0引言
隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展電能供應(yīng)B趨緊張電能消耗也越來(lái)越大煤礦企業(yè)既是產(chǎn)能大戶(hù)又是耗能大戶(hù)為實(shí)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(jī)、刮板輸送機(jī)、泵站、潛水泵等設(shè)備在尤人工作時(shí)?？蛰d運(yùn)行造成比較嚴(yán)重的浪費(fèi)。對(duì)此以某煤礦為例通過(guò)對(duì)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(tái)建設(shè)等大大地提高了電量峰容比有效地實(shí)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(wèn)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(yùn)輸系統(tǒng)未實(shí)現(xiàn)滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)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(jī)房、壓風(fēng)機(jī)房、洗衣機(jī)房、洗煤廠、員工大廈、綜合辦公樓、機(jī)采車(chē)間及井下-500和-690中央配電室、主運(yùn)帶式輸送機(jī)等重點(diǎn)區(qū)域等電能浪費(fèi)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(yùn)行效率，某煤礦利用電能管理系統(tǒng)對(duì)全公司生產(chǎn)、生活用電進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)分析即采用強(qiáng)化用電定額的管理合理進(jìn)行電能調(diào)度做好調(diào)荷避峰工作促進(jìn)電能資源的優(yōu)化配置以提高負(fù)荷率、用電峰谷比和功率因數(shù)降低各種損耗減少電費(fèi)開(kāi)支。
2 煤礦電能管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
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(shí)時(shí)性主要由現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層（電能計(jì)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(tái)）3部分組成見(jiàn)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(jì)量終端全礦井安裝智能電量計(jì)量終端100臺(tái)實(shí)時(shí)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(jì)量精度出廠控制為0.2S級(jí)。具有RS-485現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)通信、開(kāi)入與開(kāi)出功能能實(shí)現(xiàn)遙信、遙測(cè)、遙控功能配合開(kāi)出功能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程斷電功能電能質(zhì)量統(tǒng)計(jì)分析及擴(kuò)展Modbus-RTU協(xié)議。主要對(duì)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(jì)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(guò)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?/span>
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(guò)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(jì)量分站）通過(guò)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(shí)現(xiàn)變電所用電情況的電能質(zhì)量遠(yuǎn)程監(jiān)控。
電參數(shù)計(jì)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(shí)現(xiàn)轄區(qū)當(dāng)?shù)乇O(jiān)控等功能通過(guò)下行信道自動(dòng)抄收并存儲(chǔ)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(lèi)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(shí)通過(guò)上行信道與主站或手持設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交換其上行信道采用公用通信網(wǎng)支持客戶(hù)端、服務(wù)器兩種通信模式以模塊化設(shè)計(jì)通過(guò)更換通信模塊直接改變通信方式符合IEC國(guó)際電工委員會(huì)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(shí)際要求電能管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)電能參量的實(shí)時(shí)采集與網(wǎng)絡(luò)化傳輸對(duì)電能能源進(jìn)行綜合性管理與控制?？蓪?shí)現(xiàn)以下功能：
1）實(shí)現(xiàn)尖峰、峰、平、谷各段能源管理對(duì)各段電量進(jìn)行監(jiān)管調(diào)整負(fù)荷分配。
2）有自動(dòng)抄表計(jì)量功能復(fù)費(fèi)率分時(shí)計(jì)費(fèi)負(fù)荷曲線(xiàn)管理功能。
3）有事件記錄及查詢(xún)功能數(shù)據(jù)采集查詢(xún)分析功能實(shí)時(shí)監(jiān)視和報(bào)警功能。長(zhǎng)時(shí)間大負(fù)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(jì)分析功能報(bào)表管理、存儲(chǔ)、打印功能以及提供電量消耗對(duì)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(fèi)支出對(duì)比圖可直接顯示不同結(jié)算單位在同一段時(shí)間內(nèi)的電費(fèi)支出情況以及某些結(jié)算單位支出電費(fèi)在全部電費(fèi)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(duì)各能源指標(biāo)設(shè)定區(qū)間值 對(duì)于區(qū)間值內(nèi)的曲線(xiàn)趨勢(shì)預(yù)警對(duì)于超過(guò)區(qū)間值的告警處理 并對(duì)系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行故障情況進(jìn)行分級(jí)預(yù)警 并提供故障處理預(yù)案，見(jiàn)圖3。
圖3 預(yù)報(bào)警管理圖
通過(guò)對(duì)電能數(shù)據(jù)（包括統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和預(yù)測(cè)數(shù)據(jù))周期性的集中與報(bào)告實(shí)際能源消耗與根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)參數(shù)計(jì)算出的預(yù)期能源消耗進(jìn)行比較可提高能源數(shù)據(jù)測(cè)量和計(jì)算的可靠性能源管理機(jī)構(gòu)據(jù)此進(jìn)行計(jì)劃、觀測(cè)和控制為節(jié)能技術(shù)項(xiàng)目的實(shí)施做出規(guī)劃。由于根據(jù)生產(chǎn)計(jì)劃和電能預(yù)測(cè)協(xié)調(diào)電能供應(yīng)和控制可做到既能滿(mǎn)足生產(chǎn)過(guò)程的能量需求又合理避免負(fù)荷高峰。
能源中心還根據(jù)實(shí)時(shí)能源數(shù)據(jù)庫(kù)與歷史能源數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)各個(gè)能源核算單位針對(duì)不同的生產(chǎn)和運(yùn)行狀態(tài)采用數(shù)據(jù)挖掘模型或多元統(tǒng)計(jì)方法計(jì)算出能源預(yù)測(cè)結(jié)果提出能源消耗趨勢(shì)。
3.3采用大數(shù)據(jù)對(duì)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(duì)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)及使用壽命進(jìn)行預(yù)測(cè)及預(yù)警為設(shè)備的計(jì)劃?rùn)z修提供依據(jù)并對(duì)設(shè)備利用率、作業(yè)率、運(yùn)行記錄、故障記錄等進(jìn)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(hù)端消耗著整個(gè)電網(wǎng)80%的電能，用戶(hù)端智能化用電管理對(duì)用戶(hù)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(hù)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(hù)的雙向良性互動(dòng)。用戶(hù)端急需解決的研究?jī)?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(hù)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(guò)對(duì)用戶(hù)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(hù)進(jìn)一步節(jié)能改造或設(shè)備升級(jí)提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支撐。
4.2應(yīng)用場(chǎng)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(chǎng)、金融機(jī)構(gòu)建筑等）；
（3）旅游建筑（賓館飯店、娛樂(lè)場(chǎng)所等）；
（4）科教文衛(wèi)建筑（文化、教育、科研、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(chǎng)、車(chē)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(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)
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(xiàn)路的運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各回路電壓、電流、功率、功率因數(shù)、電能等電參數(shù)信息，動(dòng)態(tài)監(jiān)視各配電回路斷路器、隔離開(kāi)關(guān)、地刀等合、分狀態(tài)，以及有關(guān)故障、告警等信號(hào)。
4.4.2電能統(tǒng)計(jì)報(bào)表
系統(tǒng)以豐富的報(bào)表支撐計(jì)量體系的完整性。系統(tǒng)具備定時(shí)抄表匯總統(tǒng)計(jì)功能，用戶(hù)可以自由查詢(xún)自系統(tǒng)正常運(yùn)行以來(lái)任意時(shí)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(xiàn)用電量與各分支回路消耗電量的統(tǒng)計(jì)分析報(bào)表。該功能使得用電可視透明，并在用電誤差偏大時(shí)可分析追溯，維護(hù)計(jì)量體系的正確性。
4.4.3詳細(xì)電參量查詢(xún)
在配電一次圖中，當(dāng)鼠標(biāo)移動(dòng)到每個(gè)回路附近時(shí)，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(wú)功功率、總功率因數(shù)、正向有功電能，并可以查看24小時(shí)相電流趨勢(shì)曲線(xiàn)及24小時(shí)電壓趨勢(shì)曲線(xiàn)。
4.4.4運(yùn)行報(bào)表
系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)電力參數(shù)和歷史電力參數(shù)的存儲(chǔ)和管理功能，所有實(shí)時(shí)采集的數(shù)據(jù)、順序事件記錄等均可保存到數(shù)據(jù)庫(kù)，在查詢(xún)界面中能夠自定義需要查詢(xún)的參數(shù)、特定時(shí)間或選擇查詢(xún)更新的記錄數(shù)據(jù)等，并通過(guò)報(bào)表方式顯示出來(lái)。用戶(hù)可以根據(jù)需要定制運(yùn)行日?qǐng)?bào)、月報(bào)，支持導(dǎo)出Excel格式文件，還可以根據(jù)用戶(hù)要求導(dǎo)出PDF格式文件。
4.4.5變壓器運(yùn)行監(jiān)視
系統(tǒng)對(duì)配電系統(tǒng)總進(jìn)線(xiàn)、主變壓器、重要負(fù)荷出線(xiàn)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行在線(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)視，用曲線(xiàn)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(shì)，分析變壓器負(fù)荷率及損耗，方便運(yùn)行維護(hù)人員及時(shí)掌握運(yùn)行水平和用電需求，確保供電安全可靠。
4.4.6實(shí)時(shí)報(bào)警
系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)報(bào)警功能，系統(tǒng)能夠?qū)ε潆娀芈窋嗦菲?、隔離開(kāi)關(guān)、接地刀分、合動(dòng)作等遙信變位，保護(hù)動(dòng)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(shí)監(jiān)測(cè)，并根據(jù)事件等級(jí)發(fā)出告警。系統(tǒng)報(bào)警時(shí)自動(dòng)彈出實(shí)時(shí)報(bào)警窗口，并發(fā)出聲音或語(yǔ)音提醒。
4.4.7歷史事件查詢(xún)
系統(tǒng)能夠?qū)b信變位，保護(hù)動(dòng)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(chǔ)和管理，方便用戶(hù)對(duì)系統(tǒng)事件和報(bào)警進(jìn)行歷史追溯，查詢(xún)統(tǒng)計(jì)、事故分析。
4.4.8電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)
系統(tǒng)可以對(duì)整個(gè)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(cè)，運(yùn)行維護(hù)人員可以通過(guò)諧波分析棒圖、報(bào)表掌握進(jìn)線(xiàn)、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(shí)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(cè)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(duì)斷路器、隔離開(kāi)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(duì)于每次遙控操作，系統(tǒng)自動(dòng)生成操作記錄，記錄內(nèi)容包含操作人、操作時(shí)間、操作類(lèi)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(cè)控裝置具備遙控功能等硬件設(shè)備的支持。
4.4.10用戶(hù)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(hù)權(quán)限管理功能。通過(guò)用戶(hù)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(chēng)修改等）?？梢远x不同級(jí)別用戶(hù)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。
4.4.11通訊狀態(tài)圖
系統(tǒng)支持實(shí)時(shí)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(gè)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；可在線(xiàn)診斷設(shè)備通訊狀態(tài)，發(fā)生網(wǎng)絡(luò)異常時(shí)能自動(dòng)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(shí)掌握現(xiàn)場(chǎng)各設(shè)備的通訊狀態(tài)，及時(shí)維護(hù)出現(xiàn)異常的設(shè)備，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。
4.4.12視頻監(jiān)控
視頻監(jiān)控展示了當(dāng)前實(shí)時(shí)畫(huà)面（視頻直播），選中某一個(gè)變配電站，即可查看該變配電站內(nèi)視頻信息。
4.4.13用戶(hù)報(bào)告
用戶(hù)報(bào)告頁(yè)面主要用于對(duì)選定的變配電站自動(dòng)匯總一個(gè)月的運(yùn)行數(shù)據(jù)，對(duì)變壓器負(fù)荷、配電回路用電量、功率因數(shù)、報(bào)警事件等進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。
4.4.14 APP支持
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(mén)通過(guò)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(shí)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(fèi)50多萬(wàn)元。
參考文獻(xiàn)
[1]曾劍文,卜海濱,韓振興.電能管理系統(tǒng)在某煤礦的應(yīng)用
[2]許登月.電量峰谷比變動(dòng)對(duì)基本售電收入貢獻(xiàn)率的數(shù)學(xué)推導(dǎo)與證明[J].科技與產(chǎn)業(yè),2013(9).
[3]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè) 2022.05版
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