電力需求側管理及智能電力監控技術在金屬制品行業錯峰限電中的應用

繆建梅

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

金屬制品業行業按國民生產行業可細分為金屬結構制造業（包括制造建筑用金屬結構、構件，金屬橋梁結構、鐵塔、鐵架、金屬支柱、水閘等）、鑄鐵管制造業、化工、木材、非金屬加工專用設備制造、工具制造業：（①切削工具制造業（重）：包括鉆頭、鉸刀、齒輪刀具、螺紋刀具、車刀、鋸片等金屬切削工具的生產。量具量儀的生產不列入本類，列入量具量儀制造業；②模具制造業：包括制造各種金屬模具等； ③手工具制造業（輕）：包括制造各種扳手、鉗子、錘子，挫刀、旋具、鋸條及鐵、木、泥瓦工工具等；。

該行業分類很細，是較冶煉及壓延行業來說規模相對較小且用電負荷普遍不是很大（除個別例外），利用金屬為原料通過熔煉、鍛造、軋制、沖壓等工序完成成品制造，與冶煉及壓延行業極具類似性，生產性質一般為三班制連續作業。

金屬制品行業用戶設備分類表

類別	主要設備	備注
非生產性負荷	辦公照明、辦公電器、分體及中央空調、生活用電（食堂電飯車、電水爐等）、廠區照明及亮化	一般
輔助生產負荷	傳動液壓泵、傳送帶電機、行車、車間通風軸流風機、電焊機	一般
主要生產性負荷	高、中頻加熱爐、切割機、擠壓機、沖壓機、焊接機	重要
安全保障負荷	電熱爐循環冷卻水泵、爐體支撐升降液壓泵、空壓機、車間設備照明、消防及治安用電設備	重要

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，全年無需全面停產檢修，因此在全年其他時間都是有負荷可限的。

2. 緊急錯峰限電對于該行業難度較大，因其整個生產流程以整條流水線為主體，且中間主要耗電設備高、中頻加熱爐（占總負荷70%）、響應時間較長需兩小時。

3. 該行業用戶階段性錯峰時可結合生產狀況按要求停止部分流水線即停用其中一條或多條乃至全部。

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：

在執行錯峰指令、完成錯峰指標的前提下，留用流水線生產設備同時，結合自身生產工藝流程可有選擇地在不同時段投入不同的輔助生產設備錯峰。由于階段性錯峰具有前瞻性，可提前開始準備，調整生產班次分時段停用響應時間長的設備。如：在非錯峰時段增加輔助設備的使用，錯峰各時段分別減少輔助設備使用以達到10%以減負效果。同時減少辦公用電等非生產性設備使用起到節能輔助效果。

2. 緊急錯峰

接到錯峰指令后快速停用所有可停輔助設備，如：行車、電焊機等可間斷使用設備，同時減少非生產性設備節能輔助。

（二） 缺口等級III級參與方案

1. 階段性錯峰：

由于錯峰級別升高（即錯峰指標增加），可以在沿用IV級階段性錯峰方案的基礎上安排停用流水線，如有2條或以上的可以停用一條多條以達到減負10～15%的效果。

2. 緊急錯峰：

接到錯峰指令后沿用IV級緊急錯峰方案，并采用Ⅲ級階段性錯峰方案的方法,逐步停用流水線。

（三） 缺口等級II級參與方案

1. 階段性錯峰：

隨著錯峰等級的進一步提升，必須安排停用其主耗電設備高、中頻加熱爐。

2. 緊急錯峰：

接到錯峰指令后沿用IV級緊急錯峰方案，并采用Ⅲ級階段性錯峰方案的方法,并增加停用流水線數量。

（四） 缺口等級I級參與方案

1. 階段性錯峰：

由有負荷缺口已至最高等級，需要企業盡最大能力支持錯峰。

1) 安排全面停產，設備作年度檢修；或調整休息日階段性輪休。

2) 如上述方案有切實困難或實施上述方案后仍需參與錯峰時，可以繼續采用Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ級階段性錯峰方案及方法盡可能投入最大可控負荷以滿足20%以上錯峰需要。

2. 緊急錯峰：

在未停產的情況下，接到錯峰指令后沿用IV級緊急錯峰方案，然后根據錯峰要求安排停用流水線。

四、 行業用戶參與錯峰限電風險及注意事項

該行業屬高危行業，需注意防止以下事故發生：

1. 失電將使得高、中頻爐等的循環冷卻系統、支撐及轉動系統失效，無法冷卻將使爐體受損；無法舉升傾轉動清空爐料，會使爐料固結在爐內也會使爐體損壞，這都將直接影響恢復周期，造成重大損失；

2. 失電會對生產流水線直接造成損壞，如電腦部件、聯動裝置等；嚴重的會導致整條流水線報廢造成重大損失。

3. 后續切割機、擠壓機、沖壓機等生產設備也會應失電卡死，受到不同程度損壞，材料和產品報廢乃至造成人員傷害。

因此，該行業用戶參與錯峰不宜采用強制拉電或遙控設備控制限電，企業應制定有效應急預案，主動配合錯峰實施，杜絕惡性事故發生，既擔負社會責任又將損失降到最低。

五、智能電力監控的功能與應用

蘇州某金屬制品廠電能管理系統的配電系統，10/0.4kV配電系統進行用電監測與電能管理；監測范圍為新建變電所的T1、T2變壓器進線柜，聯絡柜，溫控儀，高壓側儀表及綜保進行遠程實時監控和電能管理。該系統總計有31只儀表（其中包括26只智能電測儀表ACR220EL，3只中壓保護裝置AM5，2只溫控儀WHD），分3條總線，都是直接通過屏蔽雙絞線走管道拉至值班室連接到主機擴展卡上，實現總線上儀表與監控主機的數據連通。

5.1網絡結構拓撲圖

本監控系統采用分層分布式結構，即站控層，通訊層與間隔層；如圖（1）所示：

間隔設備層主要為：多功能網絡電力儀表、開關量、模擬量采集模塊和智能斷路器等。這些裝置分別對應相應的一次設備安裝在電氣柜內，這些裝置均采用RS485通訊接口，通過現場MODBUS總線組網通訊，實現數據現場采集。

網絡通訊層主要為：通訊服務器，其主要功能為把分散在現場采集裝置集中采集，同時

站控管理層：設有高性能工業計算機、顯示器、UPS電源、打印機、報警蜂鳴器等設備。監控系統安裝在計算機上，集中采集顯示現場設備運行狀況，以人機交互的形式顯示給用戶。

 以上網絡儀表均采用RS485接口和MODBUS-RTU通訊協議，RS485采用屏蔽線傳輸，一般都采用二根連線，接線簡單方便；通訊接口是半雙工通信即通信的雙方都可以接收、發送數據但是在同一時刻只能發送或接收數據，數據最高傳輸速率為10Mbps。RS485接口是采用平衡驅動器和差分接收器的組合，抗噪聲干擾能力增強，總線上允許連接多達32個設備，最大傳輸距離為1.2km。

5.2系統功能

5.2.1系統主界面

系統主監控畫面，主要實時監測高壓回路的運行狀態，紅色代表合閘，綠色代表分閘，斷路器變位時會發出報警信號，提醒用戶及時處理故障。本項目10KV高壓段采用AM5保護器，軟件界面實時顯示綜保的運行狀態，實時顯示綜保的測量參數。

圖（2） 高壓系統一次圖

低壓配電二次圖，功能有電量遙測主要監測運行設備的電參量，其中包括：線三相電壓，電流，功率，功率因數，電能，頻率等電參量及配出回路的三相電流；遙信功能實現顯示現場設備的運行狀態，主要包括：開關的分、合閘運行狀態和通訊故障報警；斷路器變位時會發出報警信號，提醒用戶及時處理故障。

圖（3） 低壓配電二次圖

5.2.2參數抄表

參數抄表功能，主要完成對低壓各出線回路的電參數進線查詢。支持任意時刻電參數查詢，具備數據導出和報表打印等功能。該報表查詢供變電所2臺變壓器出線各低壓回路的電參數，主要包括：三相電流、有功功率和有功電度。該報表各回路名稱和數據庫關聯，方便用戶修改回路名稱。

圖（4） 參數抄表

5.2.3報表統計

用電量報表功能，可選擇時間段進行查詢，支持任意時間段電度累計查詢，具備數據導出和報表打印等功能。為值班人員提供了精確可靠的電能報表。該報表各回路名稱和數據庫關聯，方便用戶修改回路名稱。

圖（5） 電能報表

5.2.4故障報警

系統通訊結構示意圖，主要顯示系統的組網結構，系統采用分層分布式結構，同時監測間隔層設備的通信狀態。紅色表示通訊正常，綠色表示通訊故障。

圖（6）系統通訊結構示意圖

 5.2.5負荷趨勢曲線

負荷趨勢曲線界面中可直觀的查看回路的負荷運行情況。查看實時和歷史趨勢曲線，點擊畫面相應按鈕或菜單項可以完成相應功能的切換；幫助用戶進線趨勢分析和故障追憶，具備曲線打印功能。為分析整個系統的運行狀況提供了直觀而方便的軟件支持。

圖（7）趨勢曲線圖

六、主要監控產品

（1）高壓回路或低壓進線回路選ACR220EL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、最大需量統計；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、最大需量統計；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

序號	名稱	型號、規格	單位	數量	備注
1	電力儀表
		M5-B	只	3	安科瑞
		ACR220EL	只	26	安科瑞
		WHD48-11/HF	只	2	安科瑞
2	監控中心值班室				安科瑞
	操作臺	YT-341	套	1	香河
	工作站主機	IPC-610L/769VG/E5300/2G/500G/DVD/88小鍵+鼠標（原裝整機標配）2個串口	臺	1	研華
	顯示器	L197WA	臺	1	聯想
	UPS電源	C1K/1KVA	臺	1	SANTAK
	打印機	HP 1108 A4幅面	臺	1	惠普 甲供
	系統軟件	正版微軟WINDOWS XP/SP3	套	1	微軟 甲供
	工業網絡交換機	D-LINK 16口	臺	1	D-LINK
	工業串口服務器	NPORT5232I     RS485接口×2  帶光隔	臺	4	MOXA
	工業開關電源	KDYA-DG30-24K	只	4	華力
	電能管理軟件	系統組態軟件Acrel-3000V6	套	1	安科瑞
	電能管理軟件	數據存儲軟件Acrel-dbSQL	套	1	安科瑞
	電能管理軟件	電能管理軟件Acrel-EnerSys	套	1	安科瑞
	電能管理軟件	設備驅動軟件Acrel-Driver	套	1	安科瑞
	光電轉換器	單模光電轉換HTB-1100S（25km)	只	8
3	工程材料
	通訊線纜	單模4芯光纖	千米	2
	通訊線纜	屏蔽雙絞線RVVSP 2*0.75	千米	0.2	起帆
	通訊線纜	BVR 1.5mm	千米	4
	工程輔材	拖線板、轉換線、線管、標牌等	套	1
	計量箱	每個變電所內配置1臺共需4臺。	只	4
	光纖附件	含熔接、尾纖、法蘭、跳線等	套	4
4	工程施工及調試
	通訊線纜鋪設		米	2200
	綜合調試		人/天	25
	設備運輸費用		項	1
	培訓費用		項	1
	施工改造費用		項	1

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]《電力電測數字儀表原理與應用指南》，任致程、周中，中國電力出版社。

[3] 金屬制品行業錯峰限電技術指導.

作者簡介：

繆建梅，女，本科，安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向為智能電網供配電，Email: 2880157864@qq.com 手機：15618860710 QQ:2880157864