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淺談智慧電能管理系統(tǒng)在自來水廠中的應(yīng)用

更新時(shí)間：2023-09-04

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吳柯霓

安科瑞電氣股份有限公司上海嘉定 201800

摘要：在國家節(jié)能功耗和精細(xì)化能源管理的號召下，為了提高終端用電的效率，改變用電方式，很多企業(yè)都開始運(yùn)用電能管理系統(tǒng)，這樣就能在保證用電功能的同時(shí)，還能夠?qū)崿F(xiàn)正常用電，并且減少電量的消耗以及電力需求，從而達(dá)到節(jié)約用電、保護(hù)環(huán)境的目的。自來水廠也啟動(dòng)了電能管理系統(tǒng)的科研項(xiàng)目，在廠區(qū)的配電網(wǎng)建立監(jiān)測點(diǎn)，對電能的指標(biāo)進(jìn)行綜合管理。對監(jiān)控點(diǎn)進(jìn)行信息采集，及時(shí)的反饋現(xiàn)場電能的指標(biāo)信息，努力實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的在線監(jiān)測，還可以設(shè)置故障異常報(bào)警功能，為自來水廠安全用電提供強(qiáng)有力的保障。通過對電能管理系統(tǒng)的功能進(jìn)行簡要介紹，分析電能管理系統(tǒng)在自來水廠中的應(yīng)用效果，以達(dá)到節(jié)能降耗的目的。

關(guān)鍵詞：電能管理；安全用電；在線實(shí)時(shí)

1 電能管理系統(tǒng)的功能

電能管理系統(tǒng)主要包括兩個(gè)部分，即軟件平臺和硬件的采集終端，檢測儀實(shí)時(shí)的檢測現(xiàn)場的電能，然后采集終端將數(shù)據(jù)傳回服務(wù)器，并且把數(shù)據(jù)保存在數(shù)據(jù)庫中。下邊將簡要介紹一下電能管理系統(tǒng)的幾種功能。

1.1 在線實(shí)時(shí)監(jiān)控功能

對于一些用電設(shè)備的用電數(shù)據(jù)，比如線電壓、電量、功率、系數(shù)、頻率、溫度等，電能管理系統(tǒng)都能進(jìn)行遠(yuǎn)程采集，還可以通過設(shè)置采集終端設(shè)備上的參數(shù)，來控制軟件自動(dòng)提取數(shù)據(jù)，比如每五分鐘采集數(shù)據(jù)一次，然后在計(jì)算機(jī)上通過圖表的形式呈現(xiàn)出來。它的這種在線實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)是通過對自來水廠的各種用電主要設(shè)備的數(shù)據(jù)進(jìn)行抄錄來記錄每一刻的用電數(shù)據(jù)的。而且這個(gè)電能管理系統(tǒng)還具備自動(dòng)路由的功能，把終端的數(shù)據(jù)傳送到工作人員手中時(shí)，可以移動(dòng)實(shí)現(xiàn)，不需要人工進(jìn)行實(shí)時(shí)操控。

1.2 異常報(bào)警功能

自來水廠中，用電*重要的是安全問題，還有供電的可靠性。當(dāng)電能的指標(biāo)發(fā)生異常時(shí)，在系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控下，獲得的異常數(shù)據(jù)比如電流超過上限、溫度異常升高等，就會啟動(dòng)自動(dòng)

報(bào)警的功能，從而為供電的可靠行提供保障，它的異常報(bào)警功能還能夠?qū)Υ髷?shù)據(jù)進(jìn)行處理，對統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)做成的圖表進(jìn)行分析，然后在線故障報(bào)警系統(tǒng)就會對分析結(jié)果做出反應(yīng)，這也是讓電廠能夠安全用電的保障，畢竟只有用電安全、可靠，自來水廠才能獲得*大的經(jīng)濟(jì)效益，*后，電能管理系統(tǒng)的異常報(bào)警功能還能夠?qū)﹄娔軘?shù)據(jù)的歷史記錄進(jìn)行分析，這樣對之前出現(xiàn)問題的原因有了了解，才能做出合適的防御措施。

2 電能管理系統(tǒng)的工作內(nèi)容

自來水廠的供電系統(tǒng)是10kV的高壓兩路供電，電能的管理系統(tǒng)在自來水廠中設(shè)置7個(gè)監(jiān)測點(diǎn)，分別用作辦公室的照明、熱泵、兩個(gè)進(jìn)線口、四個(gè)配電機(jī)的水源，通過這7個(gè)監(jiān)測點(diǎn)對電能量以及電能的指標(biāo)進(jìn)行集中地管理，然后利用有線網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)計(jì)運(yùn)行參數(shù)，然后再把采集好的數(shù)據(jù)傳到水廠的服務(wù)器上，*終把這些數(shù)據(jù)保存在數(shù)據(jù)庫中，這樣就能對水廠中用電的情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，還能通過存儲的數(shù)據(jù)中讀取到歷史記錄，或者對用電異常的情況進(jìn)行報(bào)警，可以在手機(jī)或者計(jì)算機(jī)上登錄軟件系統(tǒng)，這樣就能實(shí)時(shí)地了解電廠的用電情況。

3 安全生產(chǎn)的用電分析

首先分析功率因素，把平臺上的數(shù)據(jù)和自來水廠供電公司的考核標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對比，只要實(shí)際平臺檢測到的功率高于標(biāo)準(zhǔn)功率，就說明自來水廠用電情況良好，然后是電流的不平衡度分析，電能管理系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測用電系統(tǒng)的電流，然后傳送到數(shù)據(jù)分析平臺，根據(jù)這個(gè)平臺分析的結(jié)果，判定電能系統(tǒng)的電流不平衡度，然后再根據(jù)實(shí)際情況對水廠的用電情況進(jìn)行排查，因?yàn)殡娏鞑黄胶舛冗^大會造成電氣火災(zāi)或者是電能浪費(fèi)這兩種非常嚴(yán)重的問題，所以排查出問題之后，一定要想出一定的解決措施，防止問題的出現(xiàn)。*后就是對電能運(yùn)行環(huán)境異常的報(bào)告進(jìn)行分析，因?yàn)殡娔芄芾硐到y(tǒng)會對水廠用電情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，然后會生成一個(gè)異常的報(bào)告文檔，工作人員通過對這個(gè)報(bào)告文檔進(jìn)行專業(yè)分析，就能夠更加科學(xué)有效地監(jiān)控自來水廠的用電情況，然后及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)地解決，防止大事故的發(fā)生。

4電能管理系統(tǒng)在自來水廠的應(yīng)用效果

因?yàn)殡娔艿牟杉梢詫ΜF(xiàn)場用電的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，這樣工作人員就可以更加及時(shí)地發(fā)現(xiàn)問題。發(fā)現(xiàn)問題之后，工作人員就要加強(qiáng)檢測力度，然后及時(shí)地通知維修人員，比如電流不平衡時(shí)，就要檢查現(xiàn)場的負(fù)載情況，盡可能地查出可能存在的安全隱患。而且這種實(shí)時(shí)的監(jiān)控可以更加有針對性地發(fā)現(xiàn)問題然后有針對性地解決問題，這就不僅能夠加快工作效率，還能夠省下很多投入。水廠中的功率因素往往達(dá)不到供電公司的考核標(biāo)準(zhǔn)，想要解決這個(gè)問題，就可以檢查現(xiàn)在的電容補(bǔ)償處在哪一種狀態(tài)，到底是過補(bǔ)償還是少補(bǔ)償，解決了這個(gè)問題之后，可以在同樣用電的情況下減免一定的電費(fèi)，另外，如果對一些設(shè)備采用就地補(bǔ)償?shù)男问�，會大大地提高設(shè)備運(yùn)行的壽命。還有，每一個(gè)自來水廠用電的情況都不一樣，在條件允許的情況下，自來水廠的變壓器可以采用一個(gè)運(yùn)行，一個(gè)備用的形式，或者在負(fù)荷允許的條件下，可以讓一臺變壓器帶動(dòng)三個(gè)配水機(jī)，這樣能夠很大程度地節(jié)約投入成本。在夏季的時(shí)候管網(wǎng)的壓力比較低，這樣一臺變壓器肯定帶不動(dòng)三臺配水機(jī)，這樣就要根據(jù)實(shí)際情況及時(shí)地調(diào)整，選擇一個(gè)合適的供水方式，以保證可以安全可靠地供水。

5 AcrelEMS-SW智慧水務(wù)能效管理平臺

5.1 平臺概述

安科瑞電氣具備從終端感知、邊緣計(jì)算到能效管理平臺的產(chǎn)品生態(tài)體系，AcrelEMS-SW智慧水務(wù)能效管理平臺通過在污水廠源、網(wǎng)、荷、儲、充的各個(gè)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)安裝保護(hù)、監(jiān)測、分析、治理裝置，用于監(jiān)測污水廠能耗總量和能耗強(qiáng)度，重點(diǎn)監(jiān)測主要用能設(shè)備能效，保護(hù)污水廠運(yùn)行安全可靠，提高污水廠能效，為污水處理的能效管理提供科學(xué)、精細(xì)的解決方案。

5.2 平臺組成

AcrelEMS智慧水務(wù)綜合能效管理系統(tǒng)由變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)、電力監(jiān)控及能效管理系統(tǒng)組成，涵蓋了水務(wù)中壓變配電系統(tǒng)、電氣安全、應(yīng)急電源、能源管理、照明控制、設(shè)備運(yùn)維等，貫穿水務(wù)能源流的始終，幫助運(yùn)維管理人員通過一套平臺、一個(gè)APP實(shí)時(shí)了解水務(wù)配電系統(tǒng)運(yùn)行狀況，并且根據(jù)權(quán)限可以適用于水務(wù)后勤部門管理需要。

5.3 平臺拓?fù)鋱D

5.4 平臺子系統(tǒng)

5.4.1 變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)及電力監(jiān)控

對水務(wù)配電系統(tǒng)中35kV、10kV電壓等級配置繼電保護(hù)和弧光保護(hù)，實(shí)現(xiàn)遙測、遙信、遙控、遙調(diào)等功能，對異常情況及時(shí)預(yù)警。

監(jiān)測變壓器、水泵、鼓風(fēng)機(jī)的電流、電壓、有功/無功功率、功率因數(shù)、負(fù)荷率、溫度、三相平衡、異常報(bào)警等數(shù)據(jù)。

5.4.2 電能質(zhì)量監(jiān)測與治理

水務(wù)中大量的大功率電機(jī)、水泵變頻啟動(dòng)導(dǎo)致配電系統(tǒng)中存在大量諧波，通過監(jiān)測其配電系統(tǒng)的諧波畸變、電壓波動(dòng)、閃變和容忍度指標(biāo)分析其電能質(zhì)量，并配置對應(yīng)的電能質(zhì)量治理措施提高供電電能質(zhì)量。

5.4.3 電動(dòng)機(jī)管理

馬達(dá)監(jiān)控實(shí)現(xiàn)水務(wù)中電機(jī)的保護(hù)、遙測、遙信、遙控功能，電動(dòng)機(jī)保護(hù)器能對過載、短路、缺相、漏電等異常情況進(jìn)行保護(hù)、監(jiān)測和報(bào)警。高效、準(zhǔn)確地反映出故障狀態(tài)、故障時(shí)間、故障地點(diǎn)、及相關(guān)信息，對電機(jī)進(jìn)行健康診斷和預(yù)防性維護(hù)。同時(shí)支持與PLC、軟啟、變頻器等配合，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)自動(dòng)或遠(yuǎn)程控制，監(jiān)視、控制各個(gè)工藝設(shè)備,保障正常生產(chǎn)。

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5.4.4 能耗管理

為水務(wù)搭建計(jì)量體系，顯示水務(wù)的能源流向和能源損耗，通過能源流向圖幫助水務(wù)分析能源消耗去向，找出能源消耗異常區(qū)域。

將所有有關(guān)能源的參數(shù)集中在一個(gè)看板中，從多個(gè)維度對比分析，實(shí)現(xiàn)各個(gè)工藝環(huán)節(jié)的能耗對比，幫助領(lǐng)導(dǎo)掌控整個(gè)工廠的能源消耗，能源成本，標(biāo)煤排放等的情況。

能耗數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)采集水務(wù)中污水廠、自來水廠、水泵站等的用電、用水、燃?xì)�、冷熱量消耗量，同環(huán)比對比分析，能耗總量和能耗強(qiáng)度計(jì)算，標(biāo)煤計(jì)算和CO2排放統(tǒng)計(jì)趨勢。

能效分析按三級計(jì)量架構(gòu)，分別進(jìn)行能效分析，契合能源管理體系要求，可對各車間/職能部門的能效水平進(jìn)行分析，同比、環(huán)比、對標(biāo)等。通過污水處理產(chǎn)量以及系統(tǒng)采集的能耗數(shù)據(jù)，在污水單耗中生成污水單耗趨勢圖，并進(jìn)行同比和環(huán)比分析，同時(shí)將污水的單耗與行業(yè)/國家/****指標(biāo)對標(biāo)，以便企業(yè)能夠根據(jù)產(chǎn)品單耗情況來調(diào)整生產(chǎn)工藝，從而降低能耗。

5.4.5 智能照明控制

系統(tǒng)為污水廠、自來水廠、水泵站等提供了照明控制管理方案，支持單控、區(qū)域控制、自動(dòng)控制、感應(yīng)控制、定時(shí)控制、場景控制、調(diào)光控制等多種控制方式，模塊可根據(jù)經(jīng)緯度自動(dòng)識別日出日落時(shí)間實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制功能，盡量利用自然光照，實(shí)現(xiàn)室內(nèi)、廠區(qū)照明的智能控制達(dá)到安全、節(jié)能、舒適、高效的目的。

5.4.6 電氣安全

5.4.6.1 電氣火災(zāi)監(jiān)測

監(jiān)測配電系統(tǒng)回路的漏電電流和線纜溫度，實(shí)現(xiàn)對污水廠、自來水廠、水泵站的電氣安全預(yù)警。

5.4.6.2 消防應(yīng)急照明和疏散指示

根據(jù)預(yù)先設(shè)置的應(yīng)急預(yù)案快速啟動(dòng)疏散方案引導(dǎo)人員疏散。系統(tǒng)接入消防應(yīng)急照明指示系統(tǒng)數(shù)據(jù)，通過平面圖顯示疏散指示燈具工作狀態(tài)和異常情況。

5.4.6.3 消防設(shè)備電源監(jiān)測

監(jiān)測消防設(shè)備的工作電源是否正常，保障在發(fā)生火災(zāi)時(shí)消防設(shè)備可以正常投入使用。

5.4.6.4 防火門監(jiān)控系統(tǒng)

防火門監(jiān)控系統(tǒng)集中控制其各終端設(shè)備即防火門監(jiān)控模塊、電動(dòng)閉門器、電磁釋放器的工作狀態(tài)，實(shí)時(shí)監(jiān)測疏散通道防火門的開啟、關(guān)閉及故障狀態(tài)，顯示終端設(shè)備開路、短路等故障信號。系統(tǒng)采用消防二總線將具有通信功能的監(jiān)控模塊相互連接起來，當(dāng)終端設(shè)備發(fā)生短路、斷路等故障時(shí)，防火門監(jiān)控器能發(fā)出報(bào)警信號，能指示報(bào)警部位并保存報(bào)警信息，保障了電氣安全的可靠性。

5.4.7 環(huán)境監(jiān)測

污水廠、自來水廠、水泵站等場所溫濕度、煙霧、積水浸水、視頻、UPS電池間可燃?xì)怏w濃度展示和預(yù)警，保障污水廠、自來水廠、水泵站等安全運(yùn)行。當(dāng)可燃?xì)怏w或有害氣體濃度超標(biāo)可自動(dòng)啟動(dòng)排風(fēng)風(fēng)機(jī)或新風(fēng)系統(tǒng)，排除隱患，保持良好的水處理環(huán)境。

5.4.8 分布式光伏監(jiān)測

實(shí)時(shí)監(jiān)測低壓并網(wǎng)柜每路的電流、電壓、功率等電氣參數(shù)及斷路器開關(guān)狀態(tài)，逆變器運(yùn)行監(jiān)視，對逆變器直流側(cè)每一光伏組串的輸入直流電壓、直流電流、直流功率，逆變器交流電壓、交流電流、頻率、功率因數(shù)、當(dāng)前發(fā)電功率、累計(jì)發(fā)電量進(jìn)行監(jiān)測，以曲線方式繪制上述監(jiān)測的各個(gè)參量的歷史數(shù)據(jù)。

平臺結(jié)合廠區(qū)實(shí)際分布情況，通過3D或2.5D平面圖顯示分布式光伏組件在屋頂、車棚的分布情況，顯示匯流箱、并網(wǎng)點(diǎn)位置，各個(gè)屋頂?shù)难b機(jī)容量。

5.4.9 工藝仿真監(jiān)控

平臺通過2D、3D方式實(shí)時(shí)監(jiān)視粗格柵、污水提升、細(xì)格柵、曝氣沉砂、改良生化處理、二沉、加氯接觸消毒、污泥濃縮壓濾、生物除臭等工藝設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)。在格柵清渣機(jī)、污水提升泵、回流泵、曝氣風(fēng)機(jī)、加藥泵、濃縮壓濾機(jī)、吸沙泵、吸泥泵等低壓電動(dòng)機(jī)控制柜或低壓饋電柜安裝電動(dòng)機(jī)保護(hù)，進(jìn)行短路、過流、過載、起動(dòng)超時(shí)、斷相、不平衡、低功率、接地/漏電、te保護(hù)、堵轉(zhuǎn)、逆序、溫度等保護(hù)以及外部故障連鎖停機(jī)，與PLC、軟啟、變頻器等配合，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)自動(dòng)或遠(yuǎn)程控制，監(jiān)視、控制各個(gè)工藝設(shè)備,保障正常生產(chǎn)。

6 相關(guān)平臺部署硬件選型清單

6.1 電力監(jiān)控、電能質(zhì)量、電動(dòng)機(jī)管理及配電室環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)

7 結(jié)語

在城市和農(nóng)村生活中，自來水廠都扮演著非常重要的角色。自來水廠的用電量是非常巨大的，當(dāng)然能量損耗的自然也多，所以要把降低能量損耗提到電量管理系統(tǒng)的發(fā)展中去，通過電能管理系統(tǒng)對運(yùn)行的機(jī)泵進(jìn)行節(jié)能損耗，不僅可以降低自來水廠的用電損耗。還可以很大程度上提高資源的利用效率，推動(dòng)我國電力資源的可持續(xù)發(fā)展，所以電能管理系統(tǒng)在自來水廠中的應(yīng)用是非常有意義的。

參考文獻(xiàn)

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安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)應(yīng)用手冊.2022.05版
姚大光.電能管理系統(tǒng)在自來水廠中的應(yīng)用

作者簡介

吳柯霓，女，現(xiàn)任職于安科瑞電氣股份有限公司，主要從智慧水務(wù)研究發(fā)展。