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淺談電能管理系統在某煤礦產業的應用

　更新日期：2023-11-24　點擊量：975

王蘭

安科瑞電氣股份有限公司上海嘉定 201801

摘要：針對傳統的煤礦電能管理主要是由專人人工抄表，存在抄收數據繁瑣，統計困難，煤礦用電分析等方面數據缺乏，電量峰谷比不合理等問題。某煤礦應用電能管理系統，實現電能精確計量和電能資源運行監管，能清晰描述煤礦的用能情況，并采用預警管理，以大數據管理等系統管理功能，大大地提高了電量峰谷比，實現了煤礦的有效節能。

關鍵詞：電能管控；數據傳輸；以太網；電量峰谷比；節能

0引言

隨著我國國民經濟的快速發展，電能供應日趨緊張，電能消耗也越來越大，煤礦企業既是產能大戶，又是耗能大戶，為實現煤礦企業內部挖潛，降低生產成本，節約能源、節約用電已刻不容緩。

傳統的煤礦用電管理比較粗放，如帶式輸送機、刮板輸送機、泵站、潛水泵等設備在無人工作時?？蛰d運行，造成比較嚴重的浪費。對此，以某煤礦為例，通過對電能管理系統數據傳輸網絡的搭建，數據采集、分析以及管理平臺建設等，大大地提高了電量峰容比，有效地實現了節能，取得了較好的效果。

1某煤礦原存在的主要問題

某集團的某煤礦公司井下地質條件復雜，涌水量大，排水耗電量較大。主運輸系統未實現滿負荷運行，有壓風、通風、采掘、水源熱泵等諸多大型耗電設備。在地面有110kV 變電站、提升機房、壓風機房、洗衣機房、洗煤廠、員工大廈、綜合辦公樓、機采車間及井下-500和-690中央配電室、主運帶式輸送機等重點區域等，電能浪費現象相當嚴重。

為了有效降低電能消耗，提高設備運行效率，某煤礦利用電能管理系統，對全公司生產、生活用電進行各方位自動監測和數據分析，即采用強化用電定額的管理，合理進行電能調度，做好調荷避峰工作，促進電能資源的優化配置，以提高負荷率、用電峰谷比和功率因數，降低各種損耗，減少電費開支。

2 煤礦電能管理系統的設計

2.1總體架構

礦井電能管理系統采用分層分布式網絡結構，具有良好的可靠性與實時性，主要由現場設備層(電能計量終端) 、通信管理層(數據采集終端) 和主控層(電能管理平臺)3部分組成，見圖1。

圖1 某礦井電能管理系統架構圖

2.2數據的原始采集

數據采集利用智能電能計量終端，全礦井安裝智能電量計量終端100臺，實時采集各主要用電設備用電量。電能質量監控終端，其計量精度出廠控制為0.2S級。具有RS485現場總線通信、開入與開出功能，能實現“遙信、遙測、遙控"功能，配合開出功能，實現遠程斷電功能，電能質量統計分析及擴展Modbus-RTU協議。主要對35kV變電站，-500中央變電所等區域全部改造安裝電能質量監控終端。

2.3數據傳輸

各電能計量終端就近接入電能分站，電能分站可以借助工業以太環網，通過以太網口就近接入工業以太網并傳輸到能控中心。

35kV變電站、-500中心，實現變電所用電情況的電能質量遠程監控。

電參數計量分站主要完成井下高低壓供電系統電能質量監控終端與地面能源管理監控系統間的數據交換，實現轄區當地監控等功能，通過下行信道自動抄收并存儲具有通信功能的智能儀表、質量監控終端、采集模塊以及各類載波通信終端的電量數據，并采集外部RS485表數據，其下行信道RS485串行通信通道。同時通過上行信道與主站或手持設備進行數據交換，其上行信道采用公用通信網，支持客戶端、服務器兩種通信模式，以模塊化設計，通過更換通信模塊直接改變通信方式，符合IEC國際電工委員會相關標準，也符合用電信息采集系統主站與集中器通信協議、技術條件和型式規范。

3 電能管理系統

3.1綜合性管理與控制

生產用電管理如圖2所示，即按照某煤礦電能管理的實際要求，電能管理系統實現電能參量的實時采集與網絡化傳輸，對電能能源進行綜合性管理與控制。

可實現以下功能：

1）實現尖峰、峰、平、谷各段能源管理，對各段電量進行監管，調整負荷分配。

2) 有自動抄表計量功能，復費率分時計費，負荷曲線管理功能。

3) 有事件記錄及查詢功能，數據采集查詢分析功能，實時監視和報警功能，長時間大負荷監控功能等，電能調度監視功能，檔案管理功能，統計分析功能，報表管理、存儲、打印功能以及提供電量消耗對比圖，可直接顯示不同結算單位的用電量消耗情況，以及某些結算單位所消耗電量在全部消耗中的比重。還有電費支出對比圖，可直接顯示不同結算單位在同一段時間內的電費支出情況，以及某些結算單位支出電費在全部電費支出中的比例。

圖2 生產用電管理圖

3.2采用預警管理

對各能源指標設定區間值，對于區間值內的曲線趨勢預警，對于超過區間值的告警處理，并對系統設備運行故障情況進行分級預警，并提供故障處理預案，見圖3。

圖3 預報警管理圖

通過對電能數據( 包括統計數據和預測數據)周期性的集中與報告，實際能源消耗與根據實際生產參數計算出的預期能源消耗進行比較，可提高能源數據測量和計算的可靠性，能源管理機構據此進行計劃、觀測和控制，為節能技術項目的實施做出規劃。由于根據生產計劃和電能預測，協調電能供應和控制，可做到既能滿足生產過程的能量需求，又合理避免負荷高峰。

能源中心還根據實時能源數據庫與歷史能源數據庫，對各個能源核算單位，針對不同的生產和運行狀態，采用數據挖掘模型或多元統計方法，計算出能源預測結果，提出能源消耗趨勢。

3.3采用大數據對耗能設備管理

能源管控及調度示意圖如圖4所示。主要是對設備的運行狀態及使用壽命進行預測及預警，為設備的計劃檢修提供依據，并對設備利用率、作業率、運行記錄、故障記錄等進行智能分析。

圖4 能源管控及調度示意圖

4 安科瑞Acrel-3000WEB電能管理解決方案

4.1概述

用戶端消耗著整個電網80%的電能，用戶端智能化用電管理對用戶可靠、安全、節約用電有十分重要的意義。構建智能用電服務體系，全面推廣用戶端智能儀表、智能用電管理終端等設備用電管理解決方案，實現電網與用戶的雙向良性互動。用戶端急需解決的研究內容主要包括：表計，智能樓宇、智能電器、增值服務、客戶用電管理系統、需求側管理等課題。

安科瑞Acrel-3000WEB電能管理解決方案通過對用戶端用電情況進行細分和統計，以直觀的數據和圖表向管理人員或決策層展示各分項用電的使用消耗情況，便于找出高耗能點或不合理的耗能習慣，有效節約電能，為用戶進一步節能改造或設備升級提供準確的數據支撐。

4.2應用場所

（1）辦公建筑（商務辦公、大型公共建筑等）；

（2）商業建筑（商場、金融機構建筑等）；

（3）旅游建筑（賓館飯店、娛樂場所等）；

（4）科教文衛建筑（文化、教育、科研、醫療衛生、體育建筑等）；

（5）通信建筑（郵電、通信、廣播、電視、數據中心等）；

（6）交通運輸建筑（機場、車站、碼頭建筑等）。

4.3系統結構

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4.4系統功能

4.4.1實時監測

系統人機界面友好，以配電一次圖的形式直觀顯示配電線路的運行狀態，實時監測各回路電壓、電流、功率、功率因數、電能等電參數信息，動態監視各配電回路斷路器、隔離開關、地刀等合、分狀態，以及有關故障、告警等信號。

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4.4.2電能統計報表

系統以豐富的報表支撐計量體系的完整性。系統具備定時抄表匯總統計功能，用戶可以自由查詢自系統正常運行以來任意時間段內各配電節點的用電情況，即該節點進線用電量與各分支回路消耗電量的統計分析報表。該功能使得用電可視透明，并在用電誤差偏大時可分析追溯，維護計量體系的正確性。

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4.4.3詳細電參量查詢

在配電一次圖中，當鼠標移動到每個回路附近時，鼠標指針變為手形，鼠標單擊可查看該回路詳細電參量，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、正向有功電能，并可以查看24小時相電流趨勢曲線及24小時電壓趨勢曲線。

4.4.4運行報表

系統具有實時電力參數和歷史電力參數的存儲和管理功能，所有實時采集的數據、順序事件記錄等均可保存到數據庫，在查詢界面中能夠自定義需要查詢的參數、時間或選擇查詢更新的記錄數據等，并通過報表方式顯示出來。用戶可以根據需要定制運行日報、月報，支持導出Excel格式文件，還可以根據用戶要求導出PDF格式文件。

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4.4.5變壓器運行監視

系統對配電系統總進線、主變壓器、重要負荷出線的運行狀態進行在線實時監視，用曲線顯示電流、變壓器運行溫度、有功需量、有功功率、視在功率、變壓器負荷率等運行趨勢，分析變壓器負荷率及損耗，方便運行維護人員及時掌握運行水平和用電需求，確保供電安全可靠。

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4.4.6實時報警

系統具有實時報警功能，系統能夠對配電回路斷路器、隔離開關、接地刀分、合動作等遙信變位，保護動作、事故跳閘，以及電壓、電流、功率、功率因數越限等事件進行實時監測，并根據事件等級發出告警。系統報警時自動彈出實時報警窗口，并發出聲音或語音提醒。

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4.4.7歷史事件查詢

系統能夠對遙信變位，保護動作、事故跳閘，以及電壓、電流、功率、功率因數越限等事件記錄進行存儲和管理，方便用戶對系統事件和報警進行歷史追溯，查詢統計、事故分析。

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4.4.8電能質量監測

系統可以對整個配電系統范圍內的電能質量進行持續性的監測，運行維護人員可以通過諧波分析棒圖、報表掌握進線、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，及時采取相應的措施，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測功能的電力儀表，不需要可刪除。

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4.4.9遙控操作

系統支持對斷路器、隔離開關、接地刀等進行分、合遙控操作。系統具有嚴格的密碼保護和操作權限管理功能，對于每次遙控操作，系統自動生成操作記錄，記錄內容包含操作人、操作時間、操作類型等。實現該功能需要斷路器本身具有電操機構及保護保測控裝置具備遙控功能等硬件設備的支持。

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4.4.10用戶權限管理

系統為保障系統安全穩定運行，設置了用戶權限管理功能。通過用戶權限管理能夠防止未經授權的操作（如配電回路名稱修改等）?？梢远x不同級別用戶的登錄名、密碼及操作權限，為系統運行、維護、管理提供可靠的安全保障。

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4.4.11通訊狀態圖

系統支持實時監視接入系統的各設備的通訊狀態，能夠完整的顯示整個系統網絡結構；可在線診斷設備通訊狀態，發生網絡異常時能自動在界面上顯示故障設備或元件及其故障部位。從而方便運行維護人員實時掌握現場各設備的通訊狀態，及時維護出現異常的設備，保證系統的穩定運行。

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4.4.12視頻監控

視頻監控展示了當前實時畫面（視頻直播），選中某一個變配電站，即可查看該變配電站內視頻信息。

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4.4.13用戶報告

用戶報告頁面主要用于對選定的變配電站自動匯總一個月的運行數據，對變壓器負荷、配電回路用電量、功率因數、報警事件等進行統計分析。

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4.4.14 APP支持

電力運維手機支持“監控系統"、“設備檔案"、“待辦事項"、“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、環比、電能質量、各種事件報警查詢，設備檔案查詢、待辦事件處理、巡檢記錄查詢等。

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4.5系統硬件配置清單

應用場合	型號	圖片	功能
電能管理軟件	Acrel-3000WEB		Acrel-3000WEB電能管理軟件全方監視用戶配電系統的運行狀態和電量數據，為用戶提供更好的運維服務。平臺提供用戶概況、電力數據監測、電能質量分析、用電分析、日/月/年用能數據報表、異常事件報警和記錄、運行環境監測等功能，并支持多平臺、多終端數據訪問。
智能網關	Anet-2E8S1		8路RS485串口，光耦隔離，2路以太網接口，支持ModbusRtu、ModbusTCP.DL/T645-1997、DL/1645-2007、CJT188-2004、OPC UA等協議的數據接入，ModbusT-c(主、從）、104（主、從）、建筑能耗、SNMP、MQTT等協議上傳，支持不同協議向多平臺轉發數據;輸入電源:AC/DC 22ov，導軌式安裝。
	ANet-2E4SM		4路RS485串口，光耦隔離，2路以太網接口，支持ModbusRtu、ModbusTCP、DL/T645-1997、DL/T645-2007、CJT188-2004、OPC UA、ModbusTCP（主、從）、104(主、從）、建筑能耗、SNMP、MOTT;（主模塊）輸入電源:DC 12 V ~36 V .支持4G擴展模塊，485擴展模塊。
	ANet-485		M485模塊:4路光耦隔離RS485
	ANet-M4G		M4G模塊:支持4G全網通
35kV/10kV/6kV微機保護裝置	AM6系列		35kV及以下配電系統線路、主變、配電變壓器、電動機、電容器、PT監測/PT并列、母聯/備自投等保護。
35kV/10kV/6kV弧光保護	ARB5-M		主控單元，可接20路弧光信號或4個擴展單元，弧光保護<8組）、失靈保護(4組）、TA斷線監測（4組）、非電量保護、裝置故障告警
	ARB5-E		擴展單元，可以插接6塊擴展插件，每個擴展插件可以采集5路弧光信號
	ARB5-S		弧光探頭，建議安裝地點包括（但不限于）斷路器室、電纜室、母線室，可面板開孔安裝，亦可支架式安裝。弧光探頭的檢測范圍是一個角度為180°，半徑0.5m的扇形區域。
35kV/10kV/6kV進線柜電能質量在線監測	APView500		裝置1024點波形采樣，集諧波分析、波形采樣、電壓暫降/暫升/中斷、閃變監測、電壓不平衡度監測、事件記錄、測量控制等功能為一體，能夠滿足110kV及以下供電系統電能質量監測的要求。
35kV/10kV/6kV間隔智能操控、節點測溫	ASD500		液晶屏顯示一次回路動態模擬圖、彈簧儲能指示、高壓帶電顯示及閉鎖、驗電、核相、3路溫濕度控制及顯示、遠方/就地、分合閘、儲能旋鈕、預分預合閃光指示、分合閘完好指示、分合閘回路電壓測量、人體感應、柜內照明控制、1路以太網、2路RS485、1路USB接口、GPS對時、高壓內電氣接點無線測溫、全電參量測溫、脈沖輸出、4~20mA輸出
35kV/10kV/6kV傳感器	ATE400		合金片固定，CT感應取電，啟動電流大于5A，測溫范圍-50-125℃，測量精度±1℃;傳輸距離空曠150米
35kV/10kV/6kV間隔電參量測量	APM830		三相(I、u、kW、kvar、kWh、kvarh、Hz、cos），零序電流In，四象限電能，實時及需量，電流、電壓不平衡度，66種報警類型及外部事件（SOE）各16條事件記錄，支持SD卡擴展記錄，2-63次諧波，2DI+2DO,RS485/Modbus，LCD顯示
高壓重要回路或低壓進線柜	APM810		三相(I、U、kW、kvar、kWh、kvarh、Hz、coso)，零序電流In，四象限電能，實時及需量，電流、電壓不平衡度，負載電流柱狀圖顯示，66種報警類型及外部事件（SOE)各16條事件記錄，支持SD卡擴展記錄，2-63次諧波，2DI+2DO,RS485/Modbus，LCD顯示
	AEM96		三相電參量U、I、P、Q、S、PF、F測量，總正反向有功電能統計，正反向無功電能統計;2-31次分次諧波及總諧波含量分析、分相諧波及基波電參量（電壓、電流、功率)﹔電流規格3×1.5(6)A，有功電能精度0.5S級,無功電能精度2級
	ADW300/4G		三相電壓、電流、功率、功率因數、頻率測量;電壓電流相角、電壓電流不平衡度測量;電壓電流2-31次分次諧波及總畸變測量當月及上三月的電壓、電流、功率;需量及上十二月歷史需量記錄;事件記錄、復費率、四象限電能及歷史電能記錄;支持4路開關量輸入、2路開關量輸出;支持4路測溫;支持1路剩余電流測量;支持本地顯示及按鍵設置;有功電能精度1級。通訊方式:支持RS485通訊、Lora無線通訊、4G通訊;WIFI通訊
0.4kV出線	AEM72		三相電參量U、I、P、0、s、PF、F測量，總正反向有功電能統計，正反向無功電能統計;2-31次分次諧波及總諧波含量分析、分相諧波及基波電參量（電壓、電流、功率）﹔電流規格3×1.5(6)A，有功電能精度0.5S級.無功電能精度2級
	DTSD1352		三相電參量u、I、P、Q、s、PF、F測量，分相正向有功電能統計，總正反向有功電能統計，總正反向無功電能統計﹔紅外通訊;電流規格:經互感器接入3×1(6)A.直接接入3×10(8o)A，有功電能精度0.5S級，無功電能精度2級。
	ACR120EL		LCD顯示、全電參量測量(U、1、P、Q、PF、F);四象限電能計量;RS485/Modbus;可選復費率電能統計、需量統計;4DI+2DO;RS485通訊接口、Modbus 協議
照明箱	DDSD1352		單相電參量U、I、P、Q、S、PF、F測量，正反向電能計量;紅外及RS485通訊;電流規格:10(60）A，有功電能精度1級，無功精度2級;可選配復費率
照明箱	DDS1352		單相電參量U、I、P、Q、S、PF、F測量，正反向電能計量;RS485通訊;電流規格:10(60)A，有功電能精度1級，無功精度2級;尺寸:1P
電流互感器	AKH-0.66/K型		開口式電流互感器