電力需求側(cè)管理及智能電力監(jiān)控技術(shù)在金屬制品行業(yè)錯(cuò)峰限電中的應(yīng)用

徐霜

安科瑞電氣股份有限公司上海 嘉定 201801

 一、 行業(yè)用戶用電特性分析

金屬制品業(yè)行業(yè)按國民生產(chǎn)行業(yè)可細(xì)分為金屬結(jié)構(gòu)制造業(yè)（包括制造建筑用金屬結(jié)構(gòu)、構(gòu)件，金屬橋梁結(jié)構(gòu)、鐵塔、鐵架、金屬支柱、水閘等）、鑄鐵管制造業(yè)、化工、木材、非金屬加工設(shè)備制造、工具制造業(yè)：（①切削工具制造業(yè)（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(chǎn)。量具量儀的生產(chǎn)不列入本類，列入量具量儀制造業(yè)；②模具制造業(yè)：包括制造各種金屬模具等； ③手工具制造業(yè)（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(yè)分類很細(xì)，是較冶煉及壓延行業(yè)來說規(guī)模相對較小且用電負(fù)荷普遍不是很大（除個(gè)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(yè)類似性，生產(chǎn)性質(zhì)一般為三班制連續(xù)作業(yè)。

金屬制品行業(yè)用戶設(shè)備分類表

二、 行業(yè)用戶參與錯(cuò)峰限電能力分析

1. 該行業(yè)用電負(fù)荷大且為連續(xù)性負(fù)荷不受時(shí)段、季節(jié)、氣候影響，全年無需停產(chǎn)檢修，因此在全年其他時(shí)間都是有負(fù)荷可限的。

2. 緊急錯(cuò)峰限電對于該行業(yè)難度較大，因其整個(gè)生產(chǎn)流程以整條流水線為主體，且中間主要耗電設(shè)備高、中頻加熱爐（占總負(fù)荷70%）、響應(yīng)時(shí)間較長需兩小時(shí)。

3. 該行業(yè)用戶階段性錯(cuò)峰時(shí)可結(jié)合生產(chǎn)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(yè)用戶參與錯(cuò)峰限電技術(shù)方案

（一） 缺口等級IV級參與方案

1. 階段性錯(cuò)峰：

在執(zhí)行錯(cuò)峰指令、完成錯(cuò)峰指標(biāo)的前提下，留用流水線生產(chǎn)設(shè)備同時(shí)，結(jié)合自身生產(chǎn)工藝流程可有選擇地在不同時(shí)段投入不同的輔助生產(chǎn)設(shè)備錯(cuò)峰。由于階段性錯(cuò)峰具有前瞻性，可提前開始準(zhǔn)備，調(diào)整生產(chǎn)班次分時(shí)段停用響應(yīng)時(shí)間長的設(shè)備。如：在非錯(cuò)峰時(shí)段增加輔助設(shè)備的使用，錯(cuò)峰各時(shí)段分別減少輔助設(shè)備使用以達(dá)到10%以減負(fù)效果。同時(shí)減少辦公用電等非生產(chǎn)性設(shè)備使用起到節(jié)能輔助效果。

2. 緊急錯(cuò)峰

接到錯(cuò)峰指令后快速停用所有可停輔助設(shè)備，如：行車、電焊機(jī)等可間斷使用設(shè)備，同時(shí)減少非生產(chǎn)性設(shè)備節(jié)能輔助。

（二） 缺口等級III級參與方案

1. 階段性錯(cuò)峰：

由于錯(cuò)峰級別升高（即錯(cuò)峰指標(biāo)增加），可以在沿用IV級階段性錯(cuò)峰方案的基礎(chǔ)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(dá)到減負(fù)10～15%的效果。

2. 緊急錯(cuò)峰：

接到錯(cuò)峰指令后沿用IV級緊急錯(cuò)峰方案，并采用Ⅲ級階段性錯(cuò)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(cuò)峰：

隨著錯(cuò)峰等級的進(jìn)一步提升，安排停用其主耗電設(shè)備高、中頻加熱爐。

2. 緊急錯(cuò)峰：

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

（四） 缺口等級I級參與方案

1. 階段性錯(cuò)峰：

由有負(fù)荷缺口已至zui高等級，需要企業(yè)盡zui大能力支持錯(cuò)峰。

1) 安排停產(chǎn)，設(shè)備作年度檢修；或調(diào)整休息日階段性輪休。

2) 如上述方案有切實(shí)困難或?qū)嵤┥鲜龇桨负笕孕鑵⑴c錯(cuò)峰時(shí)，可以繼續(xù)采用Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ級階段性錯(cuò)峰方案及方法盡可能投入zui大可控負(fù)荷以滿足20%以上錯(cuò)峰需要。

2. 緊急錯(cuò)峰：

在未停產(chǎn)的情況下，接到錯(cuò)峰指令后沿用IV級緊急錯(cuò)峰方案，然后根據(jù)錯(cuò)峰要求安排停用流水線。

四、 行業(yè)用戶參與錯(cuò)峰限電風(fēng)險(xiǎn)及注意事項(xiàng)

該行業(yè)屬高危行業(yè)，需注意防止以下事故發(fā)生：

1. 失電將使得高、中頻爐等的循環(huán)冷卻系統(tǒng)、支撐及轉(zhuǎn)動系統(tǒng)失效，無法冷卻將使?fàn)t體受損；無法舉升傾轉(zhuǎn)動清空爐料，會使?fàn)t料固結(jié)在爐內(nèi)也會使?fàn)t體損壞，這都將直接影響恢復(fù)周期，造成重大損失；

2. 失電會對生產(chǎn)流水線直接造成損壞，如電腦部件、聯(lián)動裝置等；嚴(yán)重的會導(dǎo)致整條流水線報(bào)廢造成重大損失。

3. 后續(xù)切割機(jī)、擠壓機(jī)、沖壓機(jī)等生產(chǎn)設(shè)備也會應(yīng)失電卡死，受到不同程度損壞，材料和產(chǎn)品報(bào)廢乃至造成人員傷害。

因此，該行業(yè)用戶參與錯(cuò)峰不宜采用強(qiáng)制拉電或遙控設(shè)備控制限電，企業(yè)應(yīng)制定應(yīng)急預(yù)案，主動配合錯(cuò)峰實(shí)施，杜絕惡性事故發(fā)生，既擔(dān)負(fù)社會責(zé)任又將損失降到zui低。

五、智能電力監(jiān)控的功能與應(yīng)用

蘇州某金屬制品廠電能管理系統(tǒng)的配電系統(tǒng)，10/0.4kV配電系統(tǒng)進(jìn)行用電監(jiān)測與電能管理；監(jiān)測范圍為新建變電所的T1、T2變壓器進(jìn)線柜，聯(lián)絡(luò)柜，溫控儀，高壓側(cè)儀表及綜保進(jìn)行遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控和電能管理。該系統(tǒng)總計(jì)有31只儀表（其中包括26只智能電測儀表ACR220EL，3只中壓保護(hù)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(jī)擴(kuò)展卡上，實(shí)現(xiàn)總線上儀表與監(jiān)控主機(jī)的數(shù)據(jù)連通。

5.1網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)拓?fù)鋱D

本監(jiān)控系統(tǒng)采用分層分布式結(jié)構(gòu)，即站控層，通訊層與間隔層；如圖（1）所示：

間隔設(shè)備層主要為：多功能網(wǎng)絡(luò)電力儀表、開關(guān)量、模擬量采集模塊和智能斷路器等。這些裝置分別對應(yīng)相應(yīng)的一次設(shè)備安裝在電氣柜內(nèi)，這些裝置均采用RS485通訊接口，通過現(xiàn)場MODBUS總線組網(wǎng)通訊，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)現(xiàn)場采集。

網(wǎng)絡(luò)通訊層主要為：通訊服務(wù)器，其主要功能為把分散在現(xiàn)場采集裝置集中采集，同時(shí)

站控管理層：設(shè)有高性能工業(yè)計(jì)算機(jī)、顯示器、UPS電源、打印機(jī)、報(bào)警蜂鳴器等設(shè)備。監(jiān)控系統(tǒng)安裝在計(jì)算機(jī)上，集中采集顯示現(xiàn)場設(shè)備運(yùn)行狀況，以人機(jī)交互的形式顯示給用戶。

 以上網(wǎng)絡(luò)儀表均采用RS485接口和MODBUS-RTU通訊協(xié)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(fā)送數(shù)據(jù)但是在同一時(shí)刻只能發(fā)送或接收數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)zui高傳輸速率為10Mbps。RS485接口是采用平衡驅(qū)動器和差分接收器的組合，抗噪聲干擾能力增強(qiáng)，總線上允許連接多達(dá)32個(gè)設(shè)備，zui大傳輸距離為1.2km。

5.2系統(tǒng)功能

5.2.1系統(tǒng)主界面

系統(tǒng)主監(jiān)控畫面，主要實(shí)時(shí)監(jiān)測高壓回路的運(yùn)行狀態(tài)，紅色代表合閘，綠色代表分閘，斷路器變位時(shí)會發(fā)出報(bào)警信號，提醒用戶及時(shí)處理故障。本項(xiàng)目10KV高壓段采用AM5保護(hù)器，軟件界面實(shí)時(shí)顯示綜保的運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)時(shí)顯示綜保的測量參數(shù)。

圖（2） 高壓系統(tǒng)一次圖

低壓配電二次圖，功能有電量遙測主要監(jiān)測運(yùn)行設(shè)備的電參量，其中包括：線三相電壓，電流，功率，功率因數(shù)，電能，頻率等電參量及配出回路的三相電流；遙信功能實(shí)現(xiàn)顯示現(xiàn)場設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，主要包括：開關(guān)的分、合閘運(yùn)行狀態(tài)和通訊故障報(bào)警；斷路器變位時(shí)會發(fā)出報(bào)警信號，提醒用戶及時(shí)處理故障。

圖（3） 低壓配電二次圖

5.2.2參數(shù)抄表

參數(shù)抄表功能，主要完成對低壓各出線回路的電參數(shù)進(jìn)線查詢。支持任意時(shí)刻電參數(shù)查詢，具備數(shù)據(jù)導(dǎo)出和報(bào)表打印等功能。該報(bào)表查詢供變電所2臺變壓器出線各低壓回路的電參數(shù)，主要包括：三相電流、有功功率和有功電度。該報(bào)表各回路名稱和數(shù)據(jù)庫關(guān)聯(lián)，方便用戶修改回路名稱。

圖（4） 參數(shù)抄表

5.2.3報(bào)表統(tǒng)計(jì)

用電量報(bào)表功能，可選擇時(shí)間段進(jìn)行查詢，支持任意時(shí)間段電度累計(jì)查詢，具備數(shù)據(jù)導(dǎo)出和報(bào)表打印等功能。為值班人員提供了可靠的電能報(bào)表。該報(bào)表各回路名稱和數(shù)據(jù)庫關(guān)聯(lián)，方便用戶修改回路名稱。

圖（5） 電能報(bào)表

5.2.4故障報(bào)警

系統(tǒng)通訊結(jié)構(gòu)示意圖，主要顯示系統(tǒng)的組網(wǎng)結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)采用分層分布式結(jié)構(gòu)，同時(shí)監(jiān)測間隔層設(shè)備的通信狀態(tài)。紅色表示通訊正常，綠色表示通訊故障。

圖（6）系統(tǒng)通訊結(jié)構(gòu)示意圖

 5.2.5負(fù)荷趨勢曲線

負(fù)荷趨勢曲線界面中可直觀的查看回路的負(fù)荷運(yùn)行情況。查看實(shí)時(shí)和歷史趨勢曲線，點(diǎn)擊畫面相應(yīng)按鈕或菜單項(xiàng)可以完成相應(yīng)功能的切換；幫助用戶進(jìn)線趨勢分析和故障追憶，具備曲線打印功能。為分析整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)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(jiān)控產(chǎn)品

（1）高壓回路或低壓進(jìn)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(jì)量、復(fù)費(fèi)率電能統(tǒng)計(jì)、zui大需量統(tǒng)計(jì)；4DI+2DO；RS485通訊接口、Modbus協(xié)議。外形尺寸：96×96mm，開孔尺寸：88×88mm。適用于低壓聯(lián)絡(luò)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(zhuǎn)、欠載、外部故障、阻塞、欠壓等保護(hù)功能、8DI+4DO、電能管理、漏電保護(hù)、SOE記錄、多種起動模式、RS485通訊接口、MODbus協(xié)議/Profibus-DP協(xié)議可選。

（4）節(jié)能產(chǎn)品可選導(dǎo)軌表或APF有源濾波裝置

照明箱DDSF1352電表主要功能：電流規(guī)格1.5(6)A、5(20)A、10(40)A、20(80)A可選、復(fù)費(fèi)率電能統(tǒng)計(jì)、電能脈沖輸出、RS485通訊接口、Modbus協(xié)議或DL/T 645規(guī)約可選。外形尺寸：76×89×74mm，4模數(shù)。適用于照明箱的電流、電壓測量；單相電能計(jì)量。

ARD

DTSF1352導(dǎo)軌式電表主要功能：電流規(guī)格1.5(6)A、5(20)A、10(40)A、20(80)A可選、復(fù)費(fèi)率電能統(tǒng)計(jì)、電能脈沖輸出、RS485通訊接口、Modbus協(xié)議或DL/T 645規(guī)約可選。外形尺寸：126×89×74mm，7模數(shù)。適用于照明箱的三相電能計(jì)量。

DTSD1352導(dǎo)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(jì)量、復(fù)費(fèi)率電能統(tǒng)計(jì)、zui大需量統(tǒng)計(jì)；電流規(guī)格1.5(6)A、5(20)A、10(40)A、20(80)A可選、RS485通訊接口、Modbus協(xié)議或DL/T 645規(guī)約可選。外形尺寸：126×89×74mm，7模數(shù)。適用于動力柜。

ANAPF系列有源電力濾波裝置，以并聯(lián)方式接入電網(wǎng)，通過實(shí)時(shí)檢測負(fù)載的諧波和無功分量，采用PWM變流技術(shù)，從變流器中產(chǎn)生一個(gè)和當(dāng)前諧波分量和無功分量對應(yīng)的反向分量并實(shí)時(shí)注入電力系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)諧波治理和無功補(bǔ)償。

七、設(shè)備清單

參考文獻(xiàn)：

[1]安科瑞電氣股份有限公司系統(tǒng)解決方案.2013.1版.

[2]《電力電測數(shù)字儀表原理與應(yīng)用指南》，任致程、周中，中國電力出版社。

[3] 金屬制品行業(yè)錯(cuò)峰限電技術(shù)指導(dǎo).

作者簡介：

徐霜，女，本科，安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向?yàn)橹悄茈娋W(wǎng)供配電，:   :