0引言
隨著我國國民經(jīng)濟的快速發(fā)展電能供應(yīng)B趨緊張電能消耗也越來越大煤礦企業(yè)既是產(chǎn)能大戶又是耗能大戶為實現(xiàn)煤礦企業(yè)內(nèi)部挖潛降低生產(chǎn)成本節(jié)約能源、節(jié)約用電巳刻不容緩。
傳統(tǒng)的煤礦用電管理比較粗放如帶式輸送機、刮板輸送機、泵站、潛水泵等設(shè)備在尤人工作時?？蛰d運行造成比較嚴(yán)重的浪費。對此以某煤礦為例通過對電能管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)的搭建數(shù)據(jù)采集、分析以及管理平臺建設(shè)等大大地提高了電量峰容比有效地實現(xiàn)了節(jié)能取得了較好的效果。
1某煤礦原存在的主要問題
某煤礦公司井下地質(zhì)條件復(fù)雜涌水量大排水耗電量較大。主運輸系統(tǒng)未實現(xiàn)滿負荷運行有壓風(fēng)、通風(fēng)、采掘、水源熱泵等諸多大型耗電設(shè)備。在地面有110kV變電站、提升機房、壓風(fēng)機房、洗衣機房、洗煤廠、員工大廈、綜合辦公樓、機采車間及井下-500和-690中央配電室、主運帶式輸送機等重點區(qū)域等電能浪費現(xiàn)象相當(dāng)嚴(yán)重。
為了有效降低電能消耗提高設(shè)備運行效率，某煤礦利用電能管理系統(tǒng)對全公司生產(chǎn)、生活用電進行自動監(jiān)測和數(shù)據(jù)分析即采用強化用電定額的管理合理進行電能調(diào)度做好調(diào)荷避峰工作促進電能資源的優(yōu)化配置以提高負荷率、用電峰谷比和功率因數(shù)降低各種損耗減少電費開支。
2 煤礦電能管理系統(tǒng)的設(shè)計
2.1總體架構(gòu)
礦井電能管理系統(tǒng)采用分層分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)具有良好的可靠性與實時性主要由現(xiàn)場設(shè)備層（電能計量終端）、通信管理層（數(shù)據(jù)采集終端）和主控層（電能管理平臺）3部分組成見圖1。
圖1 某礦井電能管理系統(tǒng)架構(gòu)圖
2.2 數(shù)據(jù)的原始采集
數(shù)據(jù)采集利用智能電能計量終端全礦井安裝智能電量計量終端100臺實時采集各主要用電設(shè)備用電量。電能質(zhì)量監(jiān)控終端其計量精度出廠控制為0.2S級。具有RS-485現(xiàn)場總線通信、開入與開出功能能實現(xiàn)遙信、遙測、遙控功能配合開出功能實現(xiàn)遠程斷電功能電能質(zhì)量統(tǒng)計分析及擴展Modbus-RTU協(xié)議。主要對35kV變電站-500中央變電所以及-690中央變電所等區(qū)域全部改造安裝電能質(zhì)量監(jiān)控終端。
2.3 數(shù)據(jù)傳輸
各電能計量終端就近接入電能分站電能分站可以借助工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)通過以太網(wǎng)口就近接入工業(yè)以太網(wǎng)并傳輸?shù)侥芸刂行摹?/div>
35kV變電站、-500中央變電所以及-690中央變電所供電等區(qū)域改造安裝完畢的電能質(zhì)量監(jiān)控終端全部通過RS-485通信方式接入礦用一般型或者礦用隔爆兼本質(zhì)安全型電能監(jiān)控分站（電參數(shù)計量分站）通過接入已有光纖環(huán)網(wǎng)把電能數(shù)據(jù)傳送至地面電能監(jiān)控中心實現(xiàn)變電所用電情況的電能質(zhì)量遠程監(jiān)控。
電參數(shù)計量分站主要完成井下高低壓供電系統(tǒng)電能質(zhì)量監(jiān)控終端與地面能源管理監(jiān)控系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)交換實現(xiàn)轄區(qū)當(dāng)?shù)乇O(jiān)控等功能通過下行信道自動抄收并存儲具有通信功能的智能儀表、質(zhì)量監(jiān)控終端、采集模塊以及各類載波通信終端的電量數(shù)據(jù)并采集外部RS-485表數(shù)據(jù)其下行信道RS-485串行通信通道。同時通過上行信道與主站或手持設(shè)備進行數(shù)據(jù)交換其上行信道采用公用通信網(wǎng)支持客戶端、服務(wù)器兩種通信模式以模塊化設(shè)計通過更換通信模塊直接改變通信方式符合IEC國際電工委員會相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)也符合用電信息采集系統(tǒng)主站與集中器通信協(xié)議、技術(shù)條件和型式規(guī)范。
3 電能管理系統(tǒng)
3.1 綜合性管理與控制
生產(chǎn)用電管理如圖2所示即按照某煤礦電能管理的實際要求電能管理系統(tǒng)實現(xiàn)電能參量的實時采集與網(wǎng)絡(luò)化傳輸對電能能源進行綜合性管理與控制。
可實現(xiàn)以下功能
1）實現(xiàn)尖峰、峰、平、谷各段能源管理對各段電量進行監(jiān)管調(diào)整負荷分配。
2）有自動抄表計量功能復(fù)費率分時計費負荷曲線管理功能。
3）有事件記錄及查詢功能數(shù)據(jù)采集查詢分析功能實時監(jiān)視和報警功能長時間大負荷監(jiān)控功能等電能調(diào)度監(jiān)視功能檔案管理 功能統(tǒng)計分析功能報表管理、存儲、打印功能以及提供電量消耗對比圖可直接顯示不同結(jié)算單位的用電量消耗情況以及某些結(jié)算單位所消耗電量在全部消耗中的比重。還有電費支出對比圖可直接顯示不同結(jié)算單位在同一段時間內(nèi)的電費支出情況以及某些結(jié)算單位支出電費在全部電費支出中的比例。
圖2 生產(chǎn)用電管理圖
3.2 采用預(yù)警管理
對各能源指標(biāo)設(shè)定區(qū)間值 對于區(qū)間值內(nèi)的曲線趨勢預(yù)警對于超過區(qū)間值的告警處理 并對系統(tǒng)設(shè)備運行故障情況進行分級預(yù)警 并提供故障處理預(yù)案，見圖3。
圖3 預(yù)報警管理圖
通過對電能數(shù)據(jù)（包括統(tǒng)計數(shù)據(jù)和預(yù)測數(shù)據(jù))周期性的集中與報告實際能源消耗與根據(jù)實際生產(chǎn)參數(shù)計算出的預(yù)期能源消耗進行比較可提高能源數(shù)據(jù)測量和計算的可靠性能源管理機構(gòu)據(jù)此進行計劃、觀測和控制為節(jié)能技術(shù)項目的實施做出規(guī)劃。由于根據(jù)生產(chǎn)計劃和電能預(yù)測協(xié)調(diào)電能供應(yīng)和控制可做到既能滿足生產(chǎn)過程的能量需求又合理避免負荷高峰。
能源中心還根據(jù)實時能源數(shù)據(jù)庫與歷史能源數(shù)據(jù)庫對各個能源核算單位針對不同的生產(chǎn)和運行狀態(tài)采用數(shù)據(jù)挖掘模型或多元統(tǒng)計方法計算出能源預(yù)測結(jié)果提出能源消耗趨勢。
3.3采用大數(shù)據(jù)對耗能設(shè)備管理
能源管控及調(diào)度示意圖如圖4所示。主要是對設(shè)備的運行狀態(tài)及使用壽命進行預(yù)測及預(yù)警為設(shè)備的計劃檢修提供依據(jù)并對設(shè)備利用率、作業(yè)率、運行記錄、故障記錄等進行智能分析。
圖4 能源管控及調(diào)度示意圖
4 安科瑞Acrel-3000WEB電能管理解決方案
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、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，全面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(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(xí)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(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
4.4.1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。
4.4.2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。
4.4.3詳細電參量查詢
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。
4.4.4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。
4.4.5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。
4.4.6實時報警
系統(tǒng)具有實時報警功能，系統(tǒng)能夠?qū)ε潆娀芈窋嗦菲鳌⒏綦x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。
4.4.7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。
4.4.8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(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。
4.4.9遙控操作
系統(tǒng)支持對斷路器、隔離開關(guān)、接地刀等進行分、合遙控操作。系統(tǒng)具有嚴(yán)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。
4.4.10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。
4.4.11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。
4.4.12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。
4.4.13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。
4.4.14 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、巡檢記錄查等。
4.5系統(tǒng)硬件配置清單
5 小結(jié)
某煤礦采用了電能管理系統(tǒng)的應(yīng)用使電能管理部門通過網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控電能使用情況及用能單位的能耗數(shù)據(jù)提高了企業(yè)電能管理的及時性、準(zhǔn)確性及電能利用效率科學(xué)地提高了峰谷比值。目前某礦用電峰谷比由應(yīng)用電能管理系統(tǒng)前的1:1:1提高到1:1:5，平均每月節(jié)約電費50多萬元。
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