胡冠楠

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘 要：WOES智能優(yōu)化節能系統依托各類(lèi)鋼鐵廠(chǎng)信息化系統，構建鋼鐵行業(yè)用能可視化平臺，實(shí)現鋼鐵行業(yè)用能精細化管理,提升各分廠(chǎng)能效水平，降低各分廠(chǎng)能源消耗。結合山西某鋼鐵公司智能優(yōu)化節能系統的建設和運維，重點(diǎn)探討智能優(yōu)化節能系統在能耗統計、電能質(zhì)量、能效分析、空運轉分析和對比分析等方面的應用研究，并對平臺建設帶來(lái)的節能進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：鋼鐵；分析診斷;節能分析;節能

0引言

隨著(zhù)鋼鐵企業(yè)現代化發(fā)展程度的日益成熟，其裝備水平、工藝技術(shù)，W全具備了能源管理系統集合整理、智慧調度控制的條件。另一方面，企業(yè)對能源系統集控有強烈的需求。因此，針對大型鋼鐵企業(yè)的能源監測管理系統的構建，已經(jīng)在如火如荼地展開(kāi)。近年來(lái)，政府部門(mén)對建鋼鐵行業(yè)節能的重視度越來(lái)越高，相繼出臺了一系列關(guān)于鋼鐵節能方面的規定和技術(shù)性的規范。推動(dòng)既有鋼鐵行業(yè)節能改造、新建鋼鐵節能達標和建立鋼鐵能耗監測分析管理系統，從設備、工藝和管理三方面推動(dòng)鋼鐵行業(yè)節能。山西省也在積極推動(dòng)各地高耗能企業(yè)實(shí)行能源管理平臺，實(shí)現節能降耗。山西某鋼鐵公司于2021年4月建設一套萬(wàn)洲智能優(yōu)化節能系統，經(jīng)過(guò)一年的使用，在鋼鐵能源管控方面發(fā)揮了巨大的節能價(jià)值。

1建設范圍

山西某鋼鐵公司下分廠(chǎng)主要由煉鐵分廠(chǎng)、煉鋼分廠(chǎng)、軋鋼分廠(chǎng)、制氧分廠(chǎng)和電廠(chǎng)組成。主要消耗的能源為電、自來(lái)水、氧氣、氮氣、中水、處理水、煤氣、蒸汽。

企業(yè)管理者仍然在探尋進(jìn)一步節能降耗的途徑。為加強鋼鐵廠(chǎng)的能源監測與收費管理，充分考慮該校區整體節能監管體系的發(fā)展需求、現有的設備監控系統和信息化系統、企業(yè)能源管理部門(mén)的具體需求，將建設智能優(yōu)化節能系統，實(shí)現能耗自動(dòng)統計、故障預警、綜合節能分析診斷等功能，解決目前存在的用能管理漏洞和用能、電費成本過(guò)髙、錯峰管理的問(wèn)題。

（1）通過(guò)對該企業(yè)智能優(yōu)化系統的建設，實(shí)現各個(gè)分廠(chǎng)各能源分類(lèi)精確計量和能源運行監測功能，對今后能源管理提供數據保障和決策依據；

（2）通過(guò)WOES系統實(shí)現企業(yè)計費管理，記錄總關(guān)口電帯使用狀況，韜確收出管理，促進(jìn)豐動(dòng)節能，提忘人員的節能恵識；

（3）通過(guò)WOES系統可以隨時(shí)隨地對企業(yè)的能源管理系統進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)，并實(shí)現遠程警理.為鋼鐵廠(chǎng)能源利用診制、節能控甸、節能淆力分析、節能效果驗證等提供有效手段；

（4）充分考慮平臺系統對各種能耗系統管理的整合擴展能力，并為今后綜合性的數字化工廠(chǎng)做好充分的技術(shù)準備，并預留接口。

2系統硬件設計

2.1監測點(diǎn)選擇

電表共監測355個(gè)，氮氣和氧氣共監測29個(gè)，蒸汽共監測7個(gè)，煤氣共監測28個(gè)，中水共監測22個(gè)，處理水共監測14個(gè)，自來(lái)水共監測19個(gè)。

2.2網(wǎng)絡(luò )架構設計

WOES智能優(yōu)化節能系統以工作站主機、通訊設備、測控單元為基本工具，為企業(yè)用能數據的實(shí)時(shí)數據釆集、開(kāi)關(guān)狀態(tài)監測及遠程管理與控制提供了基礎平臺，它可以和檢測、控制設備構成任意復雜的監控系統。該系統主要采用分層分布式計算機網(wǎng)絡(luò )結構，如圖1所示，系統自下而上分為三層結構，分別為設備層、信息層、管理層。

(1)設備層

主要由監控點(diǎn)設備和能源數據監測儀表組成，是系統網(wǎng)絡(luò )數據的來(lái)源，同時(shí)也是系統監控的對象，本次設計對鋼鐵廠(chǎng)各分廠(chǎng)的用電、用水、用氣等進(jìn)行監測。

(2)信息層

信息層主要由通訊服務(wù)器組成，完成現場(chǎng)各層之間的數據傳輸，實(shí)現數據上傳下達功能，將現場(chǎng)能源數據監測儀表和設備的通訊信號接入至通訊服務(wù)器中，通過(guò)通訊服務(wù)器接入WOES智能優(yōu)化節能系統網(wǎng)絡(luò )中。

(3)管理層

管理層是整個(gè)系統數據和分析的核心，由數據服務(wù)器、客戶(hù)端、打印機以及企業(yè)局域網(wǎng)中客戶(hù)端(辦公電腦)組成，按照每個(gè)人的職責分配不同的權限，實(shí)現對各分廠(chǎng)的用能管理。

3系統軟件設計

本次軟件功能設計方案針對主耍用能點(diǎn)進(jìn)行監測分析，構建該企業(yè)能源監測分析平臺，在平臺上運行能源監測分析系統軟件，對各分廠(chǎng)下的用能設備實(shí)時(shí)用能進(jìn)行監視、對歷史能源數據進(jìn)行分析，對電能質(zhì)量和設備運行異常故障進(jìn)行預警提醒、對能源使用過(guò)程中的跑冒滴漏進(jìn)行分析。

圖1WOES智能優(yōu)化節能系統網(wǎng)絡(luò )結構圖

3.1能耗總覽

能耗總覽主要顯示用戶(hù)的能源使用情況，以地圖樣式鳥(niǎo)瞰展示校區當前的能耗概況及數據變化。該功能將用電量、單耗等功能通過(guò)列表的形式展示在三維地圖里。企業(yè)的高層領(lǐng)導、各分廠(chǎng)的領(lǐng)導可以通過(guò)該功能，實(shí)時(shí)的看到企業(yè)和各個(gè)分廠(chǎng)的能耗及單耗情況，了解整個(gè)企業(yè)或各分廠(chǎng)的用能情況。

3.2能耗統計

WOES系統將儀表從現場(chǎng)采集得來(lái)的二進(jìn)制數組成的原始數據，根據設備配置將數據解析成電表讀數和電能等數據。然后將此類(lèi)參數進(jìn)行排列以實(shí)時(shí)數據列表形式展現給用戶(hù)，使用戶(hù)能夠直觀(guān)地了解建筑的用能情況。釆用WEOS智能優(yōu)化節能系統的能耗統計功能，可以減少人員的工作量，增加抄表的準確性，提高工作效率。

3.3電能質(zhì)量分析

WOES系統分別從電壓合格率、頻率合格率、三相電壓不平衡、電壓波動(dòng)、不同電壓等級的總電壓諧波畸

變率、奇次及偶次電壓諧波畸變率、奇次電流諧波畸變率等方面分別以圖形和報表的形式進(jìn)行分析。通過(guò)對企業(yè)用電情況一定時(shí)期的監視，為用戶(hù)提供頻率偏差、電壓三相不平衡度、變壓器經(jīng)濟運行、線(xiàn)損率，功率因數、諧波含量的分析，使用戶(hù)了解當前的電能質(zhì)

量狀況。通過(guò)對電能質(zhì)量的分析，可定位電能質(zhì)量的污染源，依據電能質(zhì)量分析的結果進(jìn)行諧波的治理，將諧波控制在不影響其他設備正常運行的范圍內，在進(jìn)行了諧波治理后同樣可使用電能質(zhì)量分析功能來(lái)檢驗諧波治理的效果。

3.4節能分析

該功能模塊下的能效分析依據鋼鐵行業(yè)各分廠(chǎng)的能效評估標準，計算噸鐵電耗、噸鋼電耗等數據指標，同時(shí)WOES系統通過(guò)對各分廠(chǎng)與企業(yè)管控值和行業(yè)值進(jìn)行比較，自動(dòng)找到能效異常的點(diǎn)，并提供詳細的數據分析，幫助企業(yè)用戶(hù)找到異常能效區域能耗異常的原因，為節能措施提供參考?？者\轉分析則按照企業(yè)現場(chǎng)存在主輔關(guān)系的設備進(jìn)行配置，監測設備發(fā)生空運轉造成的能耗損失及空運轉時(shí)長(cháng)，提供詳細的報警信息用于用戶(hù)加強管控，規范操作人員行為。電費相關(guān)模塊則統計企業(yè)與***上報的總關(guān)口的計費情況，根據基本電費、電度電費和力調電費三種電費方式進(jìn)行分別監測并進(jìn)行數據分析，來(lái)加強企業(yè)電費管理。

圖2 煉鐵分廠(chǎng)能耗分析

3.5分析診斷

該功能模塊下通過(guò)對各個(gè)分廠(chǎng)下的主要用能設備進(jìn)行實(shí)時(shí)監測，根據不同報警策略來(lái)進(jìn)行相關(guān)實(shí)時(shí)報警，產(chǎn)生的報警記錄方便對應設備處理人進(jìn)行查找異常原因并記錄過(guò)程，實(shí)施問(wèn)題追蹤溯源。便于對重點(diǎn)用能設備進(jìn)行有效管控，已達到降低能耗的目的。

3.6報警管理

通過(guò)設定分析對象運行的高低限及標準值，對配電網(wǎng)絡(luò )及設備進(jìn)行安全預警防護，達到報警或超X時(shí)提出安全警示，達到設備及配網(wǎng)的安全，高效運行。事件記錄查詢(xún)系統中各個(gè)設備的實(shí)時(shí)報警和歷史報警的狀態(tài)和記錄，當選擇“歷史報警"的時(shí)候，可根據需求選擇時(shí)間范圍、報警類(lèi)別、設備名稱(chēng)、確認用戶(hù)和確認計算機對歷史數據進(jìn)行檢索，搜索出歷史報警。當選擇為“實(shí)時(shí)報警"的時(shí)候，展示系統中存在的實(shí)時(shí)報警，提醒用戶(hù)要及時(shí)處理。

3.7信息查詢(xún)

用戶(hù)可以選取系統所監測的所有設備，查看其所有監測參數，查詢(xún)的起止時(shí)間和查詢(xún)的時(shí)間間隔均可設置，并可將查詢(xún)結果導出保存和打印。歷史數據查詢(xún)功能為事故的追溯、異常的分析、用能的監管提供了數據支撐。

4應用效果

（1）尋找舁常用能單元.消除能耗廉澗煉欣分廠(chǎng)用電統計圖如圖2所示，能耗分析中銀據企業(yè)組織結構樹(shù)進(jìn)行逐壩金找用電異常，若發(fā)電哪一節點(diǎn)在哪天01現用能異常，則可向下挖掘耳體子區域下的用能異常情況.

（2）發(fā)現管理漏洞，杜絕能源浪費應用于山西某鋼鐵公司的智能優(yōu)化節能系統的空運轉分析模塊如圖3所示，從圖3可以看出，時(shí)段內存在設備空運轉現象，造成能耗損失1488kWh,若加強管控,電費可節省接近700元。

圖3脫硫風(fēng)機空運轉

5 AcrelEMS-SEMI電子廠(chǎng)房能效管理平臺

5.1平臺概述

AcrelEMS-SEMI電子廠(chǎng)房能效管理平臺集變電站綜合自動(dòng)化、電力監控、電能質(zhì)量分析及治理、電氣安全、能耗分析、照明控制、設備運維于一體，為建立可靠、安全、高效的工廠(chǎng)能源管理體系提供數據支持。同時(shí)引入技術(shù)，配合廠(chǎng)務(wù)系統優(yōu)化，簡(jiǎn)化全廠(chǎng)管理，并利用實(shí)時(shí)數據，優(yōu)化能效并預防風(fēng)險，保障關(guān)鍵制造設備的穩定運行和良品率，降低綜合成本，*終達到高效運營(yíng)和Z越制造的目的。

5.2平臺組成

安科瑞AcrelEMS-SEMI電子廠(chǎng)房管理系統是一個(gè)深度集成的自動(dòng)化平臺，它集成了電力監控系統、變電所綜合自動(dòng)化、電能質(zhì)量監測與治理、電氣火災監控系統、消防設備電源系統、防火門(mén)監控系統、消防應急照明和疏散指示系統、智能照明控制系統、能耗監測系統、新能源充電樁、預付費系統。用戶(hù)可通過(guò)瀏覽器、手機APP獲取數據，通過(guò)一個(gè)平臺即可全局、整體的對電子廠(chǎng)房的用電和用電安全進(jìn)行進(jìn)行集中監控、統一管理、統一調度，同時(shí)滿(mǎn)足廠(chǎng)房用電可靠、安全、穩定、高效、有序的要求。

5.3平臺拓撲圖

6平臺子系統

6.1電力監控

電力監控主要針對10/0.4kV地面或地下變電所，對變電所高壓回路配置微機保護裝置及多功能儀表進(jìn)行保護和監控，對0.4kV出線(xiàn)配置多功能計量?jì)x表，用于測控出線(xiàn)回路電氣參數和用能情況，可實(shí)時(shí)監控高低壓供配電系統開(kāi)關(guān)柜、變壓器微機保護測控裝置、發(fā)電機控制柜、ATS/STS、UPS，包括遙控、遙信、遙測、遙調、事故報警及記錄等。

6.2電能質(zhì)量監測與治理

監測各進(jìn)線(xiàn)回路電能質(zhì)量，包括電壓暫降、諧波畸變、閃變等數據波形記錄，進(jìn)而判斷配電系統擾動(dòng)方向。

配置有源濾波裝置和無(wú)功補償裝置對0.4kV側電能質(zhì)量進(jìn)行補償和治理，并監測有源濾波裝置和無(wú)功補償裝置運行情況，確保電能質(zhì)量符合生產(chǎn)要求。

6.3變電站綜合自動(dòng)化

變電站綜合自動(dòng)化系統主要針對110kV變電站、10kV變電所和10kV柴油發(fā)電機部分，在變電站設置Acrel-1000變電站綜合自動(dòng)化系統子站，實(shí)現本地遙測、遙信、遙控、報警、報表等功能，并把數據上傳至AcrelEMS-SEMI能效管理平臺，實(shí)現集中監測和報警。

6.4電氣安全

AcrelEMS電子廠(chǎng)房能效管理系統針對配電系統的電氣安全隱患配置相應的電氣火災傳感器、溫度傳感器，消防設備電源傳感器、防火門(mén)狀態(tài)傳感器，接入消防疏散照明以及指示燈具的狀態(tài)實(shí)時(shí)顯示，并且對UPS的蓄電池溫度、內阻進(jìn)行實(shí)時(shí)監視，發(fā)生異常時(shí)通過(guò)聲光、短信、APP及時(shí)預警。

6.5智能照明控制

單控、區域控制、自動(dòng)控制、感應控制、定時(shí)控制、場(chǎng)景控制、調光控制等多種控制方式。

6.6能耗分析

AcrelEMS電子廠(chǎng)房能效管理系統為工廠(chǎng)搭建計量體系，顯示能源流向和能源損耗，通過(guò)能源流向圖幫助企業(yè)分析能源消耗去向，找出能源消耗異常區域。從能源使用種類(lèi)、監測區域、車(chē)間、生產(chǎn)工藝、工序、工段時(shí)間、設備、班組、分項等維度，采用曲線(xiàn)、餅圖、直方圖、累積圖、數字表等方式對工廠(chǎng)用能統計、同比、環(huán)比分析、實(shí)績(jì)分析，折標對比、單位產(chǎn)品能耗、單位產(chǎn)值能耗統計，找出能源使用過(guò)程中的漏洞和不合理地方，從而調整能源分配策略，減少能源使用過(guò)程中的浪費。

6.7充電樁管理

電動(dòng)汽車(chē)和電瓶車(chē)充電樁管理，包括收費管理、資產(chǎn)管理。

6.8職工公寓管理

對廠(chǎng)區內職工宿舍進(jìn)行負載管理，包括惡性負載識別管理、負載閾值管理，避免因為惡性負載引起火災。對員工宿舍進(jìn)行水電收費管理，支持微信、支付寶等繳費方式，采集職工宿舍能耗數據。

7相關(guān)平臺部署硬件選型清單

7.1電力監控系統硬件配置

8總結

一套完整的能源管理系統的建立，不僅是單純自動(dòng)化和信息化技術(shù)水平提升的表現.更是對企業(yè)整體能源管理體系中起著(zhù)重要作用，它能統一調度，優(yōu)化煤氣平衡，減少煤氣放散、提高環(huán)保質(zhì)量、降低噸鋼能耗以及提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，而且對于事故預案的制定和執行，事故原因的快速分析和及時(shí)判斷處理，能源供需的合理調整和平衡以及在客觀(guān)信息基礎上的能源實(shí)績(jì)分析都具有重要影響。

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