能源管控系統(tǒng)在天鐵電力與水系統(tǒng)的應(yīng)用

車艷華

（天津天鐵冶金集團(tuán)水電廠，河北邯鄲056404）

能源管控系統(tǒng)在天鐵電力與水系統(tǒng)的應(yīng)用

車艷華

（天津天鐵冶金集團(tuán)水電廠，河北邯鄲056404）

企業(yè)能源管理中心（簡稱EMS）借助于完善的數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)獲取生產(chǎn)過程的重要參數(shù)和相關(guān)能源數(shù)據(jù)，確保能源系統(tǒng)平衡調(diào)整的科學(xué)性、及時性和合理性，從而提高能源利用水平，保證生產(chǎn)及動力工藝系統(tǒng)的穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性，并最終實(shí)現(xiàn)提高整體能源利用效率的目的。詳述了EMS在天鐵的應(yīng)用情況。

能源管理；監(jiān)控；通訊

1 前言

在自動化技術(shù)和信息技術(shù)基礎(chǔ)上的能源調(diào)度技術(shù)和能源管理技術(shù),以客觀數(shù)據(jù)為依據(jù)的能源生產(chǎn)和消耗評價體系,是冶金企業(yè)先進(jìn)能源管理領(lǐng)域最基本的理念之一。改變傳統(tǒng)的分散的能源生產(chǎn)管理方式為公司扁平化的高效管理方式,是現(xiàn)代大型鋼鐵企業(yè)先進(jìn)的、被證明是行之有效的重大管理措施,正成為各大鋼鐵公司各級管理者的共識。建設(shè)天鐵能源管控中心系統(tǒng)的基本目的就是要在提高能源系統(tǒng)的運(yùn)行、管理效率的同時,為天鐵提供一個成熟的、有效的、使用方便的能源系統(tǒng)；一套先進(jìn)的、可靠的、安全的能源系統(tǒng)運(yùn)行、操作和管理平臺。

2 項(xiàng)目概況

天鐵建設(shè)的能源系統(tǒng)（簡稱天鐵EMS）是一個集過程監(jiān)控、能源管理、能源調(diào)度為一體的公司級管控一體化計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。監(jiān)控管理的能源介質(zhì)主要有：電力、高爐煤氣、焦?fàn)t煤氣、轉(zhuǎn)爐煤氣、混合煤氣、壓縮空氣、氧氣、氮?dú)?、氬氣、蒸汽、生產(chǎn)水、生活水等。能源管控中心的建立對天鐵能源系統(tǒng)的統(tǒng)一調(diào)度、提高環(huán)保質(zhì)量、降低噸鋼能耗、提高勞動生產(chǎn)率和能源管理水平起到顯著的促進(jìn)作用，是十分必要的。

現(xiàn)以其在水電廠電力、水系統(tǒng)的應(yīng)用進(jìn)行闡述。

3 項(xiàng)目范圍

3.1 電力系統(tǒng)

全廠110 kV、35 kV、10 kV、6 kV變電所共計(jì)72個，包括水電廠管轄70個，動力廠管轄2個。

3.2 水系統(tǒng)

深井車間泵站6個，供水車間泵站13個，水處理車間泵站7個，動力車間泵站6個，獨(dú)立站1個。

4 EMS監(jiān)控系統(tǒng)畫面要求

4.1 報警功能

EMS的報警采用分級聲音報警和多媒體語音報警。對重要現(xiàn)場設(shè)備的故障信號、能源系統(tǒng)報警參數(shù)超限、與能源生產(chǎn)相關(guān)的重要生產(chǎn)單元運(yùn)行狀態(tài)變化等進(jìn)行報警，提供相應(yīng)的聲音、語音、畫面閃光報警方式，根據(jù)故障程度和重要性，將報警信號分成三種類型：

（1）重故障報警是指會影響主設(shè)備的運(yùn)行，需要馬上做處理。如過流速斷保護(hù)動作、變壓器差動保護(hù)動作、重瓦斯動作、泵故障等。

（2）輕故障報警是指一般性的故障，或需要對操作人員提醒的報警，如變壓器輕瓦斯報警等。

（3）事件報警是指設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)變化和閥門開度的變化。如開關(guān)運(yùn)行信號，調(diào)節(jié)閥和切斷閥的全開和全閉信號。

4.2 操作記錄

EMS在日常運(yùn)行時，調(diào)度需要進(jìn)行大量的操作，如調(diào)整水系統(tǒng)出入口閥門、啟停/水泵、分/合開關(guān)/閘刀以及修改設(shè)定參數(shù)。某些設(shè)備的操作規(guī)程因牽涉到大量的輔機(jī)操作，操作規(guī)程較為復(fù)雜，如主要開關(guān)的分合。當(dāng)發(fā)生事故時，需要追溯當(dāng)時的操作記錄進(jìn)行事故原因分析。這些操作記錄都要進(jìn)行數(shù)據(jù)歸檔。

4.3 趨勢曲線

EMS對采集的有關(guān)系統(tǒng)運(yùn)行實(shí)時數(shù)據(jù)按時序保存在系統(tǒng)的實(shí)時數(shù)據(jù)庫中，計(jì)算累計(jì)值，借助系統(tǒng)的用戶查詢界面，對于實(shí)時歸檔數(shù)據(jù)，提供過程曲線顯示；對于統(tǒng)計(jì)歸檔數(shù)據(jù)，可按信號內(nèi)容、起/訖時間、時間粒度（小時/天/月）、數(shù)值類型進(jìn)行歷史數(shù)據(jù)查詢，并可進(jìn)行曲線顯示。

4.4 信息查詢

EMS根據(jù)系統(tǒng)情況對故障報警、設(shè)備操作、狀態(tài)變更等信息進(jìn)行歸檔保存，并提供信息查詢輸出功能。

5 EMS監(jiān)控系統(tǒng)功能要求及改造說明

5.1 電力系統(tǒng)

5.1.1 監(jiān)控要求

能源管控中心電力調(diào)度對以下電力設(shè)備進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)視：

遙測：進(jìn)線、饋線的電流、有功功率、無功功率、功率因數(shù)；母聯(lián)、分段斷路器的電流、有功功率、無功功率；母線電壓（相電壓及線電壓）、頻率；無功補(bǔ)償設(shè)備的無功功率及電流。

遙信：進(jìn)線斷路器手車位置信號；饋線斷路器手車位置及接地刀閘位置信號；母聯(lián)斷路器手車、隔離手車位置信號；PT隔離手車位置信號；避雷器隔離手車位置信號；變壓器中性點(diǎn)接地信號；主變本體保護(hù)信號；保護(hù)裝置動作信號；保護(hù)裝置的各種異常狀態(tài)信號。

遙脈：用于全廠能源計(jì)量管理的電度表信號。遙控和遙調(diào)：對能源管控中心監(jiān)控的站點(diǎn)，進(jìn)行斷路器、刀閘的遠(yuǎn)程分合、變壓器檔位遠(yuǎn)程升降。

5.1.2 改造原則

新增通訊管理機(jī)或利舊，通訊管理機(jī)將站內(nèi)綜保系統(tǒng)、電度表、測控單元等信息進(jìn)行整合，通過電力集控網(wǎng)絡(luò)設(shè)置在站內(nèi)的交換機(jī)，將數(shù)據(jù)上傳至集控站并由集控站轉(zhuǎn)發(fā)至能源管控中心。

對于能源管控中心需進(jìn)行遠(yuǎn)控的站點(diǎn)，在進(jìn)行集控站建設(shè)時，在集控站加裝權(quán)限切換開關(guān)硬件，以區(qū)分能中控制或集控站后臺控制。在同一時間，只能由一方進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。

（1）集控電站改造原則

集控站與其管轄的子站單獨(dú)成網(wǎng)，和能源網(wǎng)獨(dú)立，EMS系統(tǒng)與集控站進(jìn)行通訊。在集控站內(nèi)設(shè)置集控站通訊管理機(jī)。集控站通訊管理機(jī)將所有子站通訊管理機(jī)進(jìn)行整合（子站通訊管理機(jī)內(nèi)信息包括子站綜保系統(tǒng)、電度表、測控單元等信息），通過以太網(wǎng)接口接入EMS子站交換機(jī)，并通過EMS環(huán)網(wǎng)上傳到能源管控中心。建立集控站后，集控站下屬的各個子站的設(shè)備監(jiān)控都在集控站完成，取消原來的各個子站的后臺。

（2）集控子站改造原則

集控站管轄的子站內(nèi)設(shè)置子站通訊管理機(jī)，子站通訊管理機(jī)將站內(nèi)綜保系統(tǒng)、電度表、測控單元等信息進(jìn)行整合，通過以太網(wǎng)接口接入集控站網(wǎng)絡(luò)，上傳到集控站通訊管理機(jī)。

（3）獨(dú)立電站改造原則

獨(dú)立電站內(nèi)設(shè)置通訊管理機(jī)及后臺，通訊管理機(jī)將站內(nèi)綜保系統(tǒng)、電度表、測控單元等信息進(jìn)行整合，通過以太網(wǎng)接口接入EMS子站交換機(jī)，并通過EMS環(huán)網(wǎng)上傳到能源管控中心。

5.1.3 各站點(diǎn)改造

本次改造主要分為以下幾種模式：（1）通訊管理機(jī)利舊，進(jìn)行軟件升級

站內(nèi)已具備雙通訊管理機(jī)且有備用網(wǎng)口，只需對通訊管理機(jī)做相應(yīng)的軟件適應(yīng)性升級改造，增加其對IEC60870-104通訊規(guī)約的支持。

（2）通訊管理機(jī)軟件、硬件升級或增加

站內(nèi)通訊管理機(jī)需做硬件及軟件的升級改造，增加以太網(wǎng)接口和對IEC60870-104通訊規(guī)約的支持。

（3）新增通訊管理機(jī)

站內(nèi)不具備相應(yīng)的信號轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備（遠(yuǎn)動機(jī)或通訊管理機(jī)），需站內(nèi)新增通訊管理機(jī)。

改造后的通訊管理機(jī)和新增的通訊管理機(jī)集成站內(nèi)綜保和電度表數(shù)據(jù)，通過電力集控網(wǎng)絡(luò)設(shè)置在站內(nèi)的交換機(jī)，將數(shù)據(jù)上傳至集控站并由集控站轉(zhuǎn)發(fā)至能源管控中心。

（4）站內(nèi)綜自系統(tǒng)改造

站內(nèi)不具備綜保裝置的，進(jìn)行站內(nèi)綜自系統(tǒng)改造。

改造后站內(nèi)具備綜保和滿足能源管控中心通訊要求的通訊管理機(jī)，并參照模式一的方式將數(shù)據(jù)上傳至集控站并由集控站轉(zhuǎn)發(fā)至能源管控中心。

5.2 水系統(tǒng)

5.2.1 監(jiān)控要求

整個水系統(tǒng)分為四個車間：深井車間、供水車間、水處理車間、動力車間，按照區(qū)域集控的原則設(shè)立集中控制站。對于全廠重要的給水站保留能中監(jiān)控功能，其他站點(diǎn)集控站監(jiān)控。

5.2.2 改造原則

（1）集控站（含集控子站）改造

①利用或新增現(xiàn)場操作箱“自動/手動”權(quán)限開關(guān)作為監(jiān)控站和現(xiàn)場機(jī)側(cè)操作的權(quán)限開關(guān)。

②只能就地手動控制的設(shè)備改造成能夠遠(yuǎn)控的設(shè)備并接入現(xiàn)有（或新增）的PLC控制系統(tǒng)中。

③部分集控站上位機(jī)上新增“能中/集控站”控制權(quán)限，保留部分站點(diǎn)能中控制功能。

④各個子站通過光纜接入集控站的交換機(jī)，EMS通過集控站的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。集控站新增4臺監(jiān)控站操作站。

（2）獨(dú)立站點(diǎn)改造

①現(xiàn)場PLC（或新增PLC）通過現(xiàn)場交換機(jī)，接入RTU網(wǎng)關(guān)，再接到EMS環(huán)網(wǎng)。

②部分獨(dú)立站點(diǎn)新增（能中/電氣室）權(quán)限，保留部分站點(diǎn)能中控制功能。

5.2.3 對33個泵站站點(diǎn)的改造

（1）主要監(jiān)視內(nèi)容：泵的狀態(tài)，閥的狀態(tài)，補(bǔ)水流量、壓力,送水流量、壓力，水池液位。

（2）主要監(jiān)控內(nèi)容：泵啟動/停止，閥開/閉/停。

（3）改造內(nèi)容：a.深井車間泵站①4#井泵站、24#井泵站、汽運(yùn)泵站各增加一套PLC300，24#井泵站作為集控站接入EMS系統(tǒng)。

②石礦泵站、廠南泵站和南門泵站分別通過RTU接入EMS系統(tǒng)。

③南門泵站手動閥改為電動閥。

b.供水車間泵站

①一泵站、二泵站各增加一套PLC300，二泵站作為集控站接入EMS系統(tǒng)。

②三泵站、四泵站各增加一套PLC300，兩泵站一起接到高爐泵站，以高爐泵站為集控站接入EMS系統(tǒng)。

③五泵站通過RTU接入EMS系統(tǒng)。

④六泵站、1.5萬制氧泵站各增加一套PLC300，六泵站作為集控站接入EMS系統(tǒng)，六泵站手動閥改為電動閥。

⑤主循環(huán)水泵站作為集控站接入EMS。

⑥七泵站、八泵站接入鐵前污水處理廠，鐵前污水處理廠作為集控站接入EMS。

c.水處理車間泵站

①結(jié)晶器泵站、連鑄泵站、平流泵站、濁環(huán)泵站、處理間泵站各增加一套PLC300，接入凈環(huán)泵站。

②圓坯泵站接入凈環(huán)泵站，凈環(huán)泵站作為集控站，通過RTU接入EMS系統(tǒng)。

d.動力車間泵站

軋線水處理泵站、連鑄水處理泵站、新水泵站、制氧泵站、轉(zhuǎn)爐泵站和熱軋污水處理廠通過RTU接入EMS系統(tǒng)。

6 大屏幕監(jiān)視主要內(nèi)容

6.1 電力系統(tǒng)大屏主要監(jiān)視內(nèi)容

提供天鐵全廠供配電系統(tǒng)的單線系統(tǒng)運(yùn)行監(jiān)視圖（潮流圖）。包括電力開關(guān)/閘刀狀態(tài)，進(jìn)線電流、有功功率、無功功率、母線電壓、功率因數(shù)等。

6.2 水系統(tǒng)大屏幕主要監(jiān)視內(nèi)容

提供天鐵工業(yè)水系統(tǒng)模擬流程監(jiān)視圖。包括主管網(wǎng)、水池、水泵站、要用戶等。顯示主管網(wǎng)壓力、送出壓力、水池的水位、水泵站運(yùn)行狀態(tài)等。

7 綜合節(jié)能分析

通過對系統(tǒng)的集中監(jiān)控和有效管理，對電力和水的生產(chǎn)消耗進(jìn)行分析、優(yōu)化、控制，確保了設(shè)備的安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，取得節(jié)能和環(huán)保的雙重效益。

7.1 電力系統(tǒng)節(jié)能降耗分析

（1）在沒有上能源管控系統(tǒng)之前，供電部門以及企業(yè)內(nèi)部電量計(jì)量數(shù)據(jù)在時間上不同步，每月?lián)p耗統(tǒng)計(jì)存在較大誤差，進(jìn)而不能及時發(fā)現(xiàn)線損超標(biāo)的問題。現(xiàn)在對輸配電系統(tǒng)實(shí)時監(jiān)控，能夠及時發(fā)現(xiàn)問題并采取相應(yīng)的補(bǔ)救措施，減少了輸配電系統(tǒng)的線損，提高了電能傳輸效率。

（2）以往由于缺少綜合監(jiān)控手段，無法對單臺設(shè)備進(jìn)行節(jié)能監(jiān)測，不利于分析節(jié)能潛力，導(dǎo)致了電力單耗偏高?，F(xiàn)在通過對大型設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行記錄，根據(jù)歷史數(shù)據(jù)分析負(fù)載功率是否超出合理范圍通過這些歷史數(shù)據(jù)與同類型設(shè)備的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行能耗對比，查找是設(shè)備管理的問題還是設(shè)備自身工藝參數(shù)的控制問題，挖掘節(jié)能潛力。

（3）通過能源管控系統(tǒng)全局性整體性的系統(tǒng)監(jiān)控，包括對重要耗電設(shè)備的監(jiān)控，合理安排電力系統(tǒng)的消峰填谷，有效降低了電能消耗。

7.2 水系統(tǒng)節(jié)能降耗分析

（1）通過對全公司的用水情況的實(shí)時監(jiān)控，掌握各個用戶的用水的規(guī)律，對水資源進(jìn)行合理的調(diào)配和輸送，來達(dá)到節(jié)約用水的目的。

（2）通過基礎(chǔ)能源管理，對每月的生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，合理安排水的生產(chǎn)（采購）計(jì)劃，避免由于生產(chǎn)計(jì)劃安排的不合理而帶來的放散，減少能源的浪費(fèi)和損失。

（3）通過能源管控系統(tǒng)，對水系統(tǒng)管網(wǎng)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控，合理調(diào)整送水泵的數(shù)量，將送水壓力控制在一個合理的水平，解決由于輸送設(shè)備開啟數(shù)量的不合理帶來的能源浪費(fèi)和損失。

（4）通過能源管控系統(tǒng)，對水系統(tǒng)管網(wǎng)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控，能夠及時發(fā)現(xiàn)管網(wǎng)系統(tǒng)的故障（如管網(wǎng)破損），及時采取措施加以處理，減少資源的浪費(fèi)和損失。

App lication of Energy M anagement and Control System in the Power and W ater System s of Tiantie Group

CHE Yanhua
(The Water and Power Plant of Tianjin Tiantie Metallurgical Group,Handan,Hebei 056404,China)

Making use of comprehensive data collecting network the energy management system(EMS)for enterprise gathers important parameters and related energy data during production process,to ensure scientific,in-time and reasonable balance adjustment of the energy system,improve the level of energy utilization,guarantee the stability and economy of production and power process system and ultimately achieve the goal of improving the efficiency of energy consumption.The application result of EMS in Tiantie Group is described in detail.

energy management;monitoring;communication

TK018

B

1006-6764(2015)02-0003-04

2014－11－13

車艷華（1983-），女，畢業(yè)于鞍山科技大學(xué)自動化專業(yè)，大學(xué)本科學(xué)歷，工程師，現(xiàn)從事電氣設(shè)備管理工作。