能收益。


5 安科瑞Acrel-3000WEB電能管理解決方案

5.1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、安全、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(shí)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(jì),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。

安科瑞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(jì),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(xiàng)用電的使用消耗情況,便于找出高耗能點(diǎn)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。

5.2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、數(shù)據(jù)中心等);

(6)交通運(yùn)輸建筑(機(jī)場、車站、碼頭建筑等)。

5.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)




5.4系統(tǒng)功能

5.4.1實(shí)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(yùn)行狀態(tài),實(shí)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。

5.4.2電能統(tǒng)計(jì)報表

系統(tǒng)以豐富的報表支撐計(jì)量體系的完整性。系統(tǒng)具備定時抄表匯總統(tǒng)計(jì)功能,用戶可以自由查詢自系統(tǒng)正常運(yùn)行以來任意時間段內(nèi)各配電節(jié)點(diǎn)的用電情況,即該節(jié)點(diǎn)進(jìn)線用電量與各分支回路消耗電量的統(tǒng)計(jì)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(jì)量體系的正確性。


5.4.3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。

5.4.4運(yùn)行報表

系統(tǒng)具有實(shí)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(shí)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)、規(guī)定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(yùn)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。

5.4.5變壓器運(yùn)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(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行在線實(shí)時監(jiān)視,用曲線顯示電流、變壓器運(yùn)行溫度、有功需量、有功功率、視在功率、變壓器負(fù)荷率等運(yùn)行趨勢,分析變壓器負(fù)荷率及損耗,方便運(yùn)行維護(hù)人員及時掌握運(yùn)行水平和用電需求,確保供電安全可靠。

5.4.6實(shí)時報警

系統(tǒng)具有實(shí)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(shí)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(shí)時報警窗口,并發(fā)出聲音或語音提醒。

5.4.7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(jì)、事故分析。


5.4.8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(yùn)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。

5.4.9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(shí)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。

5.4.10用戶權(quán)限管理

系統(tǒng)為保障系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)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(yùn)行、維護(hù)、管理提供可靠的安全保障。

5.4.11通訊狀態(tài)圖

系統(tǒng)支持實(shí)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(yùn)行維護(hù)人員實(shí)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(yùn)行。

5.4.12視頻監(jiān)控

視頻監(jiān)控展示了當(dāng)前實(shí)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。

5.4.13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(yùn)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(jì)分析。

5.4.14 APP支持

電力運(yùn)維手機(jī)支持“監(jiān)控系統(tǒng)"、“設(shè)備檔案"、“待辦事項(xiàng)"、“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。


5.5系統(tǒng)硬件配置清單





6結(jié)語

該電廠依托網(wǎng)絡(luò)技術(shù)建立了一套準(zhǔn)確、可靠的廠用輔機(jī)電量數(shù)據(jù)采集、管理系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)輔機(jī)電量報表自動更新、電量平衡分析、輔機(jī)耗電率在線監(jiān)督、輔機(jī)電量指標(biāo)競賽自動更新。該體系在公司生產(chǎn)管理推廣應(yīng)用后效果如下。

(1)降低了相關(guān)人員抄算表工作量,避免了抄算表誤差,提高了班組指標(biāo)競賽的公平性和科學(xué)性。

(2)實(shí)現(xiàn)了電量數(shù)據(jù)資源有效共享,改進(jìn)了公司電能管理模式,提高了工作效率。能夠?qū)θ?輔機(jī)能耗情況進(jìn)行科學(xué)管控,在國家環(huán)保要求日益 嚴(yán)格、煙氣處理設(shè)備耗能增加的前提下,2013—2016年,發(fā)電廠用電率逐年下降,3年累計(jì)節(jié)約成本約1400萬元。

(3)與熱機(jī)測點(diǎn)數(shù)據(jù)相結(jié)合,通過對其運(yùn)行狀態(tài)的分析組建數(shù)學(xué)模型,搭建輔機(jī)能耗的實(shí)時分析 管控平臺,為企業(yè)實(shí)施電力需求側(cè)管理奠定基礎(chǔ)。

(4)實(shí)現(xiàn)了公司用電成本的實(shí)時計(jì)算,為公司電機(jī)能效提升方案制定和實(shí)施、電力需求側(cè)管理和智能化電廠建設(shè)奠定了基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

[1]吳欣,萬祖明,吳寧,余磊,梁慧先.火力發(fā)電廠廠用輔機(jī)電能監(jiān)督管理系統(tǒng)的開發(fā)及應(yīng)用

[2]李世林,劉軍成.電能質(zhì)量國家標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用手冊[M].北 京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2007.

[3]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊 2022.05版


作者簡介:

涂志燕,女,安科瑞電氣股份有限公司,主要從事變電所運(yùn)維系統(tǒng)的研發(fā)與應(yīng)用。


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