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電力需求側管理及智能電力監控技術在水泥行業錯峰限電中的應用

更新時間：2013-11-08

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蔡舒韜

安科瑞電氣股份有限公司上海嘉定 201801

一、行業用戶用電特性分析

水泥制造隸屬于非金屬礦物制造業目錄下的水泥、石灰和石膏制造業，屬于重工業，指以水泥熟料加入適量石膏或一定混合材料，經研磨設備（水泥磨）磨制到規定的細度制成水凝水泥的生產活動。

該行業日趨大規模生產，其生產工藝流程普遍性，無外乎礦石開采、傳輸～礦石粉碎～回轉旋窯燒制～熟料研磨～成品封裝，生產性質為三班制連續作業。

該行業一般都有110kV或220kV變電站（配保安電源）供電，有的還有余熱自發電廠，變電站降壓后供各分廠。其用電負荷較大，一般在8萬千瓦左右乃至更大；生產性質一般為三班制連續作業。

二、行業用戶參與錯峰限電能力分析

1. 該行業用電負荷大且為連續性負荷，不受時段、季節、氣候影響。

2. 該行業緊急錯峰限電可快速停用水泥磨機、生料磨機等高耗電用電設備負荷，緊急錯峰能力較強，但保窯負荷不能參與緊急錯峰限電。

3. 該行業用戶階段性錯峰可以通過安排集中檢修和減產等方式開展，如采用集中檢修方式，只需保留保窯負荷以及部分生活照明燈等檢修設備用電，一般為1000千瓦左右的檢修負荷即可；如采用停產方式，可以逐步停開生產線，以降低生產負荷，達到錯峰效果。

三、行業用戶參與錯峰限電技術方案

（一）缺口等級IV級參與方案

1. 階段性錯峰：

執行錯峰指令時優先安排部分水泥磨機參與錯峰。完成錯峰指標的前提下，結合自身生產工藝流程可有選擇地在不同時段釋放部分設備負荷。

2. 緊急錯峰

接到錯峰指令后需快速投入可限負荷，優先安排空調照明設備，無法滿足時安排部分水泥磨機參與錯峰，然后根據指令逐步釋放負荷恢復正常生產。

（二）缺口等級III級參與方案

1. 階段性錯峰：

在保證安全的前提下，在執行IV級方案的基礎上，在錯峰時段內全部水泥磨機和部分生料磨機參與錯峰。完成錯峰指標的前提下，結合自身生產工藝流程可有選擇地在不同時段釋放部分設備負荷。

2. 緊急錯峰

1）接到錯峰指令后需快速投入可限負荷，然后根據指令逐步釋放負荷恢復正常生產。

2）在執行IV級方案的基礎上，接到錯峰指令后需快速投入全部水泥磨機限負荷，然后根據指令逐步釋放負荷恢復正常生產。

（三）缺口等級II級參與方案

1. 階段性錯峰：

1）在保證安全的前提下，在執行III級方案的基礎上，在錯峰時段內全部水泥磨機、生料磨機以及礦山遠距離傳輸帶傳送系統參與錯峰。完成錯峰指標的前提下，結合自身生產工藝流程可有選擇地在不同時段釋放部分設備負荷。

2）對于響應時間慢的礦山遠距離傳輸帶傳送系統設備需提前做好參與錯峰準備，保證所有可限負荷全額全時段參與錯峰。

2. 緊急錯峰

1）接到錯峰指令后需快速投入可限負荷，然后根據指令逐步釋放負荷恢復正常生產。

2）在執行III級方案的基礎上，接到錯峰指令后快速投入全部水泥磨機、生料磨機，必要時停運回轉旋窯主動力設備，啟用輔助傳輸設備達到限負荷目的。然后根據指令逐步釋放負荷恢復正常生產。

（四）缺口等級I級參與方案

1. 階段性錯峰：

1）考慮到電力缺口較大，可以安排企業全廠檢修，只保留檢修設備所需的用電負荷。

2）在錯峰時段內首先投入可限負荷高，響應時間快的水泥磨機、生料磨機以及回轉旋窯主動力設備等可限負荷設備；同時逐步投入響應時間慢的礦山遠距離傳輸帶傳送系統，保證所有可限負荷全部參與錯峰。

2. 緊急錯峰

在執行II級方案的基礎上接到錯峰指令后需快速投入水泥磨機、生料磨機以及回轉旋窯主動力設備等可限負荷設備限制負荷，然后根據指令逐步釋放負荷恢復正常生產。

四、行業用戶參與錯峰限電風險及注意事項

1. 停用熟料和原料粉磨系統風險及注意事項

必須提前準備，待所有料排盡后，才能夠停機，否則將導致提升機重載情況下無法開機，或者傳輸斜槽內由于被粉料堵塞，導致再次開機后系統較長時間無法正常傳輸粉料。準備時間一般需要10分鐘。

2. 礦山遠距離傳輸帶傳送系統

必須提前準備，待傳送帶上所有礦料排盡后，才能夠停機，否則將導致提傳輸帶重載情況下無法再次開機。準備時間由傳輸距離決定，一般不少于30分鐘。

3. 回轉旋窯不能夠急停，在主動力設備停止后10分鐘內要啟用回轉旋窯輔助傳動裝置。否則由于回轉旋窯長度達到數十米，在急停的情況下將導致窯體變形，內部耐火磚松動脫落，熟料硬化后堵塞窯體等后果。滿料情況下需要較長時間（72小時）才能將料排空。

因此，該行業參與錯峰不宜采用強制拉電或遙控設備控制限電，企業應制定有效內部應急預案，主動配合錯峰實施，杜絕惡性事故發生，既主動擔負社會責任又將損失降到zui低。

五、智能電力監控的功能與應用

中材萍鄉水泥有限公司是江西省萍鄉市的用電大戶，老生產線每年電費支出達幾千萬人民幣，故用戶非常注重班組用電考核。因安科瑞為其老生產線設計的電能管理系統運行表現良好，4500t/d新生產線的電能管理系統仍由安科瑞設計。

5.1項目概述

中材萍鄉水泥有限公司成立于2008年，注冊資金38861.775萬元，隸屬于中國中材集團，專業從事水泥的生產、銷售。公司目前主要生產：32.5級復合硅酸鹽水泥和42.5級普通硅酸鹽水泥。中材萍鄉水泥有限公司4500t/d熟料水泥生產線項目位于萍鄉市上栗縣福田鎮連陂村，zui終產品為水泥和熟料。項目于2010年5月開工建設，計劃于2011年9月完工，項目靜態總投資2.8億元。

中材萍鄉水泥4500t/d新線的供電由福田鎮*引兩路110kV供電線路至新線總降變電所，通過25000MVA的1#主變和31500MVA的2#主變降壓至10kV并配出到廠區窯頭、窯尾、原料磨、水泥磨、石灰石破碎等各個生產線配電室。試運行階段新生產線由老廠區供電，如今生產線投產，供電線路正常運作，1#主變未投，靠2#主變為整條新線的生產供電。

新生產線10kV配電系統接線方式為三相四線，兩路進線之間設有母聯。總降配電系統一次圖如下：

5.2需求分析

中材萍鄉水泥新線先期針對總降變電所各回路進行電度計量，視生產線使用情況決定是否將電能管理系統擴大至生產線各10kV配電系統，新線0.4kV配電系統設計中不做計量功能。

10kV總降配電室有10kV開關柜27臺，其中19個回路需要做電度計量，而兩臺主變10kV和110kV側及110kV總進線這5個回路需要單獨做電度計量。

3個備用回路將來可能改成余熱利用發電，需計量反向電度。

用戶每兩小時做一次生產用電量記錄，按照每天早中晚三班進行考核，早班時間為8：00am~4:00pm，中班為4:00pm~12:00pm，夜班為0：00am~8:00am。每周將總降變電所數據與生產線配電室數據比對一次，每月與*提供的耗電數據比對，以此作為考核各班組產能能耗的依據。

5.3 系統結構

整個系統采設計了一套Acrel-3000電能管理系統，采用分層分布式結構，即現場設備層、網絡管理層、監控管理層，如圖1所示：

圖1

本項目中，通過在總降10kV開關柜上安裝安科瑞電氣股份有限公司ACR320E系列多功能電力儀表來實現變電所各回路電度計量。另由珠海萬利達在總降二樓中控室使用與開關柜同型號儀表組電度表屏用以計量新線110kV進線、1#2#主變高壓側及低壓側的正向有功、無功電度。此外，在原料磨、水泥磨、窯頭、窯尾、石灰石破碎等處生產線配電室10kV開關柜上也裝有ACR320E系列儀表。電能管理系統先期只將總降配電室和中控室的多功能儀表進行后臺組網，即現場設備層由總降配電室和中控室內所有ACR320E系列儀表組成。現場儀表采用屏蔽雙絞線RVVSP2*1.0作為RS485總線的傳輸介質，每一根485總線上掛接的儀表設備數量不超過20臺，線路總長不超過100米，以此保證數據鏈路的穩定性。本項目中，24塊儀表分成2路，即配電室的19臺儀表和中控室的5臺儀表分別通過一根485總線與后臺系統通訊。

因先期系統較小，通訊管理層設備選取了Korenix所產的4口串口服務器Jetport5604I，可以同時集成4路RS485總線并帶有光電隔離功能。串口服務器安裝在中控室網絡機柜中，通過工業以太網TCP/IP協議與站控管理層連接，以太網傳輸介質為超五類STP屏蔽線。本項目中預留了工業網絡交換機以備今后系統擴容。

站控管理層主要設備是DELL的工作站、山特1KVA的塔式UPS電源以及惠普的A4幅面打印機，操作系統軟件Windows XP SP3，電能管理系統軟件為Acrel-3000系列產品。

本項目全部設備均使用有線式連接，通訊組網施工于新線生產線啟動前完成，在試運行期間完成系統調試，電能管理系統于2011年12月與生產線同時投運。

5.4系統功能

數據采集與管理

配電需要的數據采集主要通過ACR320E網絡多功能儀表、PT、CT等裝置，將現場各用電設備的運行參數，包括：電流、電壓、有功功率、無功功率、功率因數、有功電度等遙測信息及斷路器分合閘狀態等遙信狀態進行采集。儀表均通過485總線連接至智能通訊服務器，并通過以太網接口接入至電能管理主機ACR320E網絡多功能儀表采用RS485接口和MODBUS-RTU通訊協議，RS485采用屏蔽線雙絞線傳輸，接線簡單方便；通訊接口是半雙工通信，數據zui高傳輸速率為10Mbps。RS-485接口是采用平衡驅動器和差分接收器的組合，抗噪聲力增強，總線上允許連接多達32個設備，zui大傳輸距離為1.2km。

信息處理

對信號采集系統所采集實時數據進行統計、分析、計算，將數據進行定時存儲。對同用電單位不同時期、不同用電單位同一時期用電量進行統計；作為電費的管理平臺，與實際發生電費進行比較；根據移動油機發電量，對消耗燃油進行估算。

清晰的反映全廠各個部門的用電構成，建立*部門，通過與*部門的比較，發現偷電、漏電、長明燈、未使用設備下電等環節；對不同的節能方案節能效果的評估，有利于有針對性地選擇節能措施，還可以作為合同能源管理項目的計量系統；

電能報表實現了實現了所有電能數據的按時間查詢，分為分鐘、小時、日、月年等五種類型；

電能匯總表，所有監控設備電能匯總，按時間段查詢，自動計算任意時段用電量；

打印及導出，所有報表及界面均可打印，或以EXCEL、WORD格式導出；

電能報表如圖2所示

圖2

畫面顯示

19寸彩色液晶顯示作為人機交互界面，實時顯示配電系統各種信息畫面，包括各斷路器當前狀態、各回路當前電壓、電流、功率等測量值的實時信息。聲光提示報警信息、保護設備動作及復位信息，詳細界面如圖3所示：

圖3

用電趨勢

負荷趨勢曲線提供了某一段時間內該回路的負荷趨勢，方便管理員掌握用電設備的運行狀況，通過對歷史數據的分析，可為今后新增部門和設備提供科學的用電量估算；通過分析大樓內每個設備的用電量和設備的品牌、型號、使用年限等設備詳細信息來評估設備用電是否合理；通過大樓內各部門用電同比、環比的報表分析，得出各設備用電是否合理；對某一節能設備或技術在使用一定時間后，評測的節能效率是否與當初的預計一致。用電趨勢如圖4所示：

圖4

告警與控制

告警的提示和通知模塊可以將日常監控系統管理模塊統計的異常數據進行分類整理，對超出*電量一定范圍的數據，通過硬件的支持發出聲光、短信、工單等形式的告警，報警查詢界面如圖5所示：

報警提示框顯示報警發生的時間、回路名、回路用途、數據點、數據點說明和報警內容（若是過負荷報警還將顯示被報警的電流值和所設定的報警限值）

圖5

六、主要監控產品

（1）高壓回路或低壓進線回路選ACR330ELH儀表

該表為電能質量分析儀表，主要功能有：LCD顯示、全電參量測量（U、I、P、Q、PF、F、S）；四象限電能計量、復費率電能統計；THDu，THDi、2-31次各次諧波分量；電壓波峰系數、波形因子、電流K系數、電壓與電流不平衡度計算；電網電壓電流正、負、零序分量（含負序電流）測量；4DI+3DO（DO3做過壓、欠壓、過流、不平衡報警）；RS485通訊接口、Modbus協議或DL/T645規約。外形尺寸：120×120mm，開孔尺寸：108×108mm。適用于高壓重要回路或低壓進線柜。

（2）低壓聯絡或出線回路選ACR220EL電力儀表

該表主要功能有：LCD顯示、全電參量測量（U、I、P、Q、PF、F）；四象限電能計量、復費率電能統計、zui大需量統計；4DI+2DO；RS485通訊接口、Modbus協議。外形尺寸：96×96mm，開孔尺寸：88×88mm。適用于低壓聯絡柜、出線柜。

（3）低壓出線柜選ARD系列

該表測量三相電流、定值查詢、定值整定、過載、斷相（不平衡）、堵轉、欠載、外部故障、阻塞、欠壓等保護功能、8DI+4DO、電能管理、漏電保護、SOE記錄、多種起動模式、RS485通訊接口、MODbus協議/Profibus-DP協議可選。

（4）節能產品可選導軌表或APF有源濾波裝置

照明箱DDSF1352電表主要功能：電流規格1.5（6）A、5（20）A、10（40）A、20（80）A可選、復費率電能統計、電能脈沖輸出、RS485通訊接口、Modbus協議或DL/T 645規約可選。外形尺寸：76×89×74mm，4模數。適用于照明箱的電流、電壓測量；單相電能計量。

DTSF1352導軌式電表主要功能：電流規格1.5（6）A、5（20）A、10（40）A、20（80）A可選、復費率電能統計、電能脈沖輸出、RS485通訊接口、Modbus協議或DL/T 645規約可選。外形尺寸：126×89×74mm，7模數。適用于照明箱的三相電能計量。

DTSD1352導軌式電表主要功能：LCD顯示、全電參量測量（U、I、P、Q、PF、F、S）；四象限電能計量、復費率電能統計、zui大需量統計；電流規格1.5（6）A、5（20）A、10（40）A、20（80）A可選、RS485通訊接口、Modbus協議或DL/T 645規約可選。外形尺寸：126×89×74mm，7模數。適用于動力柜。

ANAPF系列有源電力濾波裝置，以并聯方式接入電網，通過實時檢測負載的諧波和無功分量，采用PWM變流技術，從變流器中產生一個和當前諧波分量和無功分量對應的反向分量并實時注入電力系統，從而實現諧波治理和無功補償。

七、設備清單

參考文獻：

[1]安科瑞電氣股份有限公司系統解決方案.2013.1版.

[2]水泥行業錯峰限電技術指導.

作者簡介：

蔡舒韜，女，本科，安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向為電氣火災監控，: 2880157861