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电力需求侧管理及智能电力监控技术在炼焦行业错峰限电中的应用

2013-11-17 14:25:01 来源：安科瑞王海芹

一、行业用户用电特性分析
炼焦行业，是指生产、经营焦炭，以及对焦炭生产过程中产生的煤气、煤焦油、粗苯等伴生物进行回收、加工所形成的行业，焦化产品广泛用于化学工业、医药工业、耐火材料工业和国防工业，近年来，钢铁工业高速发展带动了中国炼焦业快速增长。
炼焦行业其用电负荷特点：
1) 大部分设备都需要连续运转，如焦炉、循环水系统、煤气回收装置等；
2) 部分可间歇性生产，如机加工设备、上煤配煤系统。
炼焦生产用电属一、二级用电负荷，电源应为双路电源。两路电源应为主备方式供电。为了满足生产用电，炼焦生产供配电系统一般设置两个车间变电所～煤焦变电所、回收变电所。
炼焦行业用户设备分类表

类别	主要设备	备注
非生产性负荷	办公照明、电脑传真打印等办公用电器具、分体及中央空调、食堂蒸饭车、鼓风机、厂区道路照明	一般
辅助生产负荷	制冷机组、空调器、锅炉	重要
主要生产性负荷	炼焦设备：捣固焦炉、熄焦塔、凉焦台、电机车、液压交换机、六锤捣固机、旋转起重机、抓斗起重机、电动卷扬机、轮式装载机；净化回收设备：横管初冷器、电捕焦油器、旋风捕焦油器、洗氨塔、洗苯塔、脱硫塔	重要
安全保障负荷	车间照明、事故照明、检修照明	一般

二、行业用户参与错峰限电能力分析
1. 该行业用电负荷大且为连续性负荷不受时段、季节、气候影响。
2. 紧急错峰限电可以快速停用办公、照明、电脑传真机等办公用电设备，在晚峰时，可以间隔停开厂区照明灯等设备，并停用一些辅助生产设备，例如：制冷机组、空调器、锅炉，但以不影响安全为前提。紧急错峰能力弱，净化回收设备：如横管初冷器、电捕焦油器、旋风捕焦油器、洗氨塔、洗苯塔、脱硫塔等重要（高危）用电负荷，不适宜参与快速错避峰。
3. 该行业用户阶段性错峰可以通过安排集中检修和减产等方式开展，如采用集中检修方式，只需保留车间照明、事故照明、检修照明等检修设备用电，一般保留1000千瓦左右的检修负荷即可；如采用停产方式，可以逐步停开炼焦设备及配套辅助系统，以降低生产负荷，达到错峰效果。
三、行业用户参与错峰限电技术方案
（一）缺口等级IV级参与方案
1. 阶段性错峰：
在保证安全的前提下，在8:00～22：00停开焦炉作闷炉处理，减少产量，从而达到错峰效果。
2. 紧急错峰
1) 接到错峰指令后需快速投入可限负荷，然后根据指令逐步释放负荷恢复正常生产。
2) 优先安排空调系统、办公及照明系统错峰，然后根据指令逐步释放负荷。
（二）缺口等级III级参与方案
1. 阶段性错峰：
在保证安全的前提下，在执行IV级方案的基础上，在8:00～22：00加停部分机加工设备参与错峰，焦炉作闷炉处理，进一步减少产量，从而满足错峰要求。
2. 紧急错峰
1) 接到错峰指令后需快速投入可限负荷，然后根据指令逐步释放负荷恢复正常生产。
2) 在执行IV级方案的基础上，追加部分机加工设备参与错峰，降低部分生产负荷，从而满足错峰要求，然后根据指令逐步释放负荷恢复正常生产。
（三）缺口等级II级参与方案
1. 阶段性错峰：
1) 在保证安全的前提下，在执行III级方案的基础上，在8:00～22：00加停全部机加工设备、上煤配煤系统设备进一步减少产量，从而满足错峰要求。
2) 对于响应时间慢的净化回收设备需提前做好参与错峰准备，保证所有可限负荷全额全时段参与错峰。
2. 紧急错峰
1) 接到错峰指令后需快速投入可限负荷，然后根据指令逐步释放负荷恢复正常生产。
2) 在执行III级方案的基础上，快速停止全部机加工设备、上煤配煤系统设备从而满足错峰要求，然后根据指令逐步释放负荷。
（四）缺口等级I级参与方案
1. 阶段性错峰：
考虑到电力缺口较大，可以安排企业全厂检修，只保留检修设备所需的用电负荷。
2. 紧急错峰
1) 接到错峰指令后需快速投入可限负荷，然后根据指令逐步释放负荷恢复正常生产。
2) 考虑到该行业生产的安全性以及恢复生产的难易程度，在执行II级方案基础上，不再追加限制其他生产设备。然后根据指令逐步释放负荷。
四、行业用户参与错峰限电风险及注意事项
1. 该行业生产企业生产区内的炉体、消防等部位遭遇突然停电，容易导致煤气出现泄漏，从而造成环境污染，严重可导致相关人员发生中毒事故或较大的经济损失，建议采用集中生产，集中检修的方式，提前完成本月生产任务，月末剩余天数避峰或年度检修。
2. 从安全角度出发，如净化产品回收车间（煤气净化），如果突发停电，将导致重大事故，原因：自焦炉出来的煤气达82℃，如停电，风机停运，煤气溢出，会发生爆炸以及中毒等人身伤亡。对于焦炉，如停电，焦炉将报废，同样煤气也可能发生爆炸。
因此，该行业用户应及早制定有效应急预案，参与错峰时应主动配合错峰实施，及时与供电企业沟通，宜采取检修或轮休等方式，避免采用强制拉电或遥控设备控制限电，杜绝恶性事故发生，主动担负社会责任的同时又将损失降到*低。
五、智能电力监控的功能与应用
5.1项目概况
印度乌塔姆（Uttam）钢公司在马哈拉施特拉邦Wardha（Wardha地区有着丰富的煤炭和铁矿石资源，交通便利，有公路和铁路通过）建设年产量为50万吨的生铁厂，配套项目包括一座烧结厂和一座50万吨焦化厂，整个项目预计投资110亿卢比（2.28亿美元）。
50万吨焦化厂建设内容包括备煤车间、炼焦车间、煤气净化车间等生产设施以及配套的公用辅助设施；作为其他厂区的能源供应区，配电安全方面显得尤其重要，要求也更高，在电力操控方面必须要求安全、可靠、快捷，依靠人工现场操控已经不能满足该项目的实际要求。安科瑞电气股份有限公司承上海德力西公司委托，至印度焦化厂现场施工调试智能电力系统；主要完成对焦化厂内的6.6KV配电系统和0.4KV配电系统进行集中监控，确保焦化厂供电系统正常运行。

5.2 系统结构

①现场设备层
如图1所示为6.6KV系统拓扑图，6.6KV高压配电柜主要包含2台进线柜（主进线柜、备用进线柜）、2台PT柜、4台变压器出线柜、2台电动机出线柜、1台母联备自投柜。在该系统中，安科瑞电气股份有限公司为满足用户在高压回路回路的要求且本着为用户节约成本的原则，现场设备层配置：在2路进线柜上为其选用我公司2台ACRM4-F综合保护（LCD显示、线路保护测控装置、测控一体化装置、故障录波、SOE事件记录、远程通讯等功能）；在2台电动机出线柜上为其选用我公司2台ACRM4-M综合保护（LCD显示、电动机保护、测控一体化装置、故障录波、SOE事件记录、远程通讯等功能）；在4台变压器出线柜上为其选用我公司4台ACRM4-T综合保护（LCD显示、配变电保护测控装置、测控一体化装置、故障录波、SOE事件记录、远程通讯等功能）；在2台PT柜上为其选用我公司2台ACRM4-U（LCD显示、两段PT供电切换，PT柜的全面综合保护、测控一体化装置、故障录波、SOE事件记录、远程通讯等功能）；在1台母联备自投柜上为其选用我公司1台ACRM5-B（LCD显示，备自投保护、测控一体化装置、故障录波、SOE事件记录、远程通讯等功能）。
如图2所示为0.4KV系统A拓扑图，主要监测水泵房内三相电流、电压、电度等电参量。安科瑞电气股份有限公司根据客户的需求，给该配电所配有PZ42-E4的电力仪表，该电力仪表可以测量三相电流、三相电压、有功、无功、功率因数、电度等，嵌入式安装方式；完全满足了客户的要求，且安装方便，性价比高。
如图3所示为0.4KV系统B拓扑图，主要监测备煤车间、炼焦车间等电动机电力参数。用户主要查看电动机三相电流、电压、电度等电参量以及查看电动机运行状态及修改定值等。
安科瑞电气股份有限公司根据客户的需求，同样给该配电所配有PZ42-E4的电力仪表来采集现场电参量（在电动机保护回路上配有其他厂家马达保护装置）
②通讯管理层
通讯管理层：采用台湾MOXA CP134U-I通讯扩展卡，具有超过800 Kbps 数据吞吐量，效能全球*，4口具备ADDC™ RS-422/485接口速率高达921.6 Kbps，4线 RS-485传输距离*长可达1.2 km，内建15 KV ESD 突波保护或可选择2 KV光电隔离保护，支持128 byte FIFO驱动程序和内建软硬件流量控制，通用的PCI可兼容3.3/5V的PCI和PCI-X，支持Windows 2003/XP/2000/98/ME、Linux、UNIX驱动，提供节省空间的low profile通讯多串口卡可供选择。
③站控管理层
配置为EVOC IPC-810B Core2 2.66G /1G/160G +键鼠+音箱等。
深圳研祥工业计算机（IPC810B），完成对整个电站的计算机监控系统的管理，数据库管理，在线及离线计算，运行监视控制，各图表曲线的生成，数据报表等系统监测等功能。
计算机主要配置：
CPU：PIV 3.0
内存：1G
硬盘：监控工作站160G
显示器：三星19寸宽屏LCD显示
接口：1000M以太网、RS232接口、LPT口、BNC视频输出接口、4个PCI、2个USB口，声卡，14槽工业级底板等
DVD/VCD光驱刻录机
4U标准上架式机箱
漫步者音箱一套（用于音响报警）
该计算机为工业计算机，大风量风扇设计，开门抽拉可拆换滤网，散热可靠、维护简便、特殊的抗震措施，保证机器在恶劣工业环境中正常工作；
UPS电源为C1KS/1KVA 待机30分钟塔式

5.3系统功能
(a)用户权限管理
针对不同级别的用户，设置不同的权限，防止因人为误操作给生产、生活带来的损失，实现配电系统的安全，可靠运行。通过用户管理进行用户登录、用户注销、修改密码、添加删除等操作，方便用户对账号和权限的修改。
用户权限管理在本项目中显得尤其重要，因为在6.6KV系统中要对现场的所有综合保护实行控制，高权限的设定保障了现场操作的规范性合格性，同时具有操作票设置，规范了对高压柜远程操控的顺序。

b)系统6.6KV主界面

系统提供简单、易用、良好的用户使用界面。采用全英文界面，CAD图形显示配电系统电气一次主接线图，显示配电系统设备状态及相应实时运行参数，画面定时轮巡切换；画面实时动态刷新；模拟量显示；开关量显示；连续记录显示等。
在6.6KV系统一次图上，通过画面颜色的变化（红色表示合闸状态、绿色表示分闸状态、灰色表示手车分离状态）可以看到现场断路器运行状态、手车位置、接地刀闸状态、弹簧储能状态等。
登录普通权限用户，通过主界面的操作，可以查看6.6KV各回路运行的电参量（电流、电压、有功、无功、功率因数、电度、）；登录*高权限用户，可以实现对现场断路器实现分合闸控制，查看综保定值，在线修改定值等功能。
(c)0.4KV系统A和0.4KV系统B操作界面

具有友好的人机界面，在0.4KV系统A和0.4KV系统B主界面，登录普通权限用户，可以查看现场水泵房以及2台运行变压器工作的电参量，方便客户查看回路各类电参量，主要包括：电流、电压、电度等。
(d)系统遥信状态报警

系统提供了实时曲线和历史趋势两种曲线的分析界面，通过调用相关回路实时曲线界面分析该回路当前的负荷运行状况。如通过调用某配出回路的实时曲线可分析该回路的电气设备所引起的信号波动情况。系统的历史趋势即系统对所有已存储数据均可查看其历史趋势，方便工程人员对监测的配电网络进行质量分析。
(f)报表统计

系统采集的有功电度数据，按照回路名称的不同，自动生成报表并有报表打印功能，可对某一回路的某一时间段内的用电量进行查询与打印，同时这些报表也能以Excel的格式导

六、主要监控产品
（1）高压回路或低压进线回路选ACR330ELH仪表
该表为电能质量分析仪表，主要功能有：LCD显示、全电参量测量（U、I、P、Q、PF、F、S）；四象限电能计量、复费率电能统计；THDu，THDi、2-31次各次谐波分量；电压波峰系数、电话波形因子、电流K系数、电压与电流不平衡度计算；电网电压电流正、负、零序分量（含负序电流）测量；4DI+3DO（DO3做过压、欠压、过流、不平衡报警）；RS485通讯接口、Modbus协议或DL/T645规约。外形尺寸：120×120mm，开孔尺寸：108×108mm。适用于高压重要回路或低压进线柜。
（2）低压联络或出线回路选ACR220EL电力仪表
该表主要功能有：LCD显示、全电参量测量（U、I、P、Q、PF、F）；四象限电能计量、复费率电能统计、*大需量统计；4DI+2DO；RS485通讯接口、Modbus协议。外形尺寸：96×96mm，开孔尺寸：88×88mm。适用于低压联络柜、出线柜。
（3）低压出线柜选ARD系列
该表测量三相电流、定值查询、定值整定、过载、断相（不平衡）、堵转、欠载、外部故障、阻塞、欠压等保护功能、8DI+4DO、电能管理、漏电保护、SOE记录、多种起动模式、RS485通讯接口、MODbus协议/Profibus-DP协议可选。
（4）节能产品可选导轨表或APF有源滤波装置
照明箱DDSF1352电表主要功能：电流规格1.5(6)A、5(20)A、10(40)A、20(80)A可选、复费率电能统计、电能脉冲输出、RS485通讯接口、Modbus协议或DL/T 645规约可选。外形尺寸：76×89×74mm，4模数。适用于照明箱的电流、电压测量；单相电能计量。
ARD
DTSF1352导轨式电表主要功能：电流规格1.5(6)A、5(20)A、10(40)A、20(80)A可选、复费率电能统计、电能脉冲输出、RS485通讯接口、Modbus协议或DL/T 645规约可选。外形尺寸：126×89×74mm，7模数。适用于照明箱的三相电能计量。
DTSD1352导轨式电表主要功能：LCD显示、全电参量测量（U、I、P、Q、PF、F、S）；四象限电能计量、复费率电能统计、*大需量统计；电流规格1.5(6)A、5(20)A、10(40)A、20(80)A可选、RS485通讯接口、Modbus协议或DL/T 645规约可选。外形尺寸：126×89×74mm，7模数。适用于动力柜。
ANAPF系列有源电力滤波装置，以并联方式接入电网，通过实时检测负载的谐波和无功分量，采用PWM变流技术，从变流器中产生一个和当前谐波分量和无功分量对应的反向分量并实时注入电力系统，从而实现谐波治理和无功补偿。
七、设备清单

序号	名称	型号、规格	单位	数量	备注
1	电力仪表
	网络电力仪表	ACR220EL	只	100	安科瑞
	PZ系列可编程智能表	PZ42-E4	只	68	安科瑞
2	监控中心值班室
	操作台	YT-341	套	1	香河
	工作站主机	IPC-610L/769VG/E5300/2G/500G/DVD/88小键+鼠标（原装整机标配）2个串口	台	1	研华
	显示器	L197WA	台	1	联想
	UPS电源	C1K/1KVA	台	1	SANTAK
	打印机	HP 1108 A4幅面	台	1	惠普甲供
	系统软件	正版微软WINDOWS XP/SP3	套	1	微软甲供
	工业网络交换机	D-LINK 16口	台	1	D-LINK
	工业串口服务器	NPORT5232I RS485接口×2 带光隔	台	4	MOXA
	工业开关电源	KDYA-DG30-24K	只	4	华力
	电能管理软件	系统组态软件Acrel-3000V6	套	1	安科瑞
	电能管理软件	数据存储软件Acrel-dbSQL	套	1	安科瑞
	电能管理软件	电能管理软件Acrel-EnerSys	套	1	安科瑞
	电能管理软件	设备驱动软件Acrel-Driver	套	1	安科瑞
	光电转换器	单模光电转换HTB-1100S（25km)	只	8
3	工程材料
	通讯线缆	单模4芯光纤	千米	2
	通讯线缆	屏蔽双绞线RVVSP 2*0.75	千米	0.2	起帆
	通讯线缆	BVR 1.5mm	千米	4
	工程辅材	拖线板、转换线、线管、标牌等	套	1
	计量箱	每个变电所内配置1台共需4台。	只	4
	光纤附件	含熔接、尾纤、法兰、跳线等	套	4
4	工程施工及调试
	通讯线缆铺设		米	2200
	综合调试		人/天	25
	设备运输费用		项	1
	培训费用		项	1
	施工改造费用		项	1