0引言

隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，電能供應(yīng)日趨緊張，電能消耗也越來越大，煤礦企業(yè)既是產(chǎn)能大戶，又是耗能大戶，為實(shí)現(xiàn)煤礦企業(yè)內(nèi)部挖潛，降低生產(chǎn)成本，節(jié)約能源、節(jié)約用電已刻不容緩。

傳統(tǒng)的煤礦用電管理比較粗放，如帶式輸送機(jī)、刮板輸送機(jī)、泵站、潛水泵等設(shè)備在無人工作時(shí)?？蛰d運(yùn)行，造成比較嚴(yán)重的浪費(fèi)。對(duì)此，以某煤礦為例，通過對(duì)電能管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)的搭建，數(shù)據(jù)采集、分析以及管理平臺(tái)建設(shè)等，大大地提高了電量峰容比，有效地實(shí)現(xiàn)了節(jié)能，取得了較好的效果。

1某煤礦原存在的主要問題

某集團(tuán)的某煤礦公司井下地質(zhì)條件復(fù)雜，涌水量大，排水耗電量較大。主運(yùn)輸系統(tǒng)未實(shí)現(xiàn)滿負(fù)荷運(yùn)行，有壓風(fēng)、通風(fēng)、采掘、水源熱泵等諸多大型耗電設(shè)備。在地面有110kV 變電站、提升機(jī)房、壓風(fēng)機(jī)房、洗衣機(jī)房、洗煤廠、員工大廈、綜合辦公樓、機(jī)采車間及井下-500和-690中央配電室、主運(yùn)帶式輸送機(jī)等重點(diǎn)區(qū)域等，電能浪費(fèi)現(xiàn)象相當(dāng)嚴(yán)重。

為了有效降低電能消耗，提高設(shè)備運(yùn)行效率，某煤礦利用電能管理系統(tǒng)，對(duì)全公司生產(chǎn)、生活用電進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)分析，即采用強(qiáng)化用電定額的管理，合理進(jìn)行電能調(diào)度，做好調(diào)荷避峰工作，促進(jìn)電能資源的優(yōu)化配置，以提高負(fù)荷率、用電峰谷比和功率因數(shù)，降低各種損耗，減少電費(fèi)開支。

2 煤礦電能管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

2.1總體架構(gòu)

礦井電能管理系統(tǒng)采用分層分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，具有良好的可靠性與實(shí)時(shí)性，主要由現(xiàn)場設(shè)備層(電能計(jì)量終端) 、通信管理層(數(shù)據(jù)采集終端) 和主控層(電能管理平臺(tái))3部分組成，見圖1。

圖1 某礦井電能管理系統(tǒng)架構(gòu)圖

2.2數(shù)據(jù)的原始采集

數(shù)據(jù)采集利用智能電能計(jì)量終端，全礦井安裝智能電量計(jì)量終端100臺(tái)，實(shí)時(shí)采集各主要用電設(shè)備用電量。電能質(zhì)量監(jiān)控終端，其計(jì)量精度出廠控制為0.2S級(jí)。具有RS485現(xiàn)場總線通信、開入與開出功能，能實(shí)現(xiàn)“遙信、遙測(cè)、遙控"功能，配合開出功能，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程斷電功能，電能質(zhì)量統(tǒng)計(jì)分析及擴(kuò)展Modbus-RTU協(xié)議。主要對(duì)35kV變電站，-500中央變電所等區(qū)域全部改造安裝電能質(zhì)量監(jiān)控終端。

2.3數(shù)據(jù)傳輸

各電能計(jì)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)，通過以太網(wǎng)口就近接入工業(yè)以太網(wǎng)并傳輸?shù)侥芸刂行摹?/span>

35kV變電站、-500中心，實(shí)現(xiàn)變電所用電情況的電能質(zhì)量遠(yuǎn)程監(jiān)控。

電參數(shù)計(jì)量分站主要完成井下高低壓供電系統(tǒng)電能質(zhì)量監(jiān)控終端與地面能源管理監(jiān)控系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)交換，實(shí)現(xiàn)轄區(qū)當(dāng)?shù)乇O(jiān)控等功能，通過下行信道自動(dòng)抄收并存儲(chǔ)具有通信功能的智能儀表、質(zhì)量監(jiān)控終端、采集模塊以及各類載波通信終端的電量數(shù)據(jù)，并采集外部RS485表數(shù)據(jù)，其下行信道RS485串行通信通道。同時(shí)通過上行信道與主站或手持設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，其上行信道采用公用通信網(wǎng)，支持客戶端、服務(wù)器兩種通信模式，以模塊化設(shè)計(jì)，通過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(biāo)準(zhǔn)，也符合用電信息采集系統(tǒng)主站與集中器通信協(xié)議、技術(shù)條件和型式規(guī)范。

3 電能管理系統(tǒng)

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(tǒng)實(shí)現(xiàn)電能參量的實(shí)時(shí)采集與網(wǎng)絡(luò)化傳輸，對(duì)電能能源進(jìn)行綜合性管理與控制。

可實(shí)現(xiàn)以下功能：

1）實(shí)現(xiàn)尖峰、峰、平、谷各段能源管理，對(duì)各段電量進(jìn)行監(jiān)管，調(diào)整負(fù)荷分配。

2) 有自動(dòng)抄表計(jì)量功能，復(fù)費(fèi)率分時(shí)計(jì)費(fèi)，負(fù)荷曲線管理功能。

3) 有事件記錄及查詢功能，數(shù)據(jù)采集查詢分析功能，實(shí)時(shí)監(jiān)視和報(bào)警功能，長時(shí)間大負(fù)荷監(jiān)控功能等，電能調(diào)度監(jiān)視功能，檔案管理功能，統(tǒng)計(jì)分析功能，報(bào)表管理、存儲(chǔ)、打印功能以及提供電量消耗對(duì)比圖，可直接顯示不同結(jié)算單位的用電量消耗情況，以及某些結(jié)算單位所消耗電量在全部消耗中的比重。還有電費(fèi)支出對(duì)比圖，可直接顯示不同結(jié)算單位在同一段時(shí)間內(nèi)的電費(fèi)支出情況，以及某些結(jié)算單位支出電費(fèi)在全部電費(fèi)支出中的比例。

圖2 生產(chǎn)用電管理圖

3.2采用預(yù)警管理

對(duì)各能源指標(biāo)設(shè)定區(qū)間值，對(duì)于區(qū)間值內(nèi)的曲線趨勢(shì)預(yù)警，對(duì)于超過區(qū)間值的告警處理，并對(duì)系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行故障情況進(jìn)行分級(jí)預(yù)警，并提供故障處理預(yù)案，見圖3。

圖3 預(yù)報(bào)警管理圖

通過對(duì)電能數(shù)據(jù)( 包括統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和預(yù)測(cè)數(shù)據(jù))周期性的集中與報(bào)告，實(shí)際能源消耗與根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)參數(shù)計(jì)算出的預(yù)期能源消耗進(jìn)行比較，可提高能源數(shù)據(jù)測(cè)量和計(jì)算的可靠性，能源管理機(jī)構(gòu)據(jù)此進(jìn)行計(jì)劃、觀測(cè)和控制，為節(jié)能技術(shù)項(xiàng)目的實(shí)施做出規(guī)劃。由于根據(jù)生產(chǎn)計(jì)劃和電能預(yù)測(cè)，協(xié)調(diào)電能供應(yīng)和控制，可做到既能滿足生產(chǎn)過程的能量需求，又合理避免負(fù)荷高峰。

能源中心還根據(jù)實(shí)時(shí)能源數(shù)據(jù)庫與歷史能源數(shù)據(jù)庫，對(duì)各個(gè)能源核算單位，針對(duì)不同的生產(chǎn)和運(yùn)行狀態(tài)，采用數(shù)據(jù)挖掘模型或多元統(tǒng)計(jì)方法，計(jì)算出能源預(yù)測(cè)結(jié)果，提出能源消耗趨勢(shì)。

3.3采用大數(shù)據(jù)對(duì)耗能設(shè)備管理

能源管控及調(diào)度示意圖如圖4所示。主要是對(duì)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)及使用壽命進(jìn)行預(yù)測(cè)及預(yù)警，為設(shè)備的計(jì)劃檢修提供依據(jù)，并對(duì)設(shè)備利用率、作業(yè)率、運(yùn)行記錄、故障記錄等進(jìn)行智能分析。

圖4 能源管控及調(diào)度示意圖

4 安科瑞Acrel-3000WEB電能管理解決方案

4.1概述

用戶端消耗著整個(gè)電網(wǎng)80%的電能，用戶端智能化用電管理對(duì)用戶可靠、安全、節(jié)約用電有十分重要的意義。構(gòu)建智能用電服務(wù)體系，全面推廣用戶端智能儀表、智能用電管理終端等設(shè)備用電管理解決方案，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)與用戶的雙向良性互動(dòng)。用戶端急需解決的研究內(nèi)容主要包括：表計(jì)，智能樓宇、智能電器、增值服務(wù)、客戶用電管理系統(tǒng)、需求側(cè)管理等課題。

安科瑞Acrel-3000WEB電能管理解決方案通過對(duì)用戶端用電情況進(jìn)行細(xì)分和統(tǒng)計(jì)，以直觀的數(shù)據(jù)和圖表向管理人員或決策層展示各分項(xiàng)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(xí)慣，有效節(jié)約電能，為用戶進(jìn)一步節(jié)能改造或設(shè)備升級(jí)提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支撐。

4.2應(yīng)用場所

（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、金融機(jī)構(gòu)建筑等）；

（3）旅游建筑（賓館飯店、娛樂場所等）；

（4）科教文衛(wèi)建筑（文化、教育、科研、衛(wèi)生、體育建筑等）；

（5）通信建筑（郵電、通信、廣播、電視、數(shù)據(jù)中心等）；

（6）交通運(yùn)輸建筑（機(jī)場、車站、碼頭建筑等）。

4.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

4.4系統(tǒng)功能

4.4.1實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)

系統(tǒng)人機(jī)界面友好，以配電一次圖的形式直觀顯示配電線路的運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各回路電壓、電流、功率、功率因數(shù)、電能等電參數(shù)信息，動(dòng)態(tài)監(jiān)視各配電回路斷路器、隔離開關(guān)、地刀等合、分狀態(tài)，以及有關(guān)故障、告警等信號(hào)。

4.4.2電能統(tǒng)計(jì)報(bào)表

系統(tǒng)以豐富的報(bào)表支撐計(jì)量體系的完整性。系統(tǒng)具備定時(shí)抄表匯總統(tǒng)計(jì)功能，用戶可以自由查詢自系統(tǒng)正常運(yùn)行以來任意時(shí)間段內(nèi)各配電節(jié)點(diǎn)的用電情況，即該節(jié)點(diǎn)進(jìn)線用電量與各分支回路消耗電量的統(tǒng)計(jì)分析報(bào)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(hù)計(jì)量體系的正確性。

4.4.3詳細(xì)電參量查詢

在配電一次圖中，當(dāng)鼠標(biāo)移動(dòng)到每個(gè)回路附近時(shí)，鼠標(biāo)指針變?yōu)槭中?，鼠?biāo)單擊可查看該回路詳細(xì)電參量，包括三相電流、三相電壓、三相總有功功率、總無功功率、總功率因數(shù)、正向有功電能，并可以查看24小時(shí)相電流趨勢(shì)曲線及24小時(shí)電壓趨勢(shì)曲線。

4.4.4運(yùn)行報(bào)表

系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)電力參數(shù)和歷史電力參數(shù)的存儲(chǔ)和管理功能，所有實(shí)時(shí)采集的數(shù)據(jù)、順序事件記錄等均可保存到數(shù)據(jù)庫，在查詢界面中能夠自定義需要查詢的參數(shù)、時(shí)間或選擇查詢更新的記錄數(shù)據(jù)等，并通過報(bào)表方式顯示出來。用戶可以根據(jù)需要定制運(yùn)行日?qǐng)?bào)、月報(bào)，支持導(dǎo)出Excel格式文件，還可以根據(jù)用戶要求導(dǎo)出PDF格式文件。

4.4.5變壓器運(yùn)行監(jiān)視

系統(tǒng)對(duì)配電系統(tǒng)總進(jìn)線、主變壓器、重要負(fù)荷出線的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行在線實(shí)時(shí)監(jiān)視，用曲線顯示電流、變壓器運(yùn)行溫度、有功需量、有功功率、視在功率、變壓器負(fù)荷率等運(yùn)行趨勢(shì)，分析變壓器負(fù)荷率及損耗，方便運(yùn)行維護(hù)人員及時(shí)掌握運(yùn)行水平和用電需求，確保供電安全可靠。

4.4.6實(shí)時(shí)報(bào)警

系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)報(bào)警功能，系統(tǒng)能夠?qū)ε潆娀芈窋嗦菲?、隔離開關(guān)、接地刀分、合動(dòng)作等遙信變位，保護(hù)動(dòng)作、事故跳閘，以及電壓、電流、功率、功率因數(shù)越限等事件進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并根據(jù)事件等級(jí)發(fā)出告警。系統(tǒng)報(bào)警時(shí)自動(dòng)彈出實(shí)時(shí)報(bào)警窗口，并發(fā)出聲音或語音提醒。

4.4.7歷史事件查詢

系統(tǒng)能夠?qū)b信變位，保護(hù)動(dòng)作、事故跳閘，以及電壓、電流、功率、功率因數(shù)越限等事件記錄進(jìn)行存儲(chǔ)和管理，方便用戶對(duì)系統(tǒng)事件和報(bào)警進(jìn)行歷史追溯，查詢統(tǒng)計(jì)、事故分析。

4.4.8電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)

系統(tǒng)可以對(duì)整個(gè)配電系統(tǒng)范圍內(nèi)的電能質(zhì)量進(jìn)行持續(xù)性的監(jiān)測(cè)，運(yùn)行維護(hù)人員可以通過諧波分析棒圖、報(bào)表掌握進(jìn)線、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(yīng)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(jiān)測(cè)功能的電力儀表，不需要可刪除。

4.4.9遙控操作

系統(tǒng)支持對(duì)斷路器、隔離開關(guān)、接地刀等進(jìn)行分、合遙控操作。系統(tǒng)具有嚴(yán)格的密碼保護(hù)和操作權(quán)限管理功能，對(duì)于每次遙控操作，系統(tǒng)自動(dòng)生成操作記錄，記錄內(nèi)容包含操作人、操作時(shí)間、操作類型等。實(shí)現(xiàn)該功能需要斷路器本身具有電操機(jī)構(gòu)及保護(hù)保測(cè)控裝置具備遙控功能等硬件設(shè)備的支持。

4.4.10用戶權(quán)限管理

系統(tǒng)為保障系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，設(shè)置了用戶權(quán)限管理功能。通過用戶權(quán)限管理能夠防止未經(jīng)授權(quán)的操作（如配電回路名稱修改等）?？梢远x不同級(jí)別用戶的登錄名、密碼及操作權(quán)限，為系統(tǒng)運(yùn)行、維護(hù)、管理提供可靠的安全保障。

4.4.11通訊狀態(tài)圖

系統(tǒng)支持實(shí)時(shí)監(jiān)視接入系統(tǒng)的各設(shè)備的通訊狀態(tài)，能夠完整的顯示整個(gè)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；可在線診斷設(shè)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(shè)備或元件及其故障部位。從而方便運(yùn)行維護(hù)人員實(shí)時(shí)掌握現(xiàn)場各設(shè)備的通訊狀態(tài)，及時(shí)維護(hù)出現(xiàn)異常的設(shè)備，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

4.4.12視頻監(jiān)控

視頻監(jiān)控展示了當(dāng)前實(shí)時(shí)畫面（視頻直播），選中某一個(gè)變配電站，即可查看該變配電站內(nèi)視頻信息。

4.4.13用戶報(bào)告

用戶報(bào)告頁面主要用于對(duì)選定的變配電站自動(dòng)匯總一個(gè)月的運(yùn)行數(shù)據(jù)，對(duì)變壓器負(fù)荷、配電回路用電量、功率因數(shù)、報(bào)警事件等進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

4.4.14 APP支持

電力運(yùn)維手機(jī)支持“監(jiān)控系統(tǒng)"、“設(shè)備檔案"、“待辦事項(xiàng)"、“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、溫濕度、同比、環(huán)比、電能質(zhì)量、各種事件報(bào)警查詢，設(shè)備檔案查詢、待辦事件處理、巡檢記錄查詢等。

4.5系統(tǒng)硬件配置清單

5結(jié)論

某煤礦采用了電能管理系統(tǒng)的應(yīng)用，使電能管理部門通過網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控電能使用情況及用能單位的能耗數(shù)據(jù)，提高了企業(yè)電能管理的及時(shí)性、準(zhǔn)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(yīng)用電能管理系統(tǒng)前的1:1.1提高到1:1.5，平均每月節(jié)約電費(fèi)50多萬元。

參考文獻(xiàn)

[1]曾劍文,卜海濱,韓振興.電能管理系統(tǒng)在東歡坨煤礦的應(yīng)用.

[2]許登月.電量峰谷比變動(dòng)對(duì)基本售電收入貢獻(xiàn)率的數(shù)學(xué)推導(dǎo)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(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè)2022.05版.