電力需求側管理及智能電力監控技術在通用及專用設備制造行業錯峰限電中的應用

吳海英

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

通用及專用設備制造業按國民生產行業可細分為：鍋爐及原動機制造、金屬加工機械制造、起重運輸設備制造、泵閥門壓縮機及類似機械的制造、軸承齒輪傳動和驅動部件的制造、烘爐熔爐及電爐制造、風機衡器包裝設備等通用設備制造、金屬鑄鍛加工制造；礦山冶金建筑專用設備制造、化工木材非金屬加工專用設備制造、食品飲料煙草及飼料生產專用設備制造、印刷制藥日化生產專用設備制造、紡織服裝和皮革工業專用設備制造、電子和電工機械專用設備制造、農林牧漁專用機械制造、醫療儀器設備及器械制造、環保社會公共安全及其他專用設備制造等制造行業。

通用及專用設備制造業的范圍特別廣泛，基本都屬于非連續性生產單位。通用及專用設備制造業的用戶數目眾多，負荷大小從幾十千瓦到幾千千瓦都有，個別企業甚至還超過一萬千瓦。

該行業用戶生產時間為8：00～21：00，也有24小時連續生產的。早峰時間段是全天的生產高峰和用電高峰；深夜產量最小是用電低谷。用電峰谷差率特別大，日負荷曲線屬于典型的“中間高、兩頭低”形態。少部分連續生產的通用及專用設備制造業用戶其負荷曲線相對較平穩，約有20％左右的波動。

在高溫或嚴寒季節，隨著溫度的變化，該類企業的用電需求也隨著空調的使用有顯著上升。從全年來看，該類企業年用電曲線呈現夏、冬季負荷高，春、秋季負荷小的特點。其中，夏季出現全年最高負荷的概率最大。

通用及專用設備制造行業用戶設備分類表

二、 行業用戶參與錯峰限電能力分析

1. 為保障人民群眾生活及電網的安全運行，在電網出現缺口時，可以對通用及專用設備制造業用戶進行錯峰限電。

2. 由通用及專用設備制造業用戶可中斷生產的負荷特性及通用及專用設備制造業用戶數量眾多的特點決定，通用及專用設備制造業用戶是除鋼鐵、水泥、高能耗企業以外錯避峰的重點行業。

3. 通用及專用設備制造業用戶只要提前通知（15~30分鐘），措施得當，完全可以充當錯峰限電的主力。

4. 通用及專用設備制造業用戶參與錯峰限電有利方面：

1) 限電只減少產量，而不會造成人員和設備的損傷與損壞。

2) 限電比例可很大，春、秋、冬季最大可按實時用電負荷的80%~90%進行限電。

3) 錯峰負荷可 “快上快下”。

5. 通用及專用設備制造業用戶參與錯峰限電不利方面：

1) 由于每戶負荷不大，限電效果不明顯，要想限下一定數量的負荷需動用相當多的用戶參加。

2) 因每戶負荷不大，調日作息時間與調休息日錯峰效果不明顯，但影響人數眾多，組織交通、女工上下班安全問題多。

3) 該行業人均用電負荷低，每限1萬千瓦負荷會造成3000~5000工人沒活干，若限電時間長、周期頻繁易出事。

4) 氣溫高于32℃時限電，在廠房內需留有部分通風與降溫負荷。

6. 行業用戶錯峰的方法

對于通用及專用設備制造業來講，大部分用電設備都可以參與錯峰限電，錯峰的主要辦法有：

1) 將空調溫度設定在26℃～28℃；

2) 減少部分照明、辦公空調的負荷等；

3) 調整上下班時間，避免高峰時段限電后沒電用的狀況；

4) 將用電大設備安排在負荷高峰時段進行檢修；

5) 安排放假或輪休（生產一周、停產一周；也可執行開三停四）；

6) 關停部分用電設備。

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，留用基本保安負荷的同時，結合自身生產工藝流程可有選擇地在不同時段釋放部分設備負荷。

2. 緊急錯峰：

接到錯峰指令后需快速投入可限負荷，然后根據指令逐步釋放負荷恢復正常生產。

本級可停的用電設備有：電開水爐、廠區道路照明、食堂、宿舍、辦公空調、辦公照明、辦公樓電梯、廠房照明、廠房空調、車床、銑床、刨床、沖床、鉆床、噴漆機、空錘機、空壓機、切割機、剪板機、烘干機、電鍍機、行吊、電焊機、拉絲機、鍍鋅機、鼓風機等。

（二） 缺口等級III級參與方案

1. 階段性錯峰：

1) 在錯峰時段內首先投入錯峰可限負荷高，響應時間快的可限負荷設備；同時逐步投入響應時間慢的可限負荷，保證所有可限負荷全部參與錯峰；

2) 在執行錯峰指令、完成錯峰指標的前提下，留用基本保安負荷的同時，結合自身生產工藝流程可有選擇地在不同時段釋放部分設備負荷。

2. 緊急錯峰：

接到錯峰指令后需快速投入可限負荷，然后根據指令逐步釋放負荷恢復正常生產。

本級可停的用電設備有：熱處理、溶化爐、高頻爐、噴漆機、烘干機、電鍍機、車床、銑床、刨床、沖床、鉆床、空錘機、空壓機、切割機、剪板機、電開水爐、廠區道路照明、食堂、宿舍、辦公空調、辦公照明、辦公樓電梯、廠房照明、廠房空調、鼓風機、鍋爐、水泵、行吊、電焊機、拉絲機、鍍鋅機等。

（三） 缺口等級II級參與方案

1. 階段性錯峰：

1) 除留用基本保安負荷外，全時段投入所有可參與錯峰負荷；

2) 對于響應時間慢的設備需提前做好參與錯峰準備，保證所有可限負荷全額全時段參與錯峰。

2. 緊急錯峰：

接到錯峰指令后需快速投入可限負荷，然后根據指令逐步釋放負荷恢復正常生產。

本級可停的用電設備有：熱處理、溶化爐、高頻爐、噴漆機、烘干機、電鍍機、車床、銑床、刨床、沖床、鉆床、空錘機、空壓機、切割機、剪板機、廠區道路照明、辦公空調、辦公照明、辦公樓電梯、廠房照明、廠房空調、鼓風機、鍋爐、水泵、行吊、食堂、宿舍、電開水爐、電焊機、拉絲機、鍍鋅機、數控機床、生產流水線、組裝線等。

（四） 缺口等級I級參與方案

1. 階段性錯峰：

缺口等級I級時通用及專用設備制造業應通過每周“開三停四”的方法、“生產一周停產一周”的方法、以及“將生產班次全部調到夜間生產”的方法實現錯峰限電。

2. 緊急錯峰：

在15~30分鐘內停除保安外的一切用電設備與所有生產線。

四、 行業用戶參與錯峰限電風險及注意事項

1. 遇到突然停電，會使工作中的行車失去平衡，可能產生傾斜、脫落，機體本身可能損壞、報廢地面的設施，作業人員也可能被砸傷，造成損害和人員傷亡。

2. 一些在高精密數控設備上進行的設備設施，突然停電會造成系統數據丟失，產品報廢，設備嚴重損傷，恢復正常生產需要較長時間，產生重大經濟損傷。

3. 溶化爐、高頻爐、鍋爐等設備如遇突然停電，會使爐膛報廢，溶煉的金屬溶液報廢，且存在發生火災的隱患。

因此，該行業用戶參與錯峰時，企業應根據自身的實際情況，科學、合理地編制內部應急預案，主動配合錯峰實施，杜絕惡性事故發生，主動承擔社會責任同時將損失降到最低。

五、智能電力監控的功能與應用

5.1項目概況

武漢重型機床集團有限公司(原武漢重型機床廠，簡稱武重)是國內生產重型、超重型機床規格最大、品種最全的大型骨干企業。重型機床產品全部實現數控化。大部分產品達到國際九十年代水平，超重型數控立式車床、超重型臥式車床、超重型數控龍門移動鏜銑床達到當代國際先進水平。也是世界唯一能生產多品種超重型機床產品的廠家。

安科瑞電氣股份有限公司承接武漢重型機床集團遠程自動抄表系統項目的設計與實施。采用Acrel-3000型電力監控系統， 本監控系統的監控范圍：威泰立車公司、數控鏜床公司、數控銑床公司、武漢善福公司、武重鑄鍛公司、大件加工廠、中小件加工廠、辦公大樓8個單位13個配電室的電力儀表。

按照武漢重型機床集團的實際需求和智能元器件的功能，完成系統的設計，主要功能為：一次主接線圖界面顯示；電參量遙測及電參量越限報警；事件記錄，系統運行異常監測；故障報警及操作記錄；電能報表查詢與打印；系統負荷、諧波的實時、歷史曲線，用戶權限管理等主要功能，實際細化功能賣方可以根據買方的使用習慣和需求做可行性修改。

整個系統采用網絡分布式結構，監控主機位于10KV監控室內，系統采用開放的通訊協議，通過現場總線連接到通訊服務器MOXA NPort5430 .13個配電室通過光纖組網與低壓配電系統等相連，實現數據通訊功能。

5.2系統的結構   

本系統采用分層分布式計算機網絡結構即間隔層、通訊層和站控層如下圖所示：

間隔層主要的設備為：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。

中間層主要為：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，同時遠傳至站控層，完成現場層和站控層之間的數據交互。

站控層：設有高性能工業計算機、顯示器、UPS電源、打印機、音響等設備。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。

5.3系統的主要功能

①數據采集與處理

數據采集是配電監控的基礎，數據采集主要由底層多功能網絡儀表采集完成，實現遠程數據的本地實時顯示。需要完成采集的信號包括：三相電壓U、三相電流I、頻率Hz、功率P、功率因數COSφ、電度Ep、遠程設備運行狀態等數據。

數據處理主要是把按要求采集到的電參量實時準確的顯示給用戶，達到配電監控的自動化化和智能化要求，同時把采集到的數據存入數據庫供用戶查詢。

②人機交互

系統提供簡單、易用、良好的用戶使用界面。采用全中文界面，CAD圖形顯示低壓配電系統電氣一次主接線圖，顯示配電系統設備狀態及相應實時運行參數；畫面實時動態刷新；模擬量顯示；開關量顯示；報警記錄顯示等。

③故障報警及事故追憶

在配電系統發生運行故障時，會及時發出聲報警提示用戶及時響應故障回路，同時自動記錄事件發生的時間地點，以被用戶查詢，追憶故障原因。

④數據庫建立與查詢

主要完成遙測量和遙信量定時采集，并且建立數據庫，定期生成報表，以供用戶查詢打印。

⑤電能成本管理

自動進行日、月、年的電能統計，可以進行尖、峰、平、谷時段設定，實現具有電能分時計費功能，同時生成日、月、年報表，電流曲線圖等。

⑥用戶權限管理

    可根據買方要求添加和刪除軟件的用戶數量和設置用戶的權限。針對不同級別的用戶，設置不同的權限組，防止因人為誤操作給生產，生活帶來的損失，實現配電系統的安全，可靠運行。

六、主要監控產品

（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、電話波形因子、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、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

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] 通用及專用設備制造行業錯峰限電技術指導.

作者簡介：

吳海英，女，本科，安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向為智能電力監控與電能管理系統，Email: acrelwhy@163.com 手機：15000539641  電話：021-33510314   QQ2880157856