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電力需求側管理及智能電力監控技術在煉焦行業錯峰限電中的應用

更新時間：2013-12-30

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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

煉焦行業，是指生產、經營焦炭，以及對焦炭生產過程中產生的煤氣、煤焦油、粗苯等伴生物進行回收、加工所形成的行業，焦化產品廣泛用于化學工業、醫藥工業、耐火材料工業和國防工業，近年來，鋼鐵工業高速發展帶動了中國煉焦業快速增長。

煉焦行業其用電負荷特點：

1) 大部分設備都需要連續運轉，如焦爐、循環水系統、煤氣回收裝置等；

2) 部分可間歇性生產，如機加工設備、上煤配煤系統。

煉焦生產用電屬一、二級用電負荷，電源應為雙路電源。兩路電源應為主備方式供電。為了滿足生產用電，煉焦生產供配電系統一般設置兩個車間變電所～煤焦變電所、回收變電所。

煉焦行業用戶設備分類表

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. 緊急錯峰限電可以快速停用辦公、照明、電腦傳真機等辦公用電設備，在晚峰時，可以間隔停開廠區照明燈等設備，并停用一些輔助生產設備，例如：制冷機組、空調器、鍋爐，但以不影響安全為前提。緊急錯峰能力弱，凈化回收設備：如橫管初冷器、電捕焦油器、旋風捕焦油器、洗氨塔、洗苯塔、脫硫塔等重要（高危）用電負荷，不適宜參與快速錯避峰。

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，只需保留車間照明、事故照明、檢修照明等檢修設備用電，一般保留1000千瓦左右的檢修負荷即可；如采用停產方式，可以逐步停開煉焦設備及配套輔助系統，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：

在保證安全的前提下，在8:00～22：00停開焦爐作悶爐處理，減少產量，從而達到錯峰效果。

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) 優先安排空調系統、辦公及照明系統錯峰，然后根據指令逐步釋放負荷。

（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8:00～22：00加停部分機加工設備參與錯峰，焦爐作悶爐處理，進一步減少產量，從而滿足錯峰要求。

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，追加部分機加工設備參與錯峰，降低部分生產負荷，從而滿足錯峰要求，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8:00～22：00加停全部機加工設備、上煤配煤系統設備進一步減少產量，從而滿足錯峰要求。

2) 對于響應時間慢的凈化回收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，快速停止全部機加工設備、上煤配煤系統設備從而滿足錯峰要求，然后根據指令逐步釋放負荷。

（四）缺口等級I級參與方案

1. 階段性錯峰：

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. 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) 考慮到該行業生產的安全性以及恢復生產的難易程度，在執行II級方案基礎上，不再追加限制其他生產設備。然后根據指令逐步釋放負荷。

四、行業用戶參與錯峰限電風險及注意事項

1. 該行業生產企業生產區內的爐體、消防等部位遭遇突然停電，容易導致煤氣出現泄漏，從而造成環境污染，嚴重可導致相關人員發生中毒事故或較大的經濟損失，建議采用集中生產，集中檢修的方式，提前完成本月生產任務，月末剩余天數避峰或年度檢修。

2. 從安全角度出發，如凈化產品回收車間（煤氣凈化），如果突發停電，將導致重大事故，原因：自焦爐出來的煤氣達82℃，如停電，風機停運，煤氣溢出，會發生爆炸以及中毒等人身傷亡。對于焦爐，如停電，焦爐將報廢，同樣煤氣也可能發生爆炸。

因此，該行業用戶應及早制定有效應急預案，參與錯峰時應主動配合錯峰實施，及時與供電企業溝通，宜采取檢修或輪休等方式，避免采用強制拉電或遙控設備控制限電，杜絕惡性事故發生，主動擔負社會責任的同時又將損失降到zui低。

五、智能電力監控的功能與應用

5.1項目概況

印度烏塔姆（Uttam）鋼公司在馬哈拉施特拉邦Wardha（Wardha地區有著豐富的煤炭和鐵礦石資源，交通便利，有公路和鐵路通過）建設年產量為50萬噸的生鐵廠，配套項目包括一座燒結廠和一座50萬噸焦化廠，整個項目預計投資110億盧比（2.28億美元）。

50萬噸焦化廠建設內容包括備煤車間、煉焦車間、煤氣凈化車間等生產設施以及配套的公用輔助設施；作為其他廠區的能源供應區，配電安全方面顯得尤其重要，要求也更高，在電力操控方面必須要求安全、可靠、快捷，依靠人工現場操控已經不能滿足該項目的實際要求。安科瑞電氣股份有限公司承上海德力西公司委托，至印度焦化廠現場施工調試智能電力系統；主要完成對焦化廠內的6.6KV配電系統和0.4KV配電系統進行集中監控，確保焦化廠供電系統正常運行。

5.2 系統結構

①現場設備層

如圖1所示為6.6KV系統拓撲圖，6.6KV高壓配電柜主要包含2臺進線柜（主進線柜、備用進線柜）、2臺PT柜、4臺變壓器出線柜、2臺電動機出線柜、1臺母聯備自投柜。在該系統中，安科瑞電氣股份有限公司為滿足用戶在高壓回路回路的要求且本著為用戶節約成本的原則，現場設備層配置：在2路進線柜上為其選用我公司2臺ACRM4-F綜合保護（LCD顯示、線路保護測控裝置、測控一體化裝置、故障錄波、SOE事件記錄、遠程通訊等功能）；在2臺電動機出線柜上為其選用我公司2臺ACRM4-M綜合保護（LCD顯示、電動機保護、測控一體化裝置、故障錄波、SOE事件記錄、遠程通訊等功能）；在4臺變壓器出線柜上為其選用我公司4臺ACRM4-T綜合保護（LCD顯示、配變電保護測控裝置、測控一體化裝置、故障錄波、SOE事件記錄、遠程通訊等功能）；在2臺PT柜上為其選用我公司2臺ACRM4-U（LCD顯示、兩段PT供電切換，PT柜的全面綜合保護、測控一體化裝置、故障錄波、SOE事件記錄、遠程通訊等功能）；在1臺母聯備自投柜上為其選用我公司1臺ACRM5-B（LCD顯示，備自投保護、測控一體化裝置、故障錄波、SOE事件記錄、遠程通訊等功能）。

如圖2所示為0.4KV系統A拓撲圖，主要監測水泵房內三相電流、電壓、電度等電參量。安科瑞電氣股份有限公司根據客戶的需求，給該配電所配有PZ42-E4的電力儀表，該電力儀表可以測量三相電流、三相電壓、有功、無功、功率因數、電度等，嵌入式安裝方式；*了客戶的要求，且安裝方便，性價比高。

如圖3所示為0.4KV系統B拓撲圖，主要監測備煤車間、煉焦車間等電動機電力參數。用戶主要查看電動機三相電流、電壓、電度等電參量以及查看電動機運行狀態及修改定值等。

安科瑞電氣股份有限公司根據客戶的需求，同樣給該配電所配有PZ42-E4的電力儀表來采集現場電參量（在電動機保護回路上配有其他廠家馬達保護裝置）

②通訊管理層

通訊管理層：采用中國臺灣MOXA CP134U-I通訊擴展卡，具有超過800 Kbps 數據吞吐量，效能*，4口具備ADDC™ RS-422/485接口速率高達921.6 Kbps，4線 RS-485傳輸距離zui長可達1.2 km，內建15 KV ESD 突波保護或可選擇2 KV光電隔離保護，支持128 byte FIFO驅動程序和內建軟硬件流量控制，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驅動，提供節省空間的low profile通訊多串口卡可供選擇。

③站控管理層

配置為EVOC IPC-810B Core2 2.66G /1G/160G +鍵鼠+音箱等。

深圳研祥工業計算機（IPC810B），完成對整個電站的計算機監控系統的管理，數據庫管理，在線及離線計算，運行監視控制，各圖表曲線的生成，數據報表等系統監測等功能。

計算機主要配置：

CPU：PIV 3.0

內存：1G

硬盤：監控工作站160G

顯示器：三星19寸寬屏LCD顯示

接口：1000M以太網、RS232接口、LPT口、BNC視頻輸出接口、4個PCI、2個USB口，聲卡，14槽工業級底板等

DVD/VCD光驅刻錄機

4U標準上架式機箱

漫步者音箱一套（用于音響報警）

該計算機為工業計算機，大風量風扇設計，開門抽拉可拆換濾網，散熱可靠、維護簡便、特殊的抗震措施，保證機器在惡劣工業環境中正常工作；

UPS電源為C1KS/1KVA 待機30分鐘塔式

5.3系統功能

(a)用戶權限管理

針對不同級別的用戶，設置不同的權限，防止因人為誤操作給生產、生活帶來的損失，實現配電系統的安全，可靠運行。通過用戶管理進行用戶登錄、用戶注銷、修改密碼、添加刪除等操作，方便用戶對賬號和權限的修改。

用戶權限管理在本項目中顯得尤其重要，因為在6.6KV系統中要對現場的所有綜合保護實行控制，高權限的設定保障了現場操作的規范性合格性，同時具有操作票設置，規范了對高壓柜遠程操控的順序。

(b)系統6.6KV主界面

系統提供簡單、易用、良好的用戶使用界面。采用全英文界面，CAD圖形顯示配電系統電氣一次主接線圖，顯示配電系統設備狀態及相應實時運行參數，畫面定時輪巡切換；畫面實時動態刷新；模擬量顯示；開關量顯示；連續記錄顯示等。

在6.6KV系統一次圖上，通過畫面顏色的變化（紅色表示合閘狀態、綠色表示分閘狀態、灰色表示手車分離狀態）可以看到現場斷路器運行狀態、手車位置、接地刀閘狀態、彈簧儲能狀態等。

登錄普通權限用戶，通過主界面的操作，可以查看6.6KV各回路運行的電參量（電流、電壓、有功、無功、功率因數、電度、）；登錄zui高權限用戶，可以實現對現場斷路器實現分合閘控制，查看綜保定值，在線修改定值等功能。

具有友好的人機界面，在0.4KV系統A和0.4KV系統B主界面，登錄普通權限用戶，可以查看現場水泵房以及2臺運行變壓器工作的電參量，方便客戶查看回路各類電參量，主要包括：電流、電壓、電度等。

(d)系統遙信狀態報警

在配電系統發生運行故障時，會及時發出聲光報警提示用戶及時響應故障回路，同時自動記錄事件發生的時間和回路名稱，以便用戶查詢，追憶故障原因。

(e)趨勢曲線分析

系統提供了實時曲線和歷史趨勢兩種曲線的分析界面，通過調用相關回路實時曲線界面分析該回路當前的負荷運行狀況。如通過調用某配出回路的實時曲線可分析該回路的電氣設備所引起的信號波動情況。系統的歷史趨勢即系統對所有已存儲數據均可查看其歷史趨勢，方便工程人員對監測的配電網絡進行質量分析。

(f)報表統計

系統采集的有功電度數據，按照回路名稱的不同，自動生成報表并有報表打印功能，可對某一回路的某一時間段內的用電量進行查詢與打印，同時這些報表也能以Excel的格式導

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。

ARD

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]煉焦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