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淺談智慧電能管理系統(tǒng)在自來水廠中的應用
任運業(yè)
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)都開始運用電能管理系統(tǒng)，這樣就能在保證用電功能的同時，還能夠實現(xiàn)正常用電，并且減少電量的消耗以及電力需求，從而達到節(jié)約用電、保護環(huán)境的目的。自來水廠也啟動了電能管理系統(tǒng)的科研項目，在廠區(qū)的配電網(wǎng)建立監(jiān)測點，對電能的指標進行綜合管理。對監(jiān)控點進行信息采集，及時的反饋現(xiàn)場電能的指標信息，努力實現(xiàn)實時的在線監(jiān)測，還可以設置故障異常報警功能，為自來水廠安全用電提供強有力的保障。通過對電能管理系統(tǒng)的功能進行簡要介紹，分析電能管理系統(tǒng)在自來水廠中的應用效果，以達到節(jié)能降耗的目的。
關鍵詞：電能管理；安全用電；在線實時
1電能管理系統(tǒng)的功能
電能管理系統(tǒng)主要包括兩個部分，即軟件平臺和硬件的采集終端，檢測儀實時的檢測現(xiàn)場的電能，然后采集終端將數(shù)據(jù)傳回服務器，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在線實時監(jiān)控功能
對于一些用電設備的用電數(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)都能進行遠程采集，還可以通過設置采集終端設備上的參數(shù)，來控制軟件自動提取數(shù)據(jù)，比如每五分鐘采集數(shù)據(jù)一次，然后在計算機上通過圖表的形式呈現(xiàn)出來。它的這種在線實時監(jiān)控系統(tǒng)是通過對自來水廠的各種用電主要設備的數(shù)據(jù)進行抄錄來記錄每一刻的用電數(shù)據(jù)的。而且這個電能管理系統(tǒng)還具備自動路由的功能，把終端的數(shù)據(jù)傳送到工作人員手中時，可以移動實現(xiàn)，不需要人工進行實時操控。
1.2異常報警功能
自來水廠中，用電*重要的是安全問題，還有供電的可靠性。當電能的指標發(fā)生異常時，在系統(tǒng)的實時監(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，就會啟動自動
報警的功能，從而為供電的可靠行提供保障，它的異常報警功能還能夠對大數(shù)據(jù)進行處理，對統(tǒng)計的數(shù)據(jù)做成的圖表進行分析，然后在線故障報警系統(tǒng)就會對分析結果做出反應，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)濟效益，*后，電能管理系統(tǒng)的異常報警功能還能夠對電能數(shù)據(jù)的歷史記錄進行分析，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)在自來水廠中設置7個監(jiān)測點，分別用作辦公室的照明、熱泵、兩個進線口、四個配電機的水源，通過這7個監(jiān)測點對電能量以及電能的指標進行集中地管理，然后利用有線網(wǎng)絡統(tǒng)計運行參數(shù)，然后再把采集好的數(shù)據(jù)傳到水廠的服務器上，*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行實時監(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行報警，可以在手機或者計算機上登錄軟件系統(tǒng)，這樣就能實時地了解電廠的用電情況。
3安全生產的用電分析
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準進行對比，只要實際平臺檢測到的功率高于標準功率，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)實時監(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)這個平臺分析的結果，判定電能系統(tǒng)的電流不平衡度，然后再根據(jù)實際情況對水廠的用電情況進行排查，因為電流不平衡度過大會造成電氣火災或者是電能浪費這兩種非常嚴重的問題，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)。*后就是對電能運行環(huán)境異常的報告進行分析，因為電能管理系統(tǒng)會對水廠用電情況進行實時監(jiān)控，然后會生成一個異常的報告文檔，工作人員通過對這個報告文檔進行專業(yè)分析，就能夠更加科學有效地監(jiān)控自來水廠的用電情況，然后及時發(fā)現(xiàn)問題及時地解決，防止大事故的發(fā)生。
4電能管理系統(tǒng)在自來水廠的應用效果
因為電能的采集可以對現(xiàn)場用電的數(shù)據(jù)進行實時監(jiān)控，這樣工作人員就可以更加及時地發(fā)現(xiàn)問題。發(fā)現(xiàn)問題之后，工作人員就要加強檢測力度，然后及時地通知維修人員，比如電流不平衡時，就要檢查現(xiàn)場的負載情況，盡可能地查出可能存在的安全隱患。而且這種實時的監(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不到供電公司的考核標準，想要解決這個問題，就可以檢查現(xiàn)在的電容補償處在哪一種狀態(tài)，到底是過補償還是少補償，解決了這個問題之后，可以在同樣用電的情況下減免一定的電費，另外，如果對一些設備采用就地補償?shù)男问?，會大大地提高設備運行的壽命。還有，每一個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運行，一個備用的形式，或者在負荷允許的條件下，可以讓一臺變壓器帶動三個配水機，這樣能夠很大程度地節(jié)約投入成本。在夏季的時候管網(wǎng)的壓力比較低，這樣一臺變壓器肯定帶不動三臺配水機，這樣就要根據(jù)實際情況及時地調整，選擇一個合適的供水方式，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、邊緣計算到能效管理平臺的產品生態(tài)體系，AcrelEMS-SW智慧水務能效管理平臺通過在污水廠源、網(wǎng)、荷、儲、充的各個關鍵節(jié)點安裝保護、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度，重點監(jiān)測主要用能設備能效，保護污水廠運行安全可靠，提高污水廠能效，為污水處理的能效管理提供科學、精細的解決方案。
5.2平臺組成
AcrelEMS智慧水務綜合能效管理系統(tǒng)由變電站綜合自動化系統(tǒng)、電力監(jiān)控及能效管理系統(tǒng)組成，涵蓋了水務中壓變配電系統(tǒng)、電氣安全、應急電源、能源管理、照明控制、設備運維等，貫穿水務能源流的始終，幫助運維管理人員通過一套平臺、一個APP實時了解水務配電系統(tǒng)運行狀況，并且根據(jù)權限可以適用于水務后勤部門管理需要。
5.3平臺拓撲圖
5.4平臺子系統(tǒng)
5.4.1變電站綜合自動化系統(tǒng)及電力監(jiān)控
對水務配電系統(tǒng)中35kV、10kV電壓等級配置繼電保護和弧光保護，實現(xiàn)遙測、遙信、遙控、遙調等功能，對異常情況及時預警。
監(jiān)測變壓器、水泵、鼓風機的電流、電壓、有功/無功功率、功率因數(shù)、負荷率、溫度、三相平衡、異常報警等數(shù)據(jù)。
5.4.2電能質量監(jiān)測與治理
水務中大量的大功率電機、水泵變頻啟動導致配電系統(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、閃變和容忍度指標分析其電能質量，并配置對應的電能質量治理措施提高供電電能質量。
5.4.3電動機管理
馬達監(jiān)控實現(xiàn)水務中電機的保護、遙測、遙信、遙控功能，電動機保護器能對過載、短路、缺相、漏電等異常情況進行保護、監(jiān)測和報警。高效、準確地反映出故障狀態(tài)、故障時間、故障地點、及相關信息，對電機進行健康診斷和預防性維護。同時支持與PLC、軟啟、變頻器等配合，實現(xiàn)電動機自動或遠程控制，監(jiān)視、控制各個工藝設備,保障正常生產。
5.4.4能耗管理
為水務搭建計量體系，顯示水務的能源流向和能源損耗，通過能源流向圖幫助水務分析能源消耗去向，找出能源消耗異常區(qū)域。
將所有有關能源的參數(shù)集中在一個看板中，從多個維度對比分析，實現(xiàn)各個工藝環(huán)節(jié)的能耗對比，幫助領導掌控整個工廠的能源消耗，能源成本，標煤排放等的情況。
能耗數(shù)據(jù)統(tǒng)計采集水務中污水廠、自來水廠、水泵站等的用電、用水、燃氣、冷熱量消耗量，同環(huán)比對比分析，能耗總量和能耗強度計算，標煤計算和CO2排放統(tǒng)計趨勢。
能效分析按三級計量架構，分別進行能效分析，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行分析，同比、環(huán)比、對標等。通過污水處理產量以及系統(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，并進行同比和環(huán)比分析，同時將污水的單耗與行業(yè)/國家/國際指標對標，以便企業(yè)能夠根據(jù)產品單耗情況來調整生產工藝，從而降低能耗。
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、自動控制、感應控制、定時控制、場景控制、調光控制等多種控制方式，模塊可根據(jù)經(jīng)緯度自動識別日出日落時間實現(xiàn)自動控制功能，盡量利用自然光照，實現(xiàn)室內、廠區(qū)照明的智能控制達到安全、節(jié)能、舒適、高效的目的。
5.4.6電氣安全
監(jiān)測配電系統(tǒng)回路的漏電電流和線纜溫度，實現(xiàn)對污水廠、自來水廠、水泵站的電氣安全預警。
根據(jù)預先設置的應急預案快速啟動疏散方案引導人員疏散。系統(tǒng)接入消防應急照明指示系統(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。
監(jiān)測消防設備的工作電源是否正常，保障在發(fā)生火災時消防設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備即防火門監(jiān)控模塊、電動閉門器、電磁釋放器的工作狀態(tài)，實時監(jiān)測疏散通道防火門的開啟、關閉及故障狀態(tài)，顯示終端設備開路、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，當終端設備發(fā)生短路、斷路等故障時，防火門監(jiān)控器能發(fā)出報警信號，能指示報警部位并保存報警信息，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電池間可燃氣體濃度展示和預警，保障污水廠、自來水廠、水泵站等安全運行。當可燃氣體或有害氣體濃度超標可自動啟動排風風機或新風系統(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
實時監(jiān)測低壓并網(wǎng)柜每路的電流、電壓、功率等電氣參數(shù)及斷路器開關狀態(tài)，逆變器運行監(jiān)視，對逆變器直流側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)、當前發(fā)電功率、累計發(fā)電量進行監(jiān)測，以曲線方式繪制上述監(jiān)測的各個參量的歷史數(shù)據(jù)。
平臺結合廠區(qū)實際分布情況，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)點位置，各個屋頂?shù)难b機容量。
5.4.9工藝仿真監(jiān)控
平臺通過2D、3D方式實時監(jiān)視粗格柵、污水提升、細格柵、曝氣沉砂、改良生化處理、二沉、加氯接觸消毒、污泥濃縮壓濾、生物除臭等工藝設備運行狀態(tài)。在格柵清渣機、污水提升泵、回流泵、曝氣風機、加藥泵、濃縮壓濾機、吸沙泵、吸泥泵等低壓電動機控制柜或低壓饋電柜安裝電動機保護，進行短路、過流、過載、起動超時、斷相、不平衡、低功率、接地/漏電、te保護、堵轉、逆序、溫度等保護以及外部故障連鎖停機，與PLC、軟啟、變頻器等配合，實現(xiàn)電動機自動或遠程控制，監(jiān)視、控制各個工藝設備,保障正常生產。
6相關平臺部署硬件選型清單
6.1電力監(jiān)控、電能質量、電動機管理及配電室環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)
7結語
在城市和農村生活中，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)對運行的機泵進行節(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)在自來水廠中的應用是非常有意義的。
參考文獻
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[3]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計應用手冊.2022.05版
[4]姚大光.電能管理系統(tǒng)在自來水廠中的應用
作者簡介
任運業(yè)，男，現(xiàn)任職于安科瑞電氣股份有限公司，主要從智慧水務研究發(fā)展。
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