胡冠楠

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：針對傳統的煤礦電能管理主要是由專(zhuān)人人工抄表，存在抄收數據繁瑣，統計困難，煤礦用電分析等方面數據缺乏，電量峰谷比不合理等問(wèn)題。某煤礦應用電能管理系統，實(shí)現電能精確計量和電能資源運行監管，能清晰描述煤礦的用能情況，并采用預警管理，以大數據管理等系統管理功能，大大地提高了電量峰谷比，實(shí)現了煤礦的有效節能。

關(guān)鍵詞：電能管控；數據傳輸；以太網(wǎng)；電量峰谷比；節能

0引言

隨著(zhù)我國國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，電能供應日趨緊張，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)現煤礦企業(yè)內部挖潛，降低生產(chǎn)成本，節約能源、節約用電已刻不容緩。

傳統的煤礦用電管理比較粗放，如帶式輸送機、刮板輸送機、泵站、潛水泵等設備在無(wú)人工作時(shí)?？蛰d運行，造成比較嚴重的浪費。對此，以某煤礦為例，通過(guò)對電能管理系統數據傳輸網(wǎng)絡(luò )的搭建，數據采集、分析以及管理平臺建設等，大大地提高了電量峰容比，有效地實(shí)現了節能，取得了較好的效果。

1某煤礦原存在的主要問(wèn)題

某集團的某煤礦公司井下地質(zhì)條件復雜，涌水量大，排水耗電量較大。主運輸系統未實(shí)現滿(mǎn)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(chǎng)、員工大廈、綜合辦公樓、機采車(chē)間及井下-500和-690中央配電室、主運帶式輸送機等重點(diǎn)區域等，電能浪費現象相當嚴重。

為了有效降低電能消耗，提高設備運行效率，某煤礦利用電能管理系統，對全公司生產(chǎn)、生活用電進(jìn)行Q方位自動(dòng)監測和數據分析，即采用強化用電定額的管理，合理進(jìn)行電能調度，做好調荷避峰工作，促進(jìn)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，降低各種損耗，減少電費開(kāi)支。

2 煤礦電能管理系統的設計

2.1總體架構

礦井電能管理系統采用分層分布式網(wǎng)絡(luò )結構，具有良好的可靠性與實(shí)時(shí)性，主要由現場(chǎng)設備層(電能計量終端) 、通信管理層(數據采集終端) 和主控層(電能管理平臺)3部分組成，見(jiàn)圖1。

圖1 某礦井電能管理系統架構圖

2.2數據的原始采集

數據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(shí)時(shí)采集各主要用電設備用電量。電能質(zhì)量監控終端，其計量精度出廠(chǎng)控制為0.2S級。具有RS485現場(chǎng)總線(xiàn)通信、開(kāi)入與開(kāi)出功能，能實(shí)現“遙信、遙測、遙控"功能，配合開(kāi)出功能，實(shí)現遠程斷電功能，電能質(zhì)量統計分析及擴展Modbus-RTU協(xié)議。主要對35kV變電站，-500中央變電所等區域全部改造安裝電能質(zhì)量監控終端。

2.3數據傳輸

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(guò)以太網(wǎng)口就近接入工業(yè)以太網(wǎng)并傳輸到能控中心。

35kV變電站、-500中心，實(shí)現變電所用電情況的電能質(zhì)量遠程監控。

電參數計量分站主要完成井下高低壓供電系統電能質(zhì)量監控終端與地面能源管理監控系統間的數據交換，實(shí)現轄區當地監控等功能，通過(guò)下行信道自動(dòng)抄收并存儲具有通信功能的智能儀表、質(zhì)量監控終端、采集模塊以及各類(lèi)載波通信終端的電量數據，并采集外部RS485表數據，其下行信道RS485串行通信通道。同時(shí)通過(guò)上行信道與主站或手持設備進(jìn)行數據交換，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，以模塊化設計，通過(guò)更換通信模塊直接改變通信方式，符合IEC國際電工委員會(huì )相關(guān)標準，也符合用電信息采集系統主站與集中器通信協(xié)議、技術(shù)條件和型式規范。

3 電能管理系統

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，電能管理系統實(shí)現電能參量的實(shí)時(shí)采集與網(wǎng)絡(luò )化傳輸，對電能能源進(jìn)行綜合性管理與控制。

可實(shí)現以下功能：

1）實(shí)現尖峰、峰、平、谷各段能源管理，對各段電量進(jìn)行監管，調整負荷分配。

2) 有自動(dòng)抄表計量功能，復費率分時(shí)計費，負荷曲線(xiàn)管理功能。

3) 有事件記錄及查詢(xún)功能，數據采集查詢(xún)分析功能，實(shí)時(shí)監視和報警功能，長(cháng)時(shí)間大負荷監控功能等，電能調度監視功能，檔案管理功能，統計分析功能，報表管理、存儲、打印功能以及提供電量消耗對比圖，可直接顯示不同結算單位的用電量消耗情況，以及某些結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，可直接顯示不同結算單位在同一段時(shí)間內的電費支出情況，以及某些結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采用預警管理

對各能源指標設定區間值，對于區間值內的曲線(xiàn)趨勢預警，對于超過(guò)區間值的告警處理，并對系統設備運行故障情況進(jìn)行分級預警，并提供故障處理預案，見(jiàn)圖3。

圖3 預報警管理圖

通過(guò)對電能數據( 包括統計數據和預測數據)周期性的集中與報告，實(shí)際能源消耗與根據實(shí)際生產(chǎn)參數計算出的預期能源消耗進(jìn)行比較，可提高能源數據測量和計算的可靠性，能源管理機構據此進(jìn)行計劃、觀(guān)測和控制，為節能技術(shù)項目的實(shí)施做出規劃。由于根據生產(chǎn)計劃和電能預測，協(xié)調電能供應和控制，可做到既能滿(mǎn)足生產(chǎn)過(guò)程的能量需求，又合理避免負荷高峰。

能源中心還根據實(shí)時(shí)能源數據庫與歷史能源數據庫，對各個(gè)能源核算單位，針對不同的生產(chǎn)和運行狀態(tài)，采用數據挖掘模型或多元統計方法，計算出能源預測結果，提出能源消耗趨勢。

3.3采用大數據對耗能設備管理

能源管控及調度示意圖如圖4所示。主要是對設備的運行狀態(tài)及使用壽命進(jìn)行預測及預警，為設備的計劃檢修提供依據，并對設備利用率、作業(yè)率、運行記錄、故障記錄等進(jìn)行智能分析。

圖4 能源管控及調度示意圖

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(zhù)整個(gè)電網(wǎng)80%的電能，用戶(hù)端智能化用電管理對用戶(hù)可靠、安全、節約用電有十分重要的意義。構建智能用電服務(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備用電管理解決方案，實(shí)現電網(wǎng)與用戶(hù)的雙向良性互動(dòng)。用戶(hù)端急需解決的研究?jì)热葜饕ǎ罕碛?，智能樓宇、智能電器、增值服?wù)、客戶(hù)用電管理系統、需求側管理等課題。

安科瑞Acrel-3000WEB電能管理解決方案通過(guò)對用戶(hù)端用電情況進(jìn)行細分和統計，以直觀(guān)的數據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(diǎn)或不合理的耗能習慣，有效節約電能，為用戶(hù)進(jìn)一步節能改造或設備升級提供準確的數據支撐。

4.2應用場(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)、金融機構建筑等）；

（3）旅游建筑（賓館飯店、娛樂(lè )場(chǎng)所等）；

（4）科教文衛建筑（文化、教育、科研、醫療衛生、體育建筑等）；

（5）通信建筑（郵電、通信、廣播、電視、數據中心等）；

（6）交通運輸建筑（機場(chǎng)、車(chē)站、碼頭建筑等）。

4.3系統結構

4.4系統功能

4.4.1實(shí)時(shí)監測

系統人機界面友好，以配電一次圖的形式直觀(guān)顯示配電線(xiàn)路的運行狀態(tài)，實(shí)時(shí)監測各回路電壓、電流、功率、功率因數、電能等電參數信息，動(dòng)態(tài)監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。

4.4.2電能統計報表

系統以豐富的報表支撐計量體系的完整性。系統具備定時(shí)抄表匯總統計功能，用戶(hù)可以自由查詢(xún)自系統正常運行以來(lái)任意時(shí)間段內各配電節點(diǎn)的用電情況，即該節點(diǎn)進(jìn)線(xiàn)用電量與各分支回路消耗電量的統計分析報表。該功能使得用電可視透明，并在用電誤差偏大時(shí)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(xún)

在配電一次圖中，當鼠標移動(dòng)到每個(gè)回路附近時(shí)，鼠標指針變?yōu)槭中?，鼠標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(wú)功功率、總功率因數、正向有功電能，并可以查看24小時(shí)相電流趨勢曲線(xiàn)及24小時(shí)電壓趨勢曲線(xiàn)。

4.4.4運行報表

系統具有實(shí)時(shí)電力參數和歷史電力參數的存儲和管理功能，所有實(shí)時(shí)采集的數據、順序事件記錄等均可保存到數據庫，在查詢(xún)界面中能夠自定義需要查詢(xún)的參數、時(shí)間或選擇查詢(xún)更新的記錄數據等，并通過(guò)報表方式顯示出來(lái)。用戶(hù)可以根據需要定制運行日報、月報，支持導出Excel格式文件，還可以根據用戶(hù)要求導出PDF格式文件。

4.4.5變壓器運行監視

系統對配電系統總進(jìn)線(xiàn)、主變壓器、重要負荷出線(xiàn)的運行狀態(tài)進(jìn)行在線(xiàn)實(shí)時(shí)監視，用曲線(xiàn)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(shí)掌握運行水平和用電需求，確保供電安全可靠。

4.4.6實(shí)時(shí)報警

系統具有實(shí)時(shí)報警功能，系統能夠對配電回路斷路器、隔離開(kāi)關(guān)、接地刀分、合動(dòng)作等遙信變位，保護動(dòng)作、事故跳閘，以及電壓、電流、功率、功率因數越限等事件進(jìn)行實(shí)時(shí)監測，并根據事件等級發(fā)出告警。系統報警時(shí)自動(dòng)彈出實(shí)時(shí)報警窗口，并發(fā)出聲音或語(yǔ)音提醒。

4.4.7歷史事件查詢(xún)

系統能夠對遙信變位，保護動(dòng)作、事故跳閘，以及電壓、電流、功率、功率因數越限等事件記錄進(jìn)行存儲和管理，方便用戶(hù)對系統事件和報警進(jìn)行歷史追溯，查詢(xún)統計、事故分析。

4.4.8電能質(zhì)量監測

系統可以對整個(gè)配電系統范圍內的電能質(zhì)量進(jìn)行持續性的監測，運行維護人員可以通過(guò)諧波分析棒圖、報表掌握進(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測功能的電力儀表，不需要可刪除。

4.4.9遙控操作

系統支持對斷路器、隔離開(kāi)關(guān)、接地刀等進(jìn)行分、合遙控操作。系統具有嚴格的密碼保護和操作權限管理功能，對于每次遙控操作，系統自動(dòng)生成操作記錄，記錄內容包含操作人、操作時(shí)間、操作類(lèi)型等。實(shí)現該功能需要斷路器本身具有電操機構及保護保測控裝置具備遙控功能等硬件設備的支持。

4.4.10用戶(hù)權限管理

系統為保障系統安全穩定運行，設置了用戶(hù)權限管理功能。通過(guò)用戶(hù)權限管理能夠防止未經(jīng)授權的操作（如配電回路名稱(chēng)修改等）?？梢远x不同級別用戶(hù)的登錄名、密碼及操作權限，為系統運行、維護、管理提供可靠的安全保障。

4.4.11通訊狀態(tài)圖

系統支持實(shí)時(shí)監視接入系統的各設備的通訊狀態(tài)，能夠完整的顯示整個(gè)系統網(wǎng)絡(luò )結構；可在線(xiàn)診斷設備通訊狀態(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備或元件及其故障部位。從而方便運行維護人員實(shí)時(shí)掌握現場(chǎng)各設備的通訊狀態(tài)，及時(shí)維護出現異常的設備，保證系統的穩定運行。

4.4.12視頻監控

視頻監控展示了當前實(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視頻信息。

4.4.13用戶(hù)報告

用戶(hù)報告頁(yè)面主要用于對選定的變配電站自動(dòng)匯總一個(gè)月的運行數據，對變壓器負荷、配電回路用電量、功率因數、報警事件等進(jìn)行統計分析。

4.4.14 APP支持

電力運維手機支持“監控系統"、“設備檔案"、“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(xiàn)、溫濕度、同比、環(huán)比、電能質(zhì)量、各種事件報警查詢(xún)，設備檔案查詢(xún)、待辦事件處理、巡檢記錄查詢(xún)等。

4.5系統硬件配置清單

5結論

某煤礦采用了電能管理系統的應用，使電能管理部門(mén)通過(guò)網(wǎng)絡(luò )監控電能使用情況及用能單位的能耗數據，提高了企業(yè)電能管理的及時(shí)性、準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用電能管理系統前的1:1.1提高到1:1.5，平均每月節約電費50多萬(wàn)元。

【參考文獻】

1. 曾劍文，卜海濱，韓振興.電能管理系統在東歡坨煤礦的應用.

2. 許登月.電量峰谷比變動(dòng)對基本售電收入貢獻率的數學(xué)推導與證明[J]．科技與產(chǎn)業(yè),2013(9).

3. 安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊2022.05版.