工業(yè)企業(yè)電能平衡解決方案

0 　引言
根據(jù)《節(jié)約能源法》、《節(jié)約用電管理辦法》等法律、法規(guī)的規(guī)定，以及加快建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)的要求，進(jìn)一步加強(qiáng)企業(yè)用電需求側(cè)管理，提高電能利用效率引起了各方的關(guān)注，質(zhì)監(jiān)總局和標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)發(fā)布了GB/T8222-2008《用電設(shè)備電能平衡通則》，浙江、上海等地2009年已陸續(xù)開(kāi)展企業(yè)電能平衡測(cè)試。上海市經(jīng)信委在2009、2010年連續(xù)兩年發(fā)布了用電企業(yè)電能平衡工作的通知。電能平衡是研究與分析一定數(shù)量的電能進(jìn)入用電體系后的分布與利用情況，即用電體系的各個(gè)環(huán)節(jié)利用了多少電能，損失了多少電能。目的是通過(guò)普查、統(tǒng)計(jì)、測(cè)試、計(jì)算等手段，揭示企業(yè)在整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中各個(gè)用電環(huán)節(jié)的電能使用情況，研究分析哪些是合理使用，哪些是不合理使用，哪些損失是必要的，哪些損失是不必要的。在此基礎(chǔ)上找出使用中的問(wèn)題，制定節(jié)電措施和整改規(guī)劃。通過(guò)改造舊設(shè)備，加強(qiáng)科學(xué)管理，采用新產(chǎn)品、新工藝、新技術(shù)、新材料等手段降低產(chǎn)品用電單耗，使企業(yè)電能利用率提高到一個(gè)新的水平。現(xiàn)實(shí)意義有：摸清用電設(shè)備家底，了解設(shè)備運(yùn)行狀況以及損耗所在；掌握用電水平；找出企業(yè)設(shè)備和管理中的薄弱環(huán)節(jié)，制定節(jié)電規(guī)劃；使用電管理人員和具體測(cè)試人員的技術(shù)素質(zhì)得到提高，培養(yǎng)一批技術(shù)管理人員。

1 　電能平衡的基本概念及原則
電能平衡是供電電量在用電系統(tǒng)內(nèi)的輸送、轉(zhuǎn)換、利用進(jìn)行考核、測(cè)量、分析和研究，并建立供給電量、電量和損失用電量之間平衡關(guān)系的全過(guò)程。
有功電能平衡測(cè)試的方法有兩種：
正平衡法又稱直接平衡法，即運(yùn)用測(cè)試和計(jì)算方法直接求得用電體系的輸入有功電量和利用電量，而體系損失的有功電量即為二者之差。
反平衡法又稱間接平衡法，即運(yùn)用測(cè)試和計(jì)算方法直接求得用電體系的輸入有功電量和體系損失的各項(xiàng)有功電量，而體系利用電量即為二者之差。
電能平衡的原則是：電能平衡的理論基礎(chǔ)是能量守恒定律，是電能“收入”與“支出”的平衡；電能平衡是能量平衡而不是功率平衡。所以電量應(yīng)使用電能表測(cè)定，對(duì)于穩(wěn)定負(fù)荷可利用輸入功率與輸出功率來(lái)求其電能利用率。企業(yè)電能平衡是在企業(yè)正常生產(chǎn)情況下進(jìn)行的，它反映的不一定是企業(yè)用電設(shè)備的額定效率，而是實(shí)際運(yùn)行狀況時(shí)的使用效率。電能平衡可取用某一代表日、某正常生產(chǎn)月、某正常生產(chǎn)季度或某一年的用電量來(lái)進(jìn)行平衡，一般企業(yè)電能平衡的時(shí)間取代表年。企業(yè)電能平衡的測(cè)算誤差不得超過(guò)10%。

2 　電能平衡方法
通過(guò)對(duì)工業(yè)企業(yè)內(nèi)部的主要電器設(shè)備，如變壓器、電機(jī)（如泵、風(fēng)機(jī)、空壓機(jī)）、照明設(shè)備、電纜、電熱設(shè)備、整流設(shè)備、空調(diào)制冷設(shè)備等電器及整個(gè)配電系統(tǒng)，采用智能電工儀器進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，采集設(shè)備與系統(tǒng)的電流、溫度、功率、功率因素、有功電度、無(wú)功電度等用電信息，建立工業(yè)企業(yè)電能平衡信息管理系統(tǒng)。系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如下：

　　系統(tǒng)管理根據(jù)工業(yè)企業(yè)現(xiàn)場(chǎng)情況，采用現(xiàn)場(chǎng)總線、光纖環(huán)網(wǎng)或無(wú)線通訊（Zigbee物聯(lián)網(wǎng)）中的一種或多種結(jié)合，優(yōu)化組網(wǎng)方式；實(shí)現(xiàn)配電智能監(jiān)控，用電設(shè)備信息集抄和管理。減輕專職人員工作量，提高工效。

3 　管理系統(tǒng)功能
3.1  人機(jī)交互界面
系統(tǒng)具有友好的全中文人機(jī)交互界面。標(biāo)準(zhǔn)的變配電系統(tǒng)具有CAD一次單線圖顯示中、低壓配電網(wǎng)絡(luò)的接線情況；龐大的系統(tǒng)具有多畫(huà)面切換及畫(huà)面導(dǎo)航的功能；分散的配電系統(tǒng)具有空間地理平面的系統(tǒng)主畫(huà)面。
系統(tǒng)主畫(huà)面的一次接線圖顯示工程名稱、開(kāi)關(guān)柜編號(hào)、回路編號(hào)及回路名稱等信息，其中回路的名稱可由系統(tǒng)級(jí)管理員自定義更改；畫(huà)面還可顯示SOE事件實(shí)時(shí)記錄窗口、系統(tǒng)功能快捷鍵、當(dāng)前操作人員、系統(tǒng)當(dāng)前時(shí)間及系統(tǒng)運(yùn)行天數(shù)等信息；空間地理平面的主畫(huà)面顯示了該工程區(qū)域內(nèi)各變電箱的地理位置等信息。
系統(tǒng)主畫(huà)面可直觀顯示各回路的運(yùn)行狀態(tài)，并具有回路帶電、非帶電及故障著色的功能。主要電參量直接顯示于人機(jī)交互界面并實(shí)時(shí)刷新，如變壓器進(jìn)線，出線的電壓、電流、功率、頻率等；一般出線的三相電流信息等；還可通過(guò)調(diào)用回路子畫(huà)面查看該回路的詳細(xì)電參量信息。

3.2  用戶管理
系統(tǒng)提供了多級(jí)管理權(quán)措施，對(duì)不同級(jí)別的用戶賦予不同權(quán)限，從而保證系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中的性和可靠性。如對(duì)某回路的合/分閘操作，需操作員級(jí)用戶輸入操作口令外，還需工程師級(jí)用戶輸入確認(rèn)口令后方可完成該操作。
系統(tǒng)一般保留zui高管理權(quán)限—系統(tǒng)管理員，系統(tǒng)級(jí)管理員可完成該系統(tǒng)所設(shè)計(jì)的所有操作動(dòng)作，還具有添加新用戶，分配用戶權(quán)限，刪除用戶等功能。

3.3  采集處理與控制
系統(tǒng)可實(shí)時(shí)和定時(shí)采集現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的各電參量及開(kāi)關(guān)量狀態(tài)（包括三相電壓、電流、功率、功率因數(shù)、頻率、電能、溫度、開(kāi)關(guān)位置、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)等），將采集到的數(shù)據(jù)或直接顯示、或通過(guò)統(tǒng)計(jì)計(jì)算生成新的直觀的數(shù)據(jù)信息再顯示（總系統(tǒng)功率、負(fù)荷zui大值、功率因數(shù)上下限等），并對(duì)信息量進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)。對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的操作（如合/分閘控制、電容投切等）可進(jìn)行本地手動(dòng)操作和遠(yuǎn)程控制操作等，并具有權(quán)限保護(hù)，防誤閉鎖功能，可根據(jù)開(kāi)關(guān)量和模擬量的組合實(shí)現(xiàn)閉鎖。

3.4  趨勢(shì)曲線分析
系統(tǒng)對(duì)采集的電參量進(jìn)行分類識(shí)別并將必要參量存儲(chǔ)至數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)所有參量存儲(chǔ)可達(dá)兩年，電能參量的存儲(chǔ)可達(dá)三年以上，并可根據(jù)用戶需求及硬件配置更改存儲(chǔ)時(shí)間。
系統(tǒng)提供了實(shí)時(shí)曲線和歷史趨勢(shì)兩種曲線分析界面，通過(guò)調(diào)用相關(guān)回路實(shí)時(shí)曲線界面分析該回路當(dāng)前的運(yùn)行負(fù)荷狀況。如通過(guò)調(diào)用某配出回路的實(shí)時(shí)曲線可分析該回路的電氣設(shè)備所引起的信號(hào)波動(dòng)情況。系統(tǒng)的歷史趨勢(shì)即系統(tǒng)對(duì)所有已存數(shù)據(jù)均可查看其歷史趨勢(shì)，方便工程人員對(duì)監(jiān)測(cè)的配電網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行質(zhì)量分析。
3.5  用電設(shè)備能效管理
系統(tǒng)可以記錄變壓器負(fù)載率和損耗；電纜損耗和線損率；電動(dòng)機(jī)效率和機(jī)組能效比；電動(dòng)機(jī)和泵效率；電動(dòng)機(jī)和風(fēng)機(jī)效率；電動(dòng)機(jī)效率和空壓機(jī)負(fù)載率；電動(dòng)機(jī)效率；照明容量、數(shù)量和年耗電量；電熱設(shè)備負(fù)載率和損耗；整流設(shè)備損耗和用電量等用電設(shè)備信息。
3.6  電能管理與報(bào)表打印
系統(tǒng)具有標(biāo)準(zhǔn)的電能報(bào)表格式并可根據(jù)用戶需求設(shè)計(jì)符合其需要的報(bào)表格式，系統(tǒng)可自動(dòng)統(tǒng)計(jì)。可自動(dòng)生成各種類型的實(shí)時(shí)運(yùn)行運(yùn)行報(bào)表、歷史報(bào)表、事件故障及告警記錄報(bào)表、操作記錄報(bào)表等，可以查詢和打印系統(tǒng)記錄的所有數(shù)據(jù)值，自動(dòng)生成電能的日、月、季、年度報(bào)表，根據(jù)復(fù)費(fèi)率的時(shí)段及費(fèi)率的設(shè)定值生成電能的費(fèi)率報(bào)表，查詢打印的起點(diǎn)、間隔等參數(shù)可自行設(shè)置；系統(tǒng)設(shè)計(jì)還可根據(jù)用戶需求量身定制滿足不同要求的報(bào)表輸出功能。

3.7  事件記錄和故障報(bào)警
系統(tǒng)對(duì)所有用戶操作、開(kāi)關(guān)變位、參量越限及其它用戶實(shí)際需求的事件均具有祥細(xì)的記錄功能，包括事件發(fā)生的時(shí)間位置，當(dāng)前值班人員事件是否確認(rèn)等信息，對(duì)開(kāi)關(guān)變位、參量越限等信息還具有聲音報(bào)警功能，同時(shí)自動(dòng)對(duì)運(yùn)行設(shè)備發(fā)送控制指令或提示值班人員迅速排除故障。

4 　電能平衡步驟
4.1  普查
從電網(wǎng)進(jìn)戶點(diǎn)開(kāi)始，按供電路徑查清電氣設(shè)備、用電設(shè)備的家底。如變壓器、線路、電動(dòng)機(jī)、風(fēng)機(jī)、水泵、空壓機(jī)、制冷機(jī)等主要用電設(shè)備的容量、型號(hào)、主要性能參數(shù)、分布、工況等情況逐臺(tái)登記，建立臺(tái)賬，畫(huà)出全廠用電的線路圖。
4.2  基礎(chǔ)測(cè)試
根據(jù)《上海市工業(yè)企業(yè)電能平衡信息管理系統(tǒng)》所要求填寫(xiě)的項(xiàng)目進(jìn)行基礎(chǔ)測(cè)試，基礎(chǔ)測(cè)試主要依靠企業(yè)現(xiàn)場(chǎng)配備的電力和熱工儀表進(jìn)行。其中，運(yùn)行數(shù)據(jù)中的平均電流要能代表該設(shè)備的正常生產(chǎn)時(shí)的平均值，需根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)電力儀表（電流表）結(jié)合設(shè)備運(yùn)行特點(diǎn)通過(guò)統(tǒng)計(jì)方法進(jìn)行確定。
4.3  鎖定
根據(jù)普查臺(tái)賬和初步測(cè)試結(jié)果填寫(xiě)《上海市工業(yè)企業(yè)電能平衡信息管理系統(tǒng)》軟件，鎖定節(jié)能潛力。
4.4  系統(tǒng)測(cè)試評(píng)估
對(duì)鎖定的系統(tǒng)運(yùn)用測(cè)試儀器設(shè)備進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，在測(cè)試的基礎(chǔ)上結(jié)合系統(tǒng)日常運(yùn)行記錄數(shù)據(jù)和運(yùn)行特點(diǎn)，對(duì)系統(tǒng)節(jié)能潛力進(jìn)行量化分析，提出解決方案，并進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性比較。
4.5  整改
針對(duì)普查中和測(cè)算分析中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題，制定整改規(guī)劃。做到邊查邊改，邊測(cè)邊改，堵塞浪費(fèi)漏洞，并落實(shí)節(jié)電措施。

5 　測(cè)試內(nèi)容和范圍
5.1  基礎(chǔ)測(cè)試
基礎(chǔ)測(cè)試主要利用現(xiàn)場(chǎng)儀表和便攜式儀表進(jìn)行，測(cè)試范圍原則上要包括變壓器、配電線路、電動(dòng)機(jī)、電熱設(shè)備、整流設(shè)備和照燈具等所有供配電系統(tǒng)和用電系統(tǒng)，以運(yùn)行的電數(shù)據(jù)為主。電力變壓器要求全部測(cè)試，電纜要求采集16mm2以上的電纜數(shù)據(jù)。填寫(xiě)軟件時(shí)小于5.5kw的電動(dòng)機(jī)設(shè)備和小于8kw的電熱和整流設(shè)備可批量填寫(xiě)軟件。
5.2  系統(tǒng)診斷
診斷測(cè)試以電機(jī)系統(tǒng)為主，通過(guò)測(cè)試結(jié)合企業(yè)歷史記錄，深入分析系統(tǒng)的節(jié)能潛力，提高節(jié)能改造方案并進(jìn)行投資回報(bào)分析。根據(jù)本次電能平衡的工作要求，每個(gè)企業(yè)至少完成2個(gè)電機(jī)系統(tǒng)的節(jié)能診斷評(píng)估，對(duì)于年耗電量大于50萬(wàn)kwh的泵、風(fēng)機(jī)和空壓機(jī)系統(tǒng)、年耗電量大于100萬(wàn)kwh的制冷空調(diào)系統(tǒng)和年耗電量大于30萬(wàn)kwh的其他電機(jī)系統(tǒng)作為，根據(jù)基礎(chǔ)測(cè)試的結(jié)果和對(duì)節(jié)能潛力初步分析確定節(jié)能潛力zui大的兩個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行診斷評(píng)估。

6 　電力監(jiān)控儀表在電能平衡中的應(yīng)用

7 　電能平衡工作成果
7.1  促進(jìn)企業(yè)供用電設(shè)備的管理，幫助進(jìn)一步摸清了家底。量化了各類型用電設(shè)備的耗電情況，見(jiàn)下圖。

7.2  提供節(jié)能技改項(xiàng)目的實(shí)施數(shù)據(jù)
以上海近2年工業(yè)企業(yè)電能平衡試點(diǎn)為例，共完成各類節(jié)能診斷項(xiàng)目21個(gè)（其中，泵系統(tǒng)5個(gè)，空壓機(jī)系統(tǒng)6個(gè)，制冷機(jī)系統(tǒng)項(xiàng)目4個(gè)，照明系統(tǒng)1個(gè)，電加熱項(xiàng)目4個(gè)，21個(gè)診斷項(xiàng)目的總節(jié)能潛力為1588萬(wàn)kwh/年，占總節(jié)能量的86.55%，診斷項(xiàng)目的節(jié)能潛力占企業(yè)總耗電量的6.27%。預(yù)計(jì)投入3581萬(wàn)元，年經(jīng)濟(jì)效益1076萬(wàn)元，平均投資回收期3.33年。

8 　報(bào)價(jià)方案

9 　結(jié)束語(yǔ)
在信息化快速發(fā)展的今天，采用現(xiàn)場(chǎng)總線、光纖環(huán)網(wǎng)或無(wú)線通訊（Zigbee物聯(lián)網(wǎng)）中的一種或多種結(jié)合，優(yōu)化組網(wǎng)方式，實(shí)現(xiàn)配電智能監(jiān)控，用電設(shè)備的信息集抄和管理。做好電能平衡工作，它可以做到小到一條線路、一個(gè)變電所的主變及各個(gè)電壓等級(jí)的電能平衡，大到整個(gè)企業(yè)的電能平衡。它不僅減少了大量的人力和物力，還能及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，為計(jì)算電能平衡的準(zhǔn)確性和及時(shí)性提供保證。
 

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