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，以及加快建設資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會的要求，進一步加強企業(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，國家質(zhì)監(jiān)總局和國家標準化管理委員會發(fā)布了GB/T8222-2008《用電設備電能平衡通則》，浙江、上海等地2009年已陸續(xù)開展企業(yè)電能平衡測試。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)量的電能進入用電體系后的分布與利用情況，即用電體系的各個環(huán)節(jié)利用了多少電能，損失了多少電能。目的是通過普查、統(tǒng)計、測試、計算等手段，揭示企業(yè)在整個生產(chǎn)過程中各個用電環(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)上找出使用中的問題，制定節(jié)電措施和整改規(guī)劃。通過改造舊設備，加強科學管理，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新的水平。現(xiàn)實意義有：摸清用電設備家底，了解設備運行狀況以及損耗所在；掌握用電水平；找出企業(yè)設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、利用進行考核、測量、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)系的全過程。
　　有功電能平衡測試的方法有兩種：
　　正平衡法又稱直接平衡法，即運用測試和計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，即運用測試和計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。所以電量應使用電能表測定，對于穩(wěn)定負荷可利用輸入功率與輸出功率來求其電能利用率。企業(yè)電能平衡是在企業(yè)正常生產(chǎn)情況下進行的，它反映的不一定是企業(yè)用電設備的額定效率，而是實際運行狀況時的使用效率。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進行平衡，一般企業(yè)電能平衡的時間取代表年。企業(yè)電能平衡的測算誤差不得超過10%。

2 　電能平衡方法
　　通過對工業(yè)企業(yè)內(nèi)部的主要電器設備，如變壓器、電機（如泵、風機、空壓機）、照明設備、電纜、電熱設備、整流設備、空調(diào)制冷設備等電器及整個配電系統(tǒng)，采用智能電工儀器進行實時監(jiān)測，采集設備與系統(tǒng)的電流、溫度、功率、功率因素、有功電度、無功電度等用電信息，建立工業(yè)企業(yè)電能平衡信息管理系統(tǒng)。系統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu)如下：

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

3 　管理系統(tǒng)功能
3.1  人機交互界面
　　系統(tǒng)具有友好的全中文人機交互界面。標準的變配電系統(tǒng)具有CAD一次單線圖顯示中、低壓配電網(wǎng)絡的接線情況；龐大的系統(tǒng)具有多畫面切換及畫面導航的功能；分散的配電系統(tǒng)具有空間地理平面的系統(tǒng)主畫面。
　　系統(tǒng)主畫面的一次接線圖顯示工程名稱、開關(guān)柜編號、回路編號及回路名稱等信息，其中回路的名稱可由系統(tǒng)級管理員自定義更改；畫面還可顯示SOE事件實時記錄窗口、系統(tǒng)功能快捷鍵、當前操作人員、系統(tǒng)當前時間及系統(tǒng)運行天數(shù)等信息；空間地理平面的主畫面顯示了該工程區(qū)域內(nèi)各變電箱的地理位置等信息。
　　系統(tǒng)主畫面可直觀顯示各回路的運行狀態(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交互界面并實時刷新，如變壓器進線，重要出線的電壓、電流、功率、頻率等；一般出線的三相電流信息等；還可通過調(diào)用重要回路子畫面查看該回路的詳細電參量信息。

3.2  用戶管理
　　系統(tǒng)提供了多級管理權(quán)措施，對不同級別的用戶賦予不同權(quán)限，從而保證系統(tǒng)在運行過程中的安全性和可靠性。如對某重要回路的合/分閘操作，需操作員級用戶輸入操作口令外，還需工程師級用戶輸入確認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)級管理員可完成該系統(tǒng)所設計的所有操作動作，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)可實時和定時采集現(xiàn)場設備的各電參量及開關(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、開關(guān)位置、設備運行狀態(tài)等），將采集到的數(shù)據(jù)或直接顯示、或通過統(tǒng)計計算生成新的直觀的數(shù)據(jù)信息再顯示（總系統(tǒng)功率、負荷zui大值、功率因數(shù)上下限等），并對重要信息量進行數(shù)據(jù)庫存儲。對現(xiàn)場設備的操作（如合/分閘控制、電容投切等）可進行本地手動操作和遠程控制操作等，并具有權(quán)限保護，防誤閉鎖功能，可根據(jù)開關(guān)量和模擬量的組合實現(xiàn)閉鎖。

3.4  趨勢曲線分析
　　系統(tǒng)對采集的電參量進行分類識別并將必要參量存儲至數(shù)據(jù)庫，對所有參量存儲可達兩年，電能參量的存儲可達三年以上，并可根據(jù)用戶需求及硬件配置更改存儲時間。
　　系統(tǒng)提供了實時曲線和歷史趨勢兩種曲線分析界面，通過調(diào)用相關(guān)回路實時曲線界面分析該回路當前的運行負荷狀況。如通過調(diào)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(tǒng)的歷史趨勢即系統(tǒng)對所有已存數(shù)據(jù)均可查看其歷史趨勢，方便工程人員對監(jiān)測的配電網(wǎng)絡進行質(zhì)量分析。
3.5  用電設備能效管理
　　系統(tǒng)可以記錄變壓器負載率和損耗；電纜損耗和線損率；電動機效率和機組能效比；電動機和泵效率；電動機和風機效率；電動機效率和空壓機負載率；電動機效率；照明容量、數(shù)量和年耗電量；電熱設備負載率和損耗；整流設備損耗和用電量等用電設備信息。
3.6  電能管理與報表打印
　　系統(tǒng)具有標準的電能報表格式并可根據(jù)用戶需求設計符合其需要的報表格式，系統(tǒng)可自動統(tǒng)計。可自動生成各種類型的實時運行運行報表、歷史報表、事件故障及告警記錄報表、操作記錄報表等，可以查詢和打印系統(tǒng)記錄的所有數(shù)據(jù)值，自動生成電能的日、月、季、年度報表，根據(jù)復費率的時段及費率的設定值生成電能的費率報表，查詢打印的起點、間隔等參數(shù)可自行設置；系統(tǒng)設計還可根據(jù)用戶需求量身定制滿足不同要求的報表輸出功能。

3.7  事件記錄和故障報警
　　系統(tǒng)對所有用戶操作、開關(guān)變位、參量越限及其它用戶實際需求的事件均具有祥細的記錄功能，包括事件發(fā)生的時間位置，當前值班人員事件是否確認等信息，對開關(guān)變位、參量越限等信息還具有聲音報警功能，同時自動對運行設備發(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)進戶點開始，按供電路徑查清電氣設備、用電設備的家底。如變壓器、線路、電動機、風機、水泵、空壓機、制冷機等主要用電設備的容量、型號、主要性能參數(shù)、分布、工況等情況逐臺登記，建立臺賬，畫出全廠用電的線路圖。
4.2  基礎(chǔ)測試
　　根據(jù)《上海市工業(yè)企業(yè)電能平衡信息管理系統(tǒng)》所要求填寫的項目進行基礎(chǔ)測試，基礎(chǔ)測試主要依靠企業(yè)現(xiàn)場配備的電力和熱工儀表進行。其中，運行數(shù)據(jù)中的平均電流要能代表該設備的正常生產(chǎn)時的平均值，需根據(jù)現(xiàn)場電力儀表（電流表）結(jié)合設備運行特點通過統(tǒng)計方法進行確定。
4.3  鎖定
　　根據(jù)普查臺賬和初步測試結(jié)果填寫《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)測試評估
　　對鎖定的系統(tǒng)運用測試儀器設備進行現(xiàn)場測試，在測試的基礎(chǔ)上結(jié)合系統(tǒng)日常運行記錄數(shù)據(jù)和運行特點，對系統(tǒng)節(jié)能潛力進行量化分析，提出解決方案，并進行經(jīng)濟性比較。
4.5  整改
　　針對普查中和測算分析中發(fā)現(xiàn)的問題，制定整改規(guī)劃。做到邊查邊改，邊測邊改，堵塞浪費漏洞，并落實節(jié)電措施。

5 　測試內(nèi)容和范圍
5.1  基礎(chǔ)測試
　　基礎(chǔ)測試主要利用現(xiàn)場儀表和便攜式儀表進行，測試范圍原則上要包括變壓器、配電線路、電動機、電熱設備、整流設備和照燈具等所有供配電系統(tǒng)和用電系統(tǒng)，以運行的電數(shù)據(jù)為主。電力變壓器要求全部測試，電纜要求采集16mm2以上的電纜數(shù)據(jù)。填寫軟件時小于5.5kw的電動機設備和小于8kw的電熱和整流設備可批量填寫軟件。
5.2  系統(tǒng)診斷
　　診斷測試以電機系統(tǒng)為主，通過測試結(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)能改造方案并進行分析。根據(jù)本次電能平衡的工作要求，每個企業(yè)至少完成2個電機系統(tǒng)的節(jié)能診斷評估，對于年耗電量大于50萬kwh的泵、風機和空壓機系統(tǒng)、年耗電量大于100萬kwh的制冷空調(diào)系統(tǒng)和年耗電量大于30萬kwh的其他電機系統(tǒng)作為，根據(jù)基礎(chǔ)測試的結(jié)果和對節(jié)能潛力初步分析確定節(jié)能潛力zui大的兩個系統(tǒng)進行診斷評估。

6 　電力監(jiān)控儀表在電能平衡中的應用

7 　電能平衡工作成果
7.1  企業(yè)供用電設備的管理，幫助進一步摸清了家底。量化了各類型用電設備的耗電情況，見下圖。

7.2  提供節(jié)能技改項目的實施數(shù)據(jù)
　　以上海近2年工業(yè)企業(yè)電能平衡試點為例，共完成各類節(jié)能診斷項目21個（其中，泵系統(tǒng)5個，空壓機系統(tǒng)6個，制冷機系統(tǒng)項目4個，照明系統(tǒng)1個，電加熱項目4個，21個診斷項目的總節(jié)能潛力為1588萬kwh/年，占總節(jié)能量的86.55%，診斷項目的節(jié)能潛力占企業(yè)總耗電量的6.27%。預計投入3581萬元，年經(jīng)濟效益1076萬元，平均投資回收期3.33年。

8 　報價方案

9 　結(jié)束語
　　在信息化快速發(fā)展的今天，采用現(xiàn)場總線、光纖環(huán)網(wǎng)或無線通訊（Zigbee物聯(lián)網(wǎng)）中的一種或多種結(jié)合，優(yōu)化組網(wǎng)方式，實現(xiàn)配電智能監(jiān)控，用電設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、一個變電所的主變及各個電壓等級的電能平衡，大到整個企業(yè)的電能平衡。它不僅減少了大量的人力和物力，還能及時發(fā)現(xiàn)問題，為計算電能平衡的準確性和及時性提供保證。