浅谈配电能效管理系统在企业中应用分析
摘要：制订用电管理的规章制度，加强对生产用电的考核是提高企业经济效益的途径，通过开发“工厂电能管理系统",采用峰谷分时用电，既节约了电费，又提高了经济效益。
关键词：用电；管理；开发；调节
1前言
随着企业改革的不断深入，对用电管理的现代化水平要求越来越高，准确、快速、经济地获得用电管理的各类数据是进行用电分析、负荷管理、表计运行状况监测、电费自动结算的基础，同时也是提高企业经济效益的有力手段。
湖铁集团是湖南省的耗电大户，公司拥有220kV变电站一座，采用一主一备的运行方式，由2台63000kVA的主变供电，年用电量可达8.4亿kW·h。满负荷生产期月电费达2500万元，电费成本占公司生产总成本的40%左右，设法降低电费成本支出，是公司一贯的宗旨。从1995年12月起，湖南省对工业企业实行峰谷分时电价政策，分尖、峰、平、谷四段计算。其中尖峰时段4h,电价为1.6倍；高峰时段7h,电价为1.4倍；平段5h,电价为1倍；低谷时段8h,电价为0.35倍。如何降低尖、高峰时段的用电比例，提高低谷时段的用电比例是降低电费生产成本的主要手段。为此，公司先后制订了一系列用电管理方面的规章制度，加强对铁合金电炉生产用电的考核，在各炉台安装了峰谷分时计量电表，对生产用电按峰谷分时电价进行内部结算，纳人生产成本进行综合考核。但是由于按成本进行考核，职工得到的实惠少，对用好低谷电的激励作用不大，使得尖、高峰的用电量没有得到有效控制，低谷用电没有充分利用好，每年峰谷电费节约额仅120万元左右，对生产成本的控制没有达到预期目的。另外，公司内部对各电炉的用电量、电费、电耗的计算考核，特别是峰谷分时用电情况采用传统的人工抄报式，存在掌握不及时、劳动强度大、时间不统一、误差大等缺点。因此，如何利用当今技术及时掌握各类用电参数，合理利用好电力负荷，充分利用好低谷电，降低电费支出，保障电气设备安全、稳定运行是我公司当务之急。
针对以上情况，湖铁集团与长沙富博科技有限公司组织有关*、计算机技术人员*开发出使用可靠的“工厂电能管理系统"(以下简称“系统")。该系统采用远程抄表技术取得各种表计的实时运行参数(电量、电压、电流、功率因数、负荷等),生成各种表格和曲线，直观掌握每台电炉、每条供电回路的用电参数。并通过公司内部经济杠杆的调节作用，调动了生产一线职工的积*性，提高了企业低谷用电量的比例，节约了电费。
2系统工作原理
图中TTU为配电综合监测终端，可自带MO-DEM或外加无线数传电台，因此计算机主站发出抄录命令，TTU即将其所存储的各类用电运行参数通过电话线或外加无线数传电台远传到计算机主站(注：为节省安装和运行费用，还可以多个TTU共用一条电话线或外加无线数传电台)。
每台TTU可监测一台变压器或一条供电线路的三相电流、电压、功率因数。监测方式既可以实时也可以定时，时间间隔*短可达秒级，按秒级计算每台TTU可存储多达50min的数据，按分钟级计算每台TTU可存储多达50h的数据，按15min级计算，每台TTU可存储多达32天的数据。
每台TTU与主站软件配合可提供数据限记录，为报警系统提供依据。
每台TTU可以监测许多其他用电指标及事件记录，详见系统功能。
每台数据采集中端*多可以采集16路电能表的电量读数，并保存，等待数据集中器把该数据抄录下来，传回主站。
数据集中器*多可以抄收汇1000块电能表的电量数据，通过命令把采集终端采集的电能表码汇，并可以按小时保存电能表电量数据，如100块电能表，每小时保存一个电量数据，*多可以保存7天。
系统主站为计算机系统，由它发出指令并接收各采集点所搜集的用电信息，然后对各类信息进行加工处理，形成所需的各类曲线及表格。此外，计算机还可以以屏幕闪烁方式或音响组成有声报警系统。多路数据通道为可选件，有了它可以同时并行接收8路数据采集信息。
3配电综合监测终端(TTU)的功能及性能指标
配电监测终端具有如下功能：
(1)实时监测配电设备运行电压、电流、功率因数、抄录电表有功电量、无功电量等综合运行参数，并可按设定间隔定时存储以上参数。
(2)能利用公用电话网或双绞线进行数据远传，其中带MODEM的为主配电综合监测终端，带485接口的为从配电综合监测终端，因而可构成一主从式分布系统，能有效地解决一条电话线抄收多台配电综合监测终端的情况。
(3)记录供电的停电时间，运行电压、电流的峰值及峰值发生时间，并可按设定的电压上、下限值，产生电压的上、下及电压的上、下限合格率，并自行在跨月时刷新以上统计数据。
(4)能采集2路脉冲输入量，可接入两台脉冲或机械电表，采集的电能量可通过系统数据通道自动远程传输至计算机管理*。
(5)能采集2路遥信输入量，可接入刀闸开关状态，采集的遥信输入量可通过系统数据通道自动远程传输至计算机管理*。
(6)台区配电综合监测终端为模块化结构，可方便用户的其他各种功能需求。
(7)配电综合监测端设有本地通讯接口，通过这个接口对配电综合监测终端进行现场设置或读取数据。
(8)系统后台管理软件能根据记录的数据进行分析、处理，生成各种综合参数动态曲线，形成报表，也可在打印机上打印输出。
(9)配电综合监测终端分高压型和低压型两种，可选择使用。
配电综合监测终端主要技术指标是：
工作电压：195~265Vx3相或90~120V×3相；
工作电流：0~5A×3相或0~5Ax2相(实际可达10A);
工作频率：50Hz±5%;
精度：电压±0.5%,电流±0.5%,有功电量±1.0%;功耗：小于3VA;
环境温度：-10~+50℃,-45~+55℃;
环境湿度：≤90%;
通讯方式：电话线，RS486,无线；
通讯距离：1200m(RS485)。
4运行方式
手工运行，查看任一时刻、任一回路的数据并按特定时间数据结转。
自动运行，设定自动数据收集时间，由系统自动搜集数据并按设定时间进行数据结转和转存。
5用户数据界面
系统数据以如下三种方式提供：
(1)以图表方式动态显示下列内容：三相电流，三相电压及三相功率因数曲线；年，月，日用量曲线。
(2)以数据列表方式显示下列内容：年，月，日台变统计数据；年，月，日用量及低压线损统计表(结合集中抄表);停电记录表；供电可靠性统计表。
(3)打印输出：除打印上述数据和列表外，还可打印所需求的其他各种列表。
6效果与效益
工厂电能管理系统在湖铁集团的应用使公司的用电管理水平上了一个新台阶。公司进一步完善内部考核制度，按节约的电费额提取一定比例奖励给生产一线职工，*大地调动了一线职工自觉避峰填谷的积*性，既节约了电费，又使职工得到了实惠。以前靠行政命令来安排炉台避峰填谷的被动式作业方式现在得到了根本改变。各单位自觉采用避峰填谷组织生产，主动将检修时间安排在尖、高峰时段进行。在低谷时段尽量满负荷生产，在尖、高峰时段尽量控制负荷。生产单位可在该系统上直观地看出每*峰谷用电量是，电费节约了。
从集团公司与电力局结算电费中可看出，安装使用该系统后，每月低谷用电量比例从34%提高至39%左右，增加近5个百分点，尖、高峰用电量比例下降，月节约电费支出近50万元，取得了明显的经济效益。
7安科瑞电能管理系统
7.1概述
用户端消耗着整个电网80%的电能，用户端智能化用电管理对用户可靠、安全、节约用电有十分重要的意义。构建智能用电服务体系，*推广用户端智能仪表、智能用电管理终端等设备用电管理解决方案，实现电网与用户的双向良性互动。用户端急需解决的研究内容主要包括：表计，智能楼宇、智能电器、增值服务、客户用电管理系统、需求侧管理等课题。
Acrel-3000WEB电能管理解决方案通过对用户端用电情况进行细分和统计，以直观的数据和图表向管理人员或决策层展示各分项用电的使用消耗情况，便于找出高耗能点或不合理的耗能惯，有效节约电能，为用户进一步节能改造或设备升级提供准确的数据支撑。
7.2应用场所
（1）办公建筑（商务办公、大型公共建筑等）；
（2）商业建筑（商场、金融机构建筑等）；
（3）旅游建筑（宾馆饭店、娱乐场所等）；
（4）科教文卫建筑（文化、教育、科研、医疗卫生、体育建筑等）；
（5）通信建筑（邮电、通信、广播、电视、数据*等）；
（6）交通运输建筑（机场、车站、码头建筑等）。
8系统结构
9系统功能
9.1实时监测
系统人机界面友好，以配电一次图的形式直观显示配电线路的运行状态，实时监测各回路电压、电流、功率、功率因数、电能等电参数信息，动态监视各配电回路断路器、隔离开关、地刀等合、分状态，以及有关故障、告警等信号。
9.2电能统计报表
系统以丰富的报表支撑计量体系的完整性。系统具备定时抄表汇统计功能，用户可以自由查询自系统正常运行以来任意时间段内各配电节点的用电情况，即该节点进线用电量与各分支回路消耗电量的统计分析报表。该功能使得用电可视透明，并在用电误差偏大时可分析追溯，维护计量体系的正确性。
9.3详细电参量查询
在配电一次图中，当鼠标移动到每个回路附近时，鼠标指针变为手形，鼠标单击可查看该回路详细电参量，包括三相电流、三相电压、三相有功功率、无功功率、功率因数、正向有功电能，并可以查看24小时相电流趋势曲线及24小时电压趋势曲线。
9.4运行报表
系统具有实时电力参数和历史电力参数的存储和管理功能，所有实时采集的数据、顺序事件记录等均可保存到数据库，在查询界面中能够自定义需要查询的参数、*时间或选择查询*近更新的记录数据等，并通过报表方式显示出来。用户可以根据需要定制运行日报、月报，支持导出Excel格式文件，还可以根据用户要求导出PDF格式文件。
9.5变压器运行监视
系统对配电系统进线、主变压器、重要负荷出线的运行状态进行在线实时监视，用曲线显示电流、变压器运行温度、有功需量、有功功率、视在功率、变压器负荷率等运行趋势，分析变压器负荷率及损耗，方便运行维护人员及时掌握运行水平和用电需求，确保供电安全可靠。
9.6实时报警
系统具有实时报警功能，系统能够对配电回路断路器、隔离开关、接地刀分、合动作等遥信变位，保护动作、事故跳闸，以及电压、电流、功率、功率因数越限等事件进行实时监测，并根据事件等级发出告警。系统报警时自动弹出实时报警窗口，并发出声音或语音提醒。
9.7历史事件查询
系统能够对遥信变位，保护动作、事故跳闸，以及电压、电流、功率、功率因数越限等事件记录进行存储和管理，方便用户对系统事件和报警进行历史追溯，查询统计、事故分析。
9.8电能质量监测
系统可以对整个配电系统范围内的电能质量进行持续性的监测，运行维护人员可以通过谐波分析棒图、报表掌握进线、变压器、重要回路的电压、电流谐波畸变率、谐波含量、电压不平衡度等，及时采取相应的措施，降低谐波损耗，减少因谐波造成的异常和事故(该功能需要选配带谐波监测功能的电力仪表，不需要可删除。
9.9遥控操作
系统支持对断路器、隔离开关、接地刀等进行分、合遥控操作。系统具有严格的密码保护和操作权限管理功能，对于每次遥控操作，系统自动生成操作记录，记录内容包含操作人、操作时间、操作类型等。实现该功能需要断路器本身具有电操机构及保护保测控装置具备遥控功能等硬件设备的支持。
9.10用户权限管理
系统为保障系统安全稳定运行，设置了用户权限管理功能。通过用户权限管理能够防止未经授权的操作（如配电回路名称修改等）。可以定义不同级别用户的登录名、密码及操作权限，为系统运行、维护、管理提供可靠的安全保障。
9.11通讯状态图
系统支持实时监视接入系统的各设备的通讯状态，能够完整的显示整个系统网络结构；可在线诊断设备通讯状态，发生网络异常时能自动在界面上显示故障设备或元件及其故障部位。从而方便运行维护人员实时掌握现场各设备的通讯状态，及时维护出现异常的设备，保证系统的稳定运行。
9.12视频监控
视频监控展示了当前实时画面（视频直播），选中某一个变配电站，即可查看该变配电站内视频信息。
3.13用户报告
用户报告页面主要用于对选定的变配电站自动汇一个月的运行数据，对变压器负荷、配电回路用电量、功率因数、报警事件等进行统计分析。
9.14APP支持
电力运维手机支持“监控系统"、“设备档案"、“待办事项"、“巡检记录"和“缺陷记录"五大模块，支持一次图、需量、*值、用电量、视频、曲线、温湿度、同比、环比、电能质量、各种事件报警查询，设备档案查询、待办事件处理、巡检记录查询等。
10系统硬件配置
应用场合 | 型号 | 图片 | 功能 |
电能管理软件 | Acrel-3000WEB |
| Acrel-3000WEB电能管理软件全方监视用户配电系统的运行状态和电量数据，为用户提供更好的运维服务。平台提供用户概况、电力数据监测、电能质量分析、用电分析、日/月/年用能数据报表、异常事件报警和记录、运行环境监测等功能，并支持多平台、多终端数据访问。 |
智能网关 | Anet-2E8S1 |
| 8路RS485串口，光耦隔离，2路以太网接口，支持ModbusRtu、ModbusTCP.DL/T645-1997、DL/1645-2007、CJT188-2004、OPCUA等协议的数据接入，ModbusT-c(主、从）、104（主、从）、建筑能耗、SNMP、MQTT等协议上传，支持不同协议向多平台转发数据;输入电源:AC/DC22ov，导轨式安装。 |
ANet-2E4SM |
| 4路RS485串口，光耦隔离，2路以太网接口，支持ModbusRtu、ModbusTCP、DL/T645-1997、DL/T645-2007、CJT188-2004、OPCUA、ModbusTCP（主、从）、104(主、从）、建筑能耗、SNMP、MOTT;（主模块）输入电源:DC12V~36V.支持4G扩展模块，485扩展模块。 | |
ANet-485 | M485模块:4路光耦隔离RS485 | ||
ANet-M4G | M4G模块:支持4G全网通 | ||
35kV/10kV/6kV微机保护装置 | AM6系列 |
| 35kV及以下配电系统线路、主变、配电变压器、电动机、电容器、PT监测/PT并列、母联/备自投等保护。 |
35kV/10kV/6kV弧光保护 | ARB5-M |
| 主控单元，可接20路弧光信号或4个扩展单元，弧光保护<8组）、失灵保护(4组）、TA断线监测（4组）、非电量保护、装置故障告警 |
ARB5-E | 扩展单元，*多可以插接6块扩展插件，每个扩展插件可以采集5路弧光信号 | ||
ARB5-S |
| 弧光探头，建议安装地点包括（但不*于）断路器室、电缆室、母线室，可面板开孔安装，亦可支架式安装。弧光探头的检测范围是一个角度为180°，半径0.5m的扇形区域。 | |
35kV/10kV/6kV进线柜电能质量在线监测 | APView500 |
| 装置1024点波形采样，集谐波分析、波形采样、电压暂降/暂升/中断、闪变监测、电压不平衡度监测、事件记录、测量控制等功能为一体，能够满足110kV及以下供电系统电能质量监测的要求。 |
35kV/10kV/6kV间隔智能操控、节点测温 | ASD500 |
| 液晶屏显示一次回路动态模拟图、弹簧储能指示、高压带电显示及闭锁、验电、核相、3路温湿度控制及显示、远方/就地、分合闸、储能旋钮、预分预合闪光指示、分合闸完好指示、分合闸回路电压测量、人体感应、柜内照明控制、1路以太网、2路RS485、1路USB接口、GPS对时、高压内电气接点无线测温、全电参量测温、脉冲输出、4~20mA输出 |
35kV/10kV/6kV传感器 | ATE400 |
| 合金片固定，CT感应取电，启动电流大于5A，测温范围-50-125℃，测量精度±1℃;传输距离空旷150米 |
35kV/10kV/6kV间隔电参量测量 | APM830 |
| 三相(I、u、kW、kvar、kWh、kvarh、Hz、cos），零序电流In，四象限电能，实时及*需量，本月和上月*值，电流、电压不平衡度，66种报警类型及外部事件（SOE）各16条事件记录，支持SD卡扩展记录，2-63次谐波，2DI+2DO,RS485/Modbus，LCD显示 |
高压重要回路 或低压进线柜 | APM810 |
| 三相(I、U、kW、kvar、kWh、kvarh、Hz、coso)，零序电流In，四象限电能，实时及*需量，本月和上月*值，电流、电压不平衡度，负载电流柱状图显示，66种报警类型及外部事件（SOE)各16条事件记录，支持SD卡扩展记录，2-63次谐波，2DI+2DO,RS485/Modbus，LCD显示 |
AEM96 |
| 三相电参量U、I、P、Q、S、PF、F测量，正反向有功电能统计，正反向无功电能统计;2-31次分次谐波及谐波含量分析、分相谐波及基波电参量（电压、电流、功率)﹔电流规格3×1.5(6)A，有功电能精度0.5S级,无功电能精度2级 | |
ADW300/4G |
| 三相电压、电流、功率、功率因数、频率测量;电压电流相角、电压电流不平衡度测量;电压电流2-31次分次谐波及畸变测量当月及上三月的电压、电流、功率*值记录;*需量及上十二月历史需量记录;事件记录、复费率、四象限电能及历史电能记录;支持4路开关量输入、2路开关量输出;支持4路测温;支持1路剩余电流测量;支持本地显示及按键设置;有功电能精度1级。通讯方式:支持RS485通讯、Lora无线通讯、4G通讯;WIFI通讯 | |
0.4kV出线 | AEM72 |
| 三相电参量U、I、P、0、s、PF、F测量，正反向有功电能统计，正反向无功电能统计;2-31次分次谐波及谐波含量分析、分相谐波及基波电参量（电压、电流、功率）﹔电流规格3×1.5(6)A，有功电能精度0.5S级.无功电能精度2级 |
DTSD1352 |
| 三相电参量u、I、P、Q、s、PF、F测量，分相正向有功电能统计，正反向有功电能统计，正反向无功电能统计﹔红外通讯;电流规格:经互感器接入3×1(6)A.直接接入3×10(8o)A，有功电能精度0.5S级，无功电能精度2级。 | |
ACR120EL |
| LCD显示、全电参量测量(U、1、P、Q、PF、F);四象限电能计量;RS485/Modbus;可选复费率电能统计、*需量统计;4DI+2DO;RS485通讯接口、Modbus协议 | |
照明箱 | DDSD1352 |
| 单相电参量U、I、P、Q、S、PF、F测量，正反向电能计量;红外及RS485通讯;电流规格:10(60）A，有功电能精度1级，无功精度2级;可选配复费率 |
DDS1352 |
| 单相电参量U、I、P、Q、S、PF、F测量，正反向电能计量;RS485通讯;电流规格:10(60)A，有功电能精度1级，无功精度2级;尺寸:1P | |
电流互感器 | AKH-0.66/K型 |
| 开口式电流互感器 |
11结语
工厂电能管理系统在湖铁集团的应用*，给企业带来了可观的经济效益。该系统如能增加电压波形、谐波分量等运行参数分析，这将更进一步提高企业的用电管理水平，为电气设备事故分析提供更加有力的数据，确保企业安全可靠供电。
