電力需求側管理及智能電力監(jiān)控技術在金屬制品行業(yè)錯峰限電中的應用

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)可細分為金屬結構制造業(yè)（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(yè)、化工、木材、非金屬加工設備制造、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，是較冶煉及壓延行業(yè)來說規(guī)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(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)用戶設備分類表

二、 行業(yè)用戶參與錯峰限電能力分析

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

2. 緊急錯峰限電對于該行業(yè)難度較大，因其整個生產(chǎn)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(yè)用戶階段性錯峰時可結合生產(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(zhí)行錯峰指令、完成錯峰指標的前提下，留用流水線生產(chǎn)設備同時，結合自身生產(chǎn)工藝流程可有選擇地在不同時段投入不同的輔助生產(chǎn)設備錯峰。由于階段性錯峰具有前瞻性，可提前開始準備，調(diào)整生產(chǎn)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(chǎn)性設備使用起到節(jié)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(chǎn)性設備節(jié)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，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(shù)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zui高等級，需要企業(yè)盡zui大能力支持錯峰。

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

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

2. 緊急錯峰：

在未停產(chǎn)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(jù)錯峰要求安排停用流水線。

四、 行業(yè)用戶參與錯峰限電風險及注意事項

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，無法冷卻將使爐體受損；無法舉升傾轉(zhuǎn)動清空爐料，會使爐料固結在爐內(nèi)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(chǎn)流水線直接造成損壞，如電腦部件、聯(lián)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(xù)切割機、擠壓機、沖壓機等生產(chǎn)設備也會應失電卡死，受到不同程度損壞，材料和產(chǎn)品報廢乃至造成人員傷害。

因此，該行業(yè)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(yè)應制定應急預案，主動配合錯峰實施，杜絕惡性事故發(fā)生，既擔負社會責任又將損失降到zui低。

五、智能電力監(jiān)控的功能與應用

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變壓器進線柜，聯(lián)絡柜，溫控儀，高壓側儀表及綜保進行遠程實時監(jiān)控和電能管理。該系統(tǒng)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(xiàn)總線上儀表與監(jiān)控主機的數(shù)據(jù)連通。

5.1網(wǎng)絡結構拓撲圖

本監(jiān)控系統(tǒng)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(wǎng)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(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，實現(xiàn)數(shù)據(jù)現(xiàn)場采集。

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

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

 以上網(wǎng)絡儀表均采用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，總線上允許連接多達32個設備，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，主要實時監(jiān)測高壓回路的運行狀態(tài)，紅色代表合閘，綠色代表分閘，斷路器變位時會發(fā)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(tài)，實時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)測運行設備的電參量，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；遙信功能實現(xiàn)顯示現(xiàn)場設備的運行狀態(tài)，主要包括：開關的分、合閘運行狀態(tài)和通訊故障報警；斷路器變位時會發(fā)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(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)進線查詢。支持任意時刻電參數(shù)查詢，具備數(shù)據(jù)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(shù)，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(shù)據(jù)庫關聯(lián)，方便用戶修改回路名稱。

圖（4） 參數(shù)抄表

5.2.3報表統(tǒng)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(shù)據(jù)導出和報表打印等功能。為值班人員提供了可靠的電能報表。該報表各回路名稱和數(shù)據(jù)庫關聯(lián)，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(tǒng)通訊結構示意圖，主要顯示系統(tǒng)的組網(wǎng)結構，系統(tǒng)采用分層分布式結構，同時監(jiān)測間隔層設備的通信狀態(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(tǒng)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(jiān)控產(chǎn)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(tǒng)計、zui大需量統(tǒng)計；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(xié)議/Profibus-DP協(xié)議可選。

（4）節(jié)能產(chǎn)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(guī)格1.5(6)A、5(20)A、10(40)A、20(80)A可選、復費率電能統(tǒng)計、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；單相電能計量。

ARD

DTSF1352導軌式電表主要功能：電流規(guī)格1.5(6)A、5(20)A、10(40)A、20(80)A可選、復費率電能統(tǒng)計、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(tǒng)計、zui大需量統(tǒng)計；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(chǎn)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(tǒng)，從而實現(xiàn)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(tǒng)解決方案.2013.1版.

[2]《電力電測數(shù)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(yè)錯峰限電技術指導.

作者簡介：

徐霜，女，本科，安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向為智能電網(wǎng)供配電，:   :