安科瑞電能管理系統在工業中的應用
上海安科瑞電氣股份有限公司 嘉定 201801
1 引言
電能消耗是工業生產成本中zui重要的可控部分，合理安排電能分配及使用是降低企業成本的重要途徑。中國的各類工業行業向來是用電大戶，隨著大家對生活品質要求的增加、工業化生產質量的提高、國外技術和成套設備的大量引進，中國的工業生產從過去的低速手工生產發展到高速全自動生產，對電能的消耗是越來越大，因此降低電能的損耗、合理調配電能將直接提高其生產效益。
近20年來，隨著計算機和網絡技術的不斷發展，可靠性的不斷提高，以及價格的大幅度降低，計算機在工業中的應用越來越普及，社會的網絡化程度越來越高。可編程控制器（PLC）配合一個或多個計算機通過現場總線技術構成的邏輯控制管理系統被廣泛地應用到各行各業。對于現今中國越來越多的具有通訊功能的電氣產品，可直接接入現場總線系統中，由PLC直接安全、可靠、合理、優化地監管其停止、運轉等，已達到更多地節省電能損耗。
本文以安科瑞公司的Acrel-3000電能管理軟件，配合ACR220EL/ACR330ELH多功能測量儀表以及各種低壓電器，結合TIP和TIA的核心理念，概述電能管理系統的作用與功能。
2 TIA和TIP是安科瑞面向市場的核心產品戰略
2.1 全集成自動化（TIA）
是基于網絡化的“平臺”理念，通過共同的數據管理、共同的通信以及共同的工程設計環境，實現無縫的互操作性和透明性，是從設計和工程組態、安裝與調試、運行、維護，直至現代化升級和改造的整個產品生命周期得以充分優化，成功的實現了整個自動化系統在生產過程中的橫向和縱向的集成，進而確保減少工程成本，提高生產率，降低產品生命周期成本。
2.2 全集成能源管理（TIP）
是面向工業建筑、商業樓宇、基礎設施以及民用建筑領域，針對配電系統的前期規劃設計、系統裝配、運行與維護，通過提供全系列高質量、模塊化、集成化的節能配電產品和配電監控系統，優化配電系統的設計成本和運行維護成本，有利于運行管理人員利用系統提供的配電實時信息，合理安排設備調度停運、故障預維護、檢修計劃及電耗管理等，從而確保配電系統的安全、經濟運行。
3 應用能源管理案例分析
3.1 監控設備選型
由于每個配電室大部分配電分路都需電能測量儀表進行監控，需要滿足各種常規監控要求，而且還能采集諧波畸變率等，并能實現四遙功能，使得檢測電能質量。所以我們選用ACR330ELH/ACR220EL多功能儀表配合帶有通訊功能的斷路器以及馬達保護器等來進行監控線路情況。
因為ACR330ELH擁有而的測量功能，可提供所需的測量數據。與電源管理程序和程序塊庫相結合，安科瑞提供了一種創新和面向未來的解決方案，可使電能利用得到優化，在能源成本上達到高達20%的節約潛力。
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）動力柜、照明箱選ACR120EL電力儀表或導軌式電表
ADL系列導軌式安裝電能表包括單相復費率電能表和三相復費率電能表。該系列電能表體積小巧，外形美觀，結構模數化，可安裝于35mm標準導軌上。
ADL系列導軌式安裝電能表支持一次接入和二次接入兩種接線方式，不僅可用于低壓配電柜，還可以用在終端配電箱，電流表zui大規格為20（80）A。
ADL系列導軌式安裝電能表不僅在外形和接線上具有靈活方便的特點，而且在功能和性能上也具有下述優點：
a. 計量正反向有功電量，功率潮流方向自動識別并指示，具有4費率及總電能計量功能。
b. 分時復費率功能，日時段可設4費率、8時段，時段內的zui小時間單位為1min。
c. 按月凍結轉存功能，可統計上上月、上月及本月的總用電量和分時電量，用于月用電費的結算及監測用電情況。
d. 實時監測功能，測量顯示電壓、電流、頻率、功率、功率因數。
e. 輸出接口。帶光電隔離的電量脈沖數據輸出接口，可用于校表和實現DCS（集散控制系統）遠傳，RS485通訊接口可以實現遠程抄表和負荷監測。
3.2電能管理需求分析及系統構成
某公司廠房共有一期配電房1個、二期配電房2個，提供全廠的生產、照明、空調用電及其它用電等。原有配電系統只在全廠總進線回路上裝有電力部門的電度表，管理者只能從每個月電力部門提供的用電總數值得知本月電量能耗，至于電能都用在了什么地方，有沒有電能浪費，節能措施有沒有收到應有的效果，企業管理者不是很清楚。亟待一個合理的電能考核機制來實現電能的科學管理。
針對以上問題，并根據客戶要求，對原有配電系統進行了改造，改造后的Acrel-3000電能管理系統，不僅能實現對各配電回路的遠程監控和集中管理，而且還實現了根據各監控設備進行分類電能統計、復費率電能統計、8小時班組能耗統計、日能耗統計和月耗電能統計，自動計算出單位產量能耗用電，為科學地節能管理提供了依據。
3.2.1 項目分析
該電能管理系統是在原有變配電柜基礎上增加帶通訊接口的電能表，將電量參數遠傳至監控中心，從而實現集中遠程監控和管理的一個低壓配電改造項目。
要實現對每一臺機器用電量的統計，及對每一出線回路電能數據的采集，在每一出線回路安裝一塊電能計量表，但目前市場上的電能計量表普遍采用傳統的壁掛式安裝方式，體積大，安裝不方便。該公司原有配電系統的配電柜均為抽屜柜，在原有抽屜柜面板上已經安裝了電流表和信號指示燈，安裝空間非常狹小，不可能在抽屜面板上增加任何傳統的電能表。抽屜內部安裝的元器件已非常緊密，再安裝傳統電能表或數字式電力網絡儀表都是不可能的。
如果從每個回路互感器引出測量線路，重新制作新電表箱放置在配電柜旁邊，將電能表集中安裝在電表箱里呢？這種方法會使電表箱到配電柜的線纜特別多，鑒于該公司廠房配電回路數較多，安裝接線比較麻煩，且以后的檢修維護也會比較困難，增加如此多的電纜線和新增加的電表箱也會增加了用戶的經濟成本，因此這種方法是不可取的。
綜合考慮儀表安裝、調試及后期維護等多種因素，zui終選用ADL系列導軌式安裝電能表。該系列儀表可以很方便地安裝在配電柜背面的導軌上，不需要對配電柜重新開孔，也不用將大量的電纜引出到新的電表箱中，安裝方便又節約了大量電纜和電表箱的成本，而且這種一對一式的測量，對于將來系統的檢修維護也是非常清晰方便的。
ADL系列導軌式電能表均帶有標準的RS485通訊接口，采用Modbus RTU標準通訊協議，通過儀表的通訊接口將儀表組網，zui終實現在監控中心進行集中監控和管理。
3.2.2 系統構成
該電能管理改造系統采用分層分布式計算機網絡結構，即間隔層、通訊層和站控層，如圖1所示。
圖1 電能管理系統結構示意圖
儀表之間采用屏蔽雙絞線進行總線型連接，通過通訊擴展卡進入監控主機。圖2所示為ADL儀表通訊電纜接線示意圖。通過對配電系統的二次設備進行組網，經由通訊網絡到達監控主機，將分散的配電所的現場設備連接為一個整體。
圖2 ADL儀表通訊電纜接線示意圖
監控中心配置監控計算機、打印機、UPS電源及必要的輔助設備，Acrel-3000電能管理軟件完成對各臺電能表的遠程采集和數據的集中處理。
3.3 軟件實現及系統功能
3.3.1 軟件實現
上位機軟件采用Acrel- 3000組態軟件，通過軟件進行設備配置、數據庫變量配置、界面設計等，完成了在上位機軟件監控及電能管理的功能。
3.3.2 系統功能
整個系統實現了對一期配電房和二期配電房所有回路電能的采集和統計，遠程自動抄表、電能統計等功能，包括：
a. 遠程電量參數測量，包括實時電能、分攤電能、總電能以及按各監控設備統計電能。
b. 運行狀態監測，通訊異常報警提示。
c. 用戶管理，不同用戶權限具備不同操作功能，各級權限具有口令修改操作功能和權限防誤功能。
d. 電能報表，實現了所有電能報表的按時間查詢，分為分鐘、小時、班組、日、月五種類型，包括總、尖、峰、平、谷復費率電能及用電量。
e. 電能柱形圖，任意回路電能實時電能柱形圖顯示，包括總、尖、峰、平、谷電能。
f. 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。
g. 單位能耗，自動計算單位產量能耗，并可打印及導出。單位產量能耗計算界面如圖3所示。
h. 打印及導出，所有報表及界面均可打印，或以EXCEL、WORD格式導出。
圖3 單片能耗報表
4 結束語
該系統已調試完畢并驗收，目前已成功投入運行，系統軟件畫面刷新時間小于1s，遙信處理準確率大于99.9％，整個系統運行安全、穩定，大地方便了用戶的使用。
ADL導軌式電能表的應用對于準確計量電能、節省安裝空間、節約工程成本，均具有現實意義，對比傳統的壁掛式電度表，其體積小巧、外形簡潔、接線方式靈活、安裝方便，為電能管理系統的改造簡單化、集中化提供了方便。
該系統*按照客戶要求對各個監控設備進行分別計算，計算共同設備的電能分攤數及單位產量能耗數，并做了分鐘、小時、日、月4種類型報表。方便的電能數據庫報表大地減少了用戶進行電能抄表人力的投入，為管理者進行內部計量考核提供了直觀的依據，為進一步的節能管理及節能措施的實施打下了基礎。
參考文獻：
[1]上海安科瑞電氣股份有限公司產品手冊.2011.10版.
[2]西門子電能管理系統在工業中的應用產品手冊
如需了解，請！
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：徐霜 ：
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