浅谈电能管理系统在火力发电厂中的应用

　　摘要：为管控火力发电厂自用电能，降低企业运行成本，通过电能采集技术、信息技术与节能分析理论的融合，进行火电厂电能精细化管理。实际应用显示，利用该系统分析各类主要辅机用能的合理性，可有效提升电机能效，降低火电厂运行成本。？

　　关键词：电能管理；信息技术；节能分析；电机能效；智能化电厂

　　0引言

　　某电厂目前在役机组共930MW，分两期建成。一期2台超高压150MW机组2003年投产，二期2台亚临界315MW机组2006年投产。机组投产之初，辅机电能收集记录采用传统的抄表和人工计算方式，不能够满足动态分析管 理的需要，亟须建立一套准确、可靠的电量数据自动采集分析系统，来完成对辅机电能使用合理性的管理。

　　通过自动化手段实现辅机电量报表自动更新、电量平衡分析、辅机耗电率在线监督、辅机电量指标 竞赛自动更新等功能，通过电能自动化采集降低生产数据收集分析成本，可以实现公司生产管理的自动化、准确化和科学化。

　　1辅机电能监督管理系统存在的问题？

　　厂用辅机电量收集采用传统的人工定时抄表、手动计算方式，存在4个方面的问题。

　　（1）电能抄录、计算、登记报表时间长，流程繁琐，管理人员须通过运行日报表收集相关电量报表数据，再手动录入完成相关的数据指标分析计算，重复性工作多。

　　（2）人为读数误差和书写计算错误难以杜绝，准确性靠运行人员的工作态度保障，辅机电量计算偏差大。依托手工采集的电能数据进行指标竞赛，公平性难以保证。

　　（3）仅能提供按运行轮值抄录的数据，不能及时提供辅机方式优化所需数据。

　　（4）数据资源共享性差，不能实时查询、分析，历史追溯和统计管理困难。

　　2 厂用辅机电能管理现状

　　2.1一期机组辅机电能管理现状

　　一期机组所有厂用辅机没有配置专用电能表，电能数据依靠专用的电气监控管理系统采集厂用辅机6kV开关综合保护测量装置电压、电流数据计算而得；通过工控管理机手动抄表，人工计算，形成报 表数据；脱硫系统为技改后新增设备，脱硫辅机电能 数据没有接入电厂电气监控管理系统。

　　根据现场实际情况，制订了2套方案，分析其可行性。

　　表1 一期电能采集实施方案分析

　　方案内容实施分析可行性

　　1扩展数据采集单元， 升级具有上传发布数据功能的发电厂电气监控管理系统在现有通信网络基础上扩展硬件设备，施工简单，综合投资成本低成本相对合利，可行

　　2增加辅机电能表，单独配置具有上传发布数据功能的电能采集系统增加硬件设备多，综合投资成本高成本过高，不可行

　　通过技术经济比较，确定实施方案1：对数据采集单元进行扩展，将系统升级为智能化电气监控管理系统，通过该系统的用于过程控制的对象链接与嵌入（OPC）服务功能把数据送至公司生产实时信息（PI）系统，需要数据的用户可以自由取数。系统总体设计方案如图1所示。

　　图1 一期机组厂用辅机电能监督管理系统

　　2.2二期机组辅机电能管理现状分析？

　　二期机组厂用辅机配置专用电能表，通过现场手动抄表，人工计算，形成报表数据；6kV开关综合保护装置虽然具备电能采集功能，但版本较低；二期脱硫辅机没有配置专用电能表，电能数据需要从综合保护装置抄录。

　　根据现场实际情况，制订了2套方案，分析其可行性。

　　表2 二期电能采集实施方案分析

　　方案内容实施分析可行性

　　1升级6kV开关综合保护装置，配置具有上传发布数据功能的发电厂电气监控管理系统增加硬件设备多，综合投资成本高成本过高，不可行

　　2增加脱硫辅机电能表，配置具有上传发布数据功能的电能采集系统在现有的电能表通信接口配置通信网络，施工简单，综合投资成本低成本适中，可行

　　经综合比较，确定实施方案2：配置独立的电能采集系统，增加脱硫辅机电能表，通过该系统的OPC服务功能把数据送至公司PI系统，需要数据的用户可以自由取数。系统总体设计方案如图2所示。

　　图2 二期机组厂用辅机电能监督管理系统

　　3 技术改造过程

　　以该公司二期机组辅机电能采集系统为例进行说明。

　　3.1安装硬件设备及通信接口工作

　　（1）在锅炉电子间新增一面专用辅机电量采集器屏，用以布置光电模块、DC2000采集器以及后台管理机。

　　（2）在二期机组脱硫6kV开关柜安装多功能网络仪表APM830、通信线和光电模块。多功能网络仪表为采用三相四线制数字式的多功能电表，按照DL／T448—2016《电能计量装置技术管 理规程》规定的电压、电流测量精度0.2级、有功电能精度0.5级的要求，具备电压、电流、功率因数、有功功率、无功功率的测量及显示功能，具备有功电量、无功电量的计量及显示功能。

　　（3）二期机组主要辅机所配置的电能表具有RS485通信接口功能，满足通信协议要求，在6kV开关柜内安装了通信线和光电模块，构建起现场数据传输网络。

　　（4）就地辅机电能表通过RS485通信线及光纤通信接入采集器Anet-2E4S1，实现电能表和多功能网络仪表的电量采集。采集器经网络通信将采集的电量上传至后台管理机电能采集系统。电能采集系统能连续采集数据，从各辅机电能表采集至传输终端，采样周期及传输延时小于1min。

　　3.2建立数据库系统，实现资源共享

　　（1）在后台管理机电能采集系统中建立辅机实时电量显示界面，实现电量数据终端机在线监督。

　　（2）在后台管理机安装PI系统接口程序OPC链接，实现电量数据与PI系统通信。

　　（3）在生产实时数据库中配置辅机电量点名，点名配置按照电气一次接线图顺序排列。后台管理机启动运行正常后，只要开启PI系统接口程序 OPC 链接，即可实现后台机实时上传发布电能数据，PI系统实时接收数据，做到数据资源共享。

　　（4）公司各部门所使用的软件系统可以通过该平台接口实现信息的即时通信，按照各自需求管理相应业务。

　　4综合分析应用

　　在电能采集基本功能的基础上，进行应用二次开发，实现了电能数据与热机实时数据的互相支援， 提高了分析数据的完备性。

　　4.1应用案例1

　　工作小组编制了厂用辅机电能监督管理系统报表，报表分为底码录入、电量日报、电能平衡及表计监督、实时能耗 4大板块。通过程序链接，实现发电量、上网电量、厂用电率、辅机能耗、电量平衡的自动 更新。公司办公网络内任一办公电脑中安装2003 以上版本Excel程序及 PIDatalink插件后，即可使用厂用辅机电能监督管理系统报表，查询实时、历史电量数据。 操作方法。

　　打开厂用辅机电能监督管理系统报表程序，选择 “工具／加载宏”按钮，“√”选 “PIData　link”。

　　在底码录入区输入当日报表中发电量、上网电量、主变压器电量、高压厂用变压器电量、高压 备用变压器电量底码。

　　在动力报表中选择报表日期，电量数据将会根据报表中的日期自动加载更新。 通过报表中的电量平衡棒形图可以判断表计使 用情况，监督厂用电能平衡的情况，同时还可以查询 系统运行后各时段的机组各辅机实时能耗分布情况、电能平衡情况。

　　4.2应用案例2

　　电量数据实现生产实时系统资源共享，公司小指标竞赛管理系统的电能及辅机耗电率采用电能量采集系统的数据，数据指标计算、分析更加实时、准确，提高了指标竞赛管理系统的公信力。 厂用辅机电能监督管理系统投运后，与原生产实时系统的热机测点相结合，搭建辅机能耗管控平台，辅机电能使用更加合理，同时还实现了节能潜力分析。

　　4.3应用案例3

　　与冷端原有测点结合，自动采集冷端运行参数 和电能数据，根据机组负荷率及环境因素，综合考虑 主机效率和辅机耗电情况，在线量化分析循环水泵 的运行方式。

　　4.4?应用案例4

　　自动采集引／送风机、烟气处理系统耗用电能及 相关参数，检查变氧量运行下的节能潜力，并定量分 析炉膛总阻力变化对辅机能耗的影响。

　　4.5 应用案例5

　　自动采集辅机电能、运行电压及电流等相关参数，计算辅机的运行功率因数，可为大电机无功分布 补偿节能提供补偿设备选型依据。

　　4.6 应用案例6

　　空气压缩机运行过程中，受控制方式及用户的不确定性影响，存在空载运行时间。空载运行时需 要消耗电能，但对工艺流程不起到实际作用，降低了 空气压缩机运行的效率。通过采集电能数据及运行数据，量化给出了空气压缩机控制回路改造的节能收益。

　　5 安科瑞Acrel-3000WEB电能管理解决方案

　　5.1概述

　　用户端消耗着整个电网80%的电能，用户端智能化用电管理对用户可靠、安全、节约用电有十分重要的意义。构建智能用电服务体系，全面推广用户端智能仪表、智能用电管理终端等设备用电管理解决方案，实现电网与用户的双向良性互动。用户端急需解决的研究内容主要包括：先进的表计，智能楼宇、智能电器、增值服务、客户用电管理系统、需求侧管理等课题。

　　安科瑞Acrel-3000WEB电能管理解决方案通过对用户端用电情况进行细分和统计，以直观的数据和图表向管理人员或决策层展示各分项用电的使用消耗情况，便于找出高耗能点或不合理的耗能习惯，有效节约电能，为用户进一步节能改造或设备升级提供准确的数据支撑。

　　5.2应用场所

　　（1）办公建筑（商务办公、大型公共建筑等）；

　　（2）商业建筑（商场、金融机构建筑等）；

　　（3）旅游建筑（宾馆饭店、娱乐场所等）；

　　（4）科教文卫建筑（文化、教育、科研、医疗卫生、体育建筑等）；

　　（5）通信建筑（邮电、通信、广播、电视、数据中心等）；

　　（6）交通运输建筑（机场、车站、码头建筑等）。

　　5.3系统结构

　　5.4系统功能

　　5.4.1实时监测

　　系统人机界面友好，以配电一次图的形式直观显示配电线路的运行状态，实时监测各回路电压、电流、功率、功率因数、电能等电参数信息，动态监视各配电回路断路器、隔离开关、地刀等合、分状态，以及有关故障、告警等信号。

　　5.4.2电能统计报表

　　系统以丰富的报表支撑计量体系的完整性。系统具备定时抄表汇总统计功能，用户可以自由查询自系统正常运行以来任意时间段内各配电节点的用电情况，即该节点进线用电量与各分支回路消耗电量的统计分析报表。该功能使得用电可视透明，并在用电误差偏大时可分析追溯，维护计量体系的正确性。

　　5.4.3详细电参量查询

　　在配电一次图中，当鼠标移动到每个回路附近时，鼠标指针变为手形，鼠标单击可查看该回路详细电参量，包括三相电流、三相电压、三相总有功功率、总无功功率、总功率因数、正向有功电能，并可以查看24小时相电流趋势曲线及24小时电压趋势曲线。

　　5.4.4运行报表

　　系统具有实时电力参数和历史电力参数的存储和管理功能，所有实时采集的数据、顺序事件记录等均可保存到数据库，在查询界面中能够自定义需要查询的参数、指定时间或选择查询更新的记录数据等，并通过报表方式显示出来。用户可以根据需要定制运行日报、月报，支持导出Excel格式文件，还可以根据用户要求导出PDF格式文件。

　　5.4.5变压器运行监视

　　系统对配电系统总进线、主变压器、重要负荷出线的运行状态进行在线实时监视，用曲线显示电流、变压器运行温度、有功需量、有功功率、视在功率、变压器负荷率等运行趋势，分析变压器负荷率及损耗，方便运行维护人员及时掌握运行水平和用电需求，确保供电安全可靠。

　　5.4.6实时报警

　　系统具有实时报警功能，系统能够对配电回路断路器、隔离开关、接地刀分、合动作等遥信变位，保护动作、事故跳闸，以及电压、电流、功率、功率因数越限等事件进行实时监测，并根据事件等级发出告警。系统报警时自动弹出实时报警窗口，并发出声音或语音提醒。

　　5.4.7历史事件查询

　　系统能够对遥信变位，保护动作、事故跳闸，以及电压、电流、功率、功率因数越限等事件记录进行存储和管理，方便用户对系统事件和报警进行历史追溯，查询统计、事故分析。

　　5.4.8电能质量监测

　　系统可以对整个配电系统范围内的电能质量进行持续性的监测，运行维护人员可以通过谐波分析棒图、报表掌握进线、变压器、重要回路的电压、电流谐波畸变率、谐波含量、电压不平衡度等，及时采取相应的措施，降低谐波损耗，减少因谐波造成的异常和事故（该功能需要选配带谐波监测功能的电力仪表，不需要可删除。

　　5.4.9遥控操作

　　系统支持对断路器、隔离开关、接地刀等进行分、合遥控操作。系统具有严格的密码保护和操作权限管理功能，对于每次遥控操作，系统自动生成操作记录，记录内容包含操作人、操作时间、操作类型等。实现该功能需要断路器本身具有电操机构及保护保测控装置具备遥控功能等硬件设备的支持。

　　5.4.10用户权限管理

　　系统为保障系统安全稳定运行，设置了用户权限管理功能。通过用户权限管理能够防止未经授权的操作（如配电回路名称修改等）。可以定义不同级别用户的登录名、密码及操作权限，为系统运行、维护、管理提供可靠的安全保障。

　　5.4.11通讯状态图

　　系统支持实时监视接入系统的各设备的通讯状态，能够完整的显示整个系统网络结构；可在线诊断设备通讯状态，发生网络异常时能自动在界面上显示故障设备或元件及其故障部位。从而方便运行维护人员实时掌握现场各设备的通讯状态，及时维护出现异常的设备，保证系统的稳定运行。

　　5.4.12视频监控

　　视频监控展示了当前实时画面（视频直播），选中某一个变配电站，即可查看该变配电站内视频信息。

　　5.4.13用户报告

　　用户报告页面主要用于对选定的变配电站自动汇总一个月的运行数据，对变压器负荷、配电回路用电量、功率因数、报警事件等进行统计分析。

　　5.4.14 APP支持

　　电力运维手机支持“监控系统”、“设备档案”、“待办事项”、“巡检记录”和“缺陷记录”五大模块，支持一次图、需量、用电量、视频、曲线、温湿度、同比、环比、电能质量、各种事件报警查询，设备档案查询、待办事件处理、巡检记录查询等。

　　5.5系统硬件配置清单

　　应用场合型号图 片功能

　　电能管理软件Acrel-3000WEB?Acrel-3000WEB电能管理软件全方监视用户配电系统的运行状态和电量数据，为用户提供更好的运维服务。平台提供用户概况、电力数据监测、电能质量分析、用电分析、日/月/年用能数据报表、异常事件报警和记录、运行环境监测等功能，并支持多平台、多终端数据访问。

　　智能网关Anet-2E8S1?8路RS485串口，光耦隔离，2路以太网接口，支持ModbusRtu、ModbusTCP.DL/T645-1997、DL/1645-2007、CJT188-2004、OPC UA等协议的数据接入，ModbusT-c（主、从）、104（主、从）、建筑能耗、SNMP、MQTT等协议上传，支持不同协议向多平台转发数据；输入电源：AC/DC 22ov，导轨式安装。

　　ANet-2E4SM?4路RS485串口，光耦隔离，2路以太网接口，支持ModbusRtu、ModbusTCP、DL/T645-1997、DL/T645-2007、CJT188-2004、OPC UA、ModbusTCP（主、从）、104（主、从）、建筑能耗、SNMP、MOTT;（主模块）输入电源：DC 12 V ~36 V .支持4G扩展模块，485扩展模块。

　　ANet-485M485模块：4路光耦隔离RS485

　　ANet-M4GM4G模块：支持4G全网通

　　35kV/10kV/6kV微机保护装置AM6系列？35kV及以下配电系统线路、主变、配电变压器、电动机、电容器、PT监测/PT并列、母联/备自投等保护。

　　35kV/10kV/6kV弧光保护ARB5-M?主控单元，可接20路弧光信号或4个扩展单元，弧光保护〈8组）、失灵保护（4组）、TA断线监测（4组）、非电量保护、装置故障告警

　　ARB5-E扩展单元，可以插接6块扩展插件，每个扩展插件可以采集5路弧光信号

　　ARB5-S?弧光探头，建议安装地点包括（但不限于）断路器室、电缆室、母线室，可面板开孔安装，亦可支架式安装。弧光探头的检测范围是一个角度为180°，半径0.5m的扇形区域。

　　35kV/10kV/6kV进线柜电能质量在线监测APView500?装置1024点波形采样，集谐波分析、波形采样、电压暂降/暂升/中断、闪变监测、电压不平衡度监测、事件记录、测量控制等功能为一体，能够满足110kV及以下供电系统电能质量监测的要求。

　　35kV/10kV/6kV间隔智能操控、节点测温ASD500?液晶屏显示一次回路动态模拟图、弹簧储能指示、高压带电显示及闭锁、验电、核相、3路温湿度控制及显示、远方/就地、分合闸、储能旋钮、预分预合闪光指示、分合闸完好指示、分合闸回路电压测量、人体感应、柜内照明控制、1路以太网、2路RS485、1路USB接口、GPS对时、高压内电气接点无线测温、全电参量测温、脉冲输出、4~20mA输出

　　35kV/10kV/6kV传感器ATE400?合金片固定，CT感应取电，启动电流大于5A，测温范围-50-125℃，测量精度±1℃；传输距离空旷150米

　　35kV/10kV/6kV间隔电参量测量APM830?三相（I、u、kW、kvar、kWh、kvarh、Hz、cos） ，零序电流In，四象限电能，实时及需量，电流、电压不平衡度，66种报警类型及外部事件（SOE）各16条事件记录，支持SD卡扩展记录，2-63次谐波，2DI+2DO,RS485/Modbus，LCD显示

　　高压重要回路

　　或低压进线柜APM810?三相（I、U、kW、kvar、kWh、kvarh、Hz、coso），零序电流In，四象限电能，实时及需量，电流、电压不平衡度，负载电流柱状图显示，66种报警类型及外部事件（SOE）各16条事件记录，支持SD卡扩展记录，2-63次谐波，2DI+2DO,RS485/Modbus，LCD显示

　　AEM96?三相电参量U、I、P、Q、S、PF、F测量，总正反向有功电能统计，正反向无功电能统计；2-31次分次谐波及总谐波含量分析、分相谐波及基波电参量（电压、电流、功率）﹔电流规格3×1.5（6）A，有功电能精度0.5S级，无功电能精度2级

　　ADW300/4G?三相电压、电流、功率、功率因数、频率测量；电压电流相角、电压电流不平衡度测量；电压电流2-31次分次谐波及总畸变测量当月及上三月的电压、电流、功率；需量及上十二月历史需量记录；事件记录、复费率、四象限电能及历史电能记录；支持4路开关量输入、2路开关量输出；支持4路测温；支持1路剩余电流测量；支持本地显示及按键设置；有功电能精度1级。通讯方式：支持RS485通讯、Lora无线通讯、4G通讯；WIFI通讯

　　0.4kV出线AEM72?三相电参量U、I、P、0、s、PF、F测量，总正反向有功电能统计，正反向无功电能统计；2-31次分次谐波及总谐波含量分析、分相谐波及基波电参量（电压、电流、功率）﹔电流规格3×1.5（6）A，有功电能精度0.5S级。无功电能精度2级

　　DTSD1352?三相电参量u、I、P、Q、s、PF、F测量，分相正向有功电能统计，总正反向有功电能统计，总正反向无功电能统计﹔红外通讯；电流规格：经互感器接入3×1（6）A.直接接入3×10（8o）A，有功电能精度0.5S级，无功电能精度2级。

　　ACR120EL?LCD显示、全电参量测量（U、1、P、Q、PF、F）；四象限电能计量；RS485/Modbus;可选复费率电能统计、需量统计；4DI+2DO;RS485通讯接口、Modbus 协议

　　照明箱DDSD1352?单相电参量U、I、P、Q、S、PF、F测量，正反向电能计量；红外及RS485通讯；电流规格：10（60）A，有功电能精度1级，无功精度2级；可选配复费率

　　DDS1352?单相电参量U、I、P、Q、S、PF、F测量，正反向电能计量；RS485通讯；电流规格：10（60）A，有功电能精度1级，无功精度2级；尺寸：1P

　　电流互感器AKH-0.66/K型？开口式电流互感器

　　6结语

　　该电厂依托网络技术建立了一套准确、可靠的厂用辅机电量数据采集、管理系统，实现辅机电量报表自动更新、电量平衡分析、辅机耗电率在线监督、辅机电量指标竞赛自动更新。该体系在公司生产管理推广应用后效果如下。

　　（1）降