淺談電能管理系統在水泥廠的應用

【摘要】：水泥行業作為高耗能行業之一，隨著國家碳達峰碳中和要求的提出，對企業的能源管理也提出了更加嚴格的要求。電能管理系統作為水泥企業自動化和信息化的重要組成部分，是企業進行能源管控的平臺，DCS數據無法自動讀出給ERP系統，達不到ERP管理需求。對能源的統一調度、綜合平衡、優化利用、減少放散、提高環保質量、降低噸水泥能耗和提高勞動生產率及管理水平具有重要作用。

【關鍵詞】：電能；能耗；RS485通訊；工序

0引言

公司擁有日產5000噸新型干法水泥熟料生產線兩條。目前電能系統分布如下:總降配電站、窯頭配電站、原料磨配電站、水泥磨配電站、石灰石礦山配電站、轉運配電站。各個配電站電能并未做通訊采集，工序消耗能源主要是通過人工分析，增加工作人員勞動強度，不便于公司生產調度安排。公司的電能計量表是按生產系統進行分布的，各重要系統的進出線柜都安裝有兩級電能表;主要分布方式為:總降110KV進線及上一級變電站出線都安裝有網絡電能表，總降至各系統的出線及各系統的進線也都安裝有網絡電能表，現場各系統的主機設備也都安裝有網絡電能表，但公攤部分設備如空壓機、循環水泵、堆料機、皮帶機等安裝的是機械電表，無法進行電量傳輸。部分網絡電能表以脈沖方式進DCS傳輸上中控計量電量，以脈沖方式計量電量存在偏差,公攤部分設備安裝的是機械電表不能傳輸到中控，目前公司中控顯示的各系統電量累計量，工序電耗存在比較大的偏差，由于原來備用DCS數字量模塊有限，大多數主機設備電量也都沒有傳輸到中控。每月只能采用相對落后的人工進行抄表核算各系統電耗、工序電耗及主機單機電耗。

1概述

電能管理系統(以下簡稱EMS是基于對對電能管理體系的理解，通過科學的網絡化、數字化、信息化技術建立的一個靈活的電能、安全和生產指揮管理平臺，以實時數據庫系統為核心，實時、有效地集成生產數據，為作業優化提供依據，實現從生產一線到管理決策，從計劃信息到車間業務執行,從產品管理到現場操作地信息無縫整合，使電能管理與電能生產使用的全過程有機結合，深度挖掘生產過程地根源性問題，達到對生產環節地合理調度指揮和安全監控，提高生產能力和管理水平。

2設計

現場通訊網絡分為兩層:底層網絡通訊介質使用RS485通訊電纜，通訊協議采用Modbus通訊規約:上層網絡通訊協議采用TCP/IP網絡協議，由于距離較遠，為保證通訊速率和質量，采用光纖通訊。通訊設備采用專為工業環境設計地通訊管理機。現場將各配電室設備分布采集，借助各個配電室DCS柜與工程師站光纖與服務器連接，以保證通訊速率及避免循環死區，司時盡可能減少故障范圍，把低速串行信號轉換為高速以太網，將現場地電力數據轉送入DCS系統。

3數據采集

數據集采集與處理是供配電系統安全監視和監控的基礎，監控系統能實時和定時采集電氣設備地模扣量(電流、電壓、功率、電度、頻率、溫度等)和開關量(斷路器及隔離開關位置信號、繼電保護及自動裝置信號、設備運行狀態信號等)。監控系統軟件可以通過網絡直接讀取個配電室網絡儀表采集的數據，并可以對采集的所有地數據進行處理和存儲。

4特點

實現對各個配電站能源消耗做自動化抄表，大大減輕了電工的工作強度，并保證了抄表的高精度，實現了操作員的能耗考核。

為操作員節能降耗提供實時數據，讓操作員不斷優化自身操作，已達到節約能耗目的。這好比同一輛車，不同的人員駕駛，油耗是不一樣的。

此系統實現每個相關管理人員在辦公室通過內部網頁瀏覽，即可監視、分析實時與歷史電能消耗情況，方便了管理人員找到能耗的關鍵點及切入點。

為管理人員進行能耗分析提供便利，以前一般是能源消耗后，通過人工抄表計算，所以只能進行相對滯后的分析。電能管理系統的投用，使管理人員根據實時數據情況，及時對設備的運行進行調整。

此系統還可以根據實際要求，對操作員工作過程中的操作參數做記錄，為操作員優化自身提供條件。由于此系統同時能實現人工分析數據錄入，這樣為能源系統自動分析過程和人工分析過程做對比，為數據真實性提供依據。

5電能消耗統計規范

為了規范電能消耗統計，避免管理漏洞，便于檢查核實，真實反映成本核算中電能消耗，同時便于對司類型生產線之間的工序電能消耗進行對比，對工廠電能消耗的統計和核算規范如下:

6電能消耗分類

工廠電能消耗分礦石電耗、熟料綜合電耗、水泥綜合電耗、噸產品發運電耗。

工序電耗分石灰石工序電耗、硅質(含鐵質)原料工序電耗、原煤和外購輔材(原料)進廠工序電耗生料工序電耗、熟料工序電耗、水泥粉磨工序電耗水泥包裝工序電耗、發運工序電耗。

7工序范圍界定

石灰石工序范圍:從礦山開采、石灰石破碎、運輸到石灰石堆場。硅質(含鐵質)原料工序范圍:從硅質(含鐵質)原料破碎到硅質原料堆場。原煤和外購輔材(原料)進廠工序范圍:原煤從進廠(有碼頭的從卸船開始)到均化堆場，外購輔材(原料)從(有碼頭的從卸船開始)進廠到入庫。生料工序范圍:從石灰石取料機、硅質(含鐵質)原料取料機、到生料均化庫頂，含窯尾廢氣處理設備、原料磨循環風機。熟料工序范圍:從生料均化庫底、生料入窯、熟料燒成、熟料冷卻、窯頭收塵、熟料輸運到熟料庫頂，含高溫風機、原煤取料設備和煤粉制備。水泥工序范圍:從熟料庫底熟料下料、輸送、水泥粉磨系統到水泥輸送入庫，含粉煤灰、石膏等輔材出庫、破碎和輸送。包裝工序范圍:從水泥庫底到袋裝水泥發運棧臺。發運工序范圍（僅指發運到碼頭的產品）:從熟料庫底或水泥庫底出庫到裝船機，包括廠區內水泥散裝和熟料散裝。

8工廠用電分類

工廠用電分供電線損、變損用電，工藝設備用電，輔助生產和后勤用電，新建工程和外單位用電（工廠不需支付用電費用）四部分。

9用電量調整系數分類和計算

9.1用電量調整系數分類

用電量調整系數分為總降進線電量調整系數、總降用電量調整系數、10kV或6kV配電站用電量調整系數。

9.2用電量調整系數計算

9.2.1總降進線電量調整系數

對供電部門計量表不設在公司總降內的公司,存在總降進線線損，月總降進線電量調整系數計算公式如下:

月總降進線電量調整系數=月供電部門有功電度表讀數÷月總降主變有功電度表讀數之和。

9.2.2總降用電量調整系數

單臺變壓器或多臺變壓器分列運行，月主變用電量調整系數計算公式如下:月主變用電量調整系數=月主變有功電度表讀數÷該主變低壓側10kV或6kV配電柜月有功電度表讀數之和。兩臺主變并列運行月主變用電量調整系數計算公式如下:月主變用電量調整系數=月兩臺主變有功電度表讀數之和÷該兩臺主變低壓側10kV或6kV配電柜月有功電度表讀數之和、10kV或6kV配電站用電量調整系數計算。月10kV或6kV配電站用電量調整系數計算公式如下:月10kV或6kV配電站用電量調整系數=總降相應10kV或6kV出線柜月有功電度表讀數÷電力室10kV或6kV進線柜月有功電度表讀數之和。

9.2.3總降進線(用)電量調整系數

對總降主變沒有配置110KV計量裝置，總降進線電量調整系數和總降用電量調整系數合并為總降進線(用)電量調整系數，月總降進線(用)電量調整系數計算公式如下:

月總降進線(用)電量調整系數=月供電部門有功電度表讀數÷總降相應10kV或6kV出線柜月有功電度表讀數之和。

10電能消耗統計計算

10.1工序電耗

工序電耗指工序產品(或工序進廠原料、出廠產品)噸產品用電量，月工序電耗計算公式如下:

月工序電耗=月工序用電量(含公共設施用電應分攤的電量)÷月工序產品產量(或工序進廣原料、出廠產品量)

10.2礦石電耗

礦石電耗指噸產品石灰石和硅質(含鐵質)原料生產和工廠為其銷售出廠服務的用電量，月礦石電耗計算公式如下:

月礦石電耗=(月石灰石工序用電量＋月硅質(含鐵質)原料工序用電量)÷月石灰石與月硅質(含鐵質)原料產量之和。

10.3熟料綜合電耗

熟料綜合電耗指噸產品熟料生產和工廠為其生產服務的綜合用電量，月熟料綜合電耗計算公式如下:月熟料綜合電耗=(月石灰石工序電耗×月石灰石用量＋月硅質(含鐵質)原料工序電耗×月硅質(含鐵質)原料用量＋月生料工序電耗×月生料用量＋月原煤進廠工序電耗×月窯用煤量+月窯熟料工序用電量)-窯月熟料產量

10.4水泥綜合電耗

10.4.1基地工廠

水泥綜合電耗指噸產品水泥生產、發運和工廠為其生產服務的綜合用電量，月水泥綜合電耗計算公式如下:

月水泥綜合電耗=(月水泥粉磨工序用電量＋月熟料綜合電耗×月水泥磨熟料消耗量＋月水泥包裝用電量)÷水泥磨月產量

10.4.2粉磨站

水泥綜合電耗(即月水泥考核電耗)指噸產品水泥生產和工廠為其生產服務的綜合用電量，月水泥綜合電耗計算公式如下:

月水泥綜合電耗=(月水泥粉磨工序用電量＋月原料進廠工序電耗×月水泥磨原料消耗量+月水泥包裝用電量)÷水泥磨月產量

10.5發運電耗

發運電耗指噸產品銷售出廠和工廠為其銷售出)服務的用電量，月發運電耗計算公式如下:

月發運電耗=(月熟料發運用電量＋月水泥發運用電量)÷月熟料銷售量與水泥銷售量之和(注:年累計電耗統計按月電耗加權平均計算)。

11統計時間規定

月電耗統計時間從每月第一天0:00點到月*后天24:00點。

12工序產品產量規定

工序產品產量(或工序進廠原料、出廠產品量)均由各子公司運行部提供的數據為準。

13電量統計和分攤規定

13.1工藝設備用電

對于區域性歸屬強、無交叉使用特點的供水、供氣、照明、維修、辦公等非在線工藝設施用電，直接計入其相應的工序用電中。為多條生產線配套的輔助生產系統(如原材料入配料站，原煤入倉)用電按名生產線的月度產量比例分攤。

13.2線損、變損用電

總降的線損不計入各工序,變損按用電量逐級分攤到各工序用電中，分攤的辦法是電度表讀數乘以用電量調整系數。

13.3公共輔助生產和后勤用電

各工序、生產線公共使用的供水、供氣、道路照明、維修、化驗室、中控樓、辦公樓等輔助生產和后勤用電(生活宿舍樓除外)按以下原則進行分攤:

(1)供水的電量

基地工廠，供水的電量分配到原料工序、熟料工序、水泥工序，按照2:1:2比例計入各工序:粉磨站，供水的電量分配到水泥工序、包裝工序、發運工序，按照1:1:1比例計入各工序。

(2)供氣的電量

基地工廠僅有1個空壓機站，供氣的電量分配到原料工序、熟料工序、水泥工序、包裝工序，按照1:2:3:2比例計入各工序。基地工廠有2個空壓機站制造部的空壓機供氣的電量分配到原料工序、熟料工序，按照1:2比例計入各工序:水泥粉磨區域的空壓機供氣的電量分配到水泥工序、包裝工序，按照3:2比例計入各工序。對于粉磨站的空壓機供氣所消耗的電量分配到水泥工序、包裝工序，按照3:2比例計入各工序。

(3)維修、化驗室、中控樓、辦公樓等輔助生產和后勤用電(生活宿舍樓除外)的電量

維修、化驗室、中控樓、辦公樓等輔助生產和后勤用電(生活宿舍樓除外)的電量分配到原料工序.熟料工序、水泥工序，按照1:2:1比例計入各工序。其中礦山維修的電量全部記入石灰石工序電耗。

1. 輔助原料生產及輸送工序和發運工序因用電負荷較小，公共部分可不計入。

13.4新建工程和外單位用電

新建工程和外單位用電(工廠不需支付用電費用)不需分攤到各工序用電中。

13.5余熱發電

針對已經投運發電的基地公司，需提供月總用電量、月網供電量、月發電量、月并網電量、月噸產品發電量。

月噸產品發電量=窯總發電量/發電機組運行時間內孰料總產量。

月總用電量=月網供電量+月并網發電量

14電能消耗月報表

為反映公司內各工序電能消耗、電費分解和經濟用電情況，各子公司每月需編制公司內電能消耗月報表，月報表具體要體現以下內容:

公司內部冬生產線工序產品產量、工序用電量、工序電耗、工序分解電費，熟料綜合電耗、熟料噸產品電費，水泥綜合電耗、水泥噸產品電費、包裝發運電耗、包裝發運噸產品電費，余熱發電機組發電量、并網電量，公司月總用電量和月繳納的電費。

15公司用電統計校驗要求

15.1基地工廠

供電部門收費電量=同期各工序用電量之和+新建工程和外單位用電量+總降進線線損

15.2粉磨站

供電部門收費電量=同期各工序用電量之和+新建工程和外單位用電+總降進線線損

16安科瑞Acrel-3000WEB電能管理解決方案

16.1概述

 用戶端消耗著整個電網80%的電能，用戶端智能化用電管理對用戶可靠、安全、節約用電有十分重要的意義。構建智能用電服務體系，推廣用戶端智能儀表、智能用電管理終端等設備用電管理解決方案，實現電網與用戶的雙向良性互動。用戶端急需解決的研究內容主要包括：先進的表計，智能樓宇、智能電器、增值服務、客戶用電管理系統、需求側管理等課題。

 安科瑞Acrel-3000WEB電能管理解決方案通過對用戶端用電情況進行細分和統計，以直觀的數據和圖表向管理人員或決策層展示各分項用電的使用消耗情況，便于找出高耗能點或不合理的耗能習慣，有效節約電能，為用戶進一步節能改造或設備升級提供準確的數據支撐。

16.2應用場所

  （1）辦公建筑（商務辦公、大型公共建筑等）；

  （2）商業建筑（商場、金融機構建筑等）；

  （3）旅游建筑（賓館飯店、娛樂場所等）；

  （4）科教文衛建筑（文化、教育、科研、醫療衛生、體育建筑等）；

  （5）通信建筑（郵電、通信、廣播、電視、數據中心等）；

  （6）交通運輸建筑（機場、車站、碼頭建筑等）。

16.3系統結構

16.4系統功能

1）實時監測

系統人機界面友好，以配電一次圖的形式直觀顯示配電線路的運行狀態，實時監測各回路電壓、電流、功率、功率因數、電能等電參數信息，動態監視各配電回路斷路器、隔離開關、地刀等合、分狀態，以及有關故障、告警等信號。

2）電能統計報表

系統以豐富的報表支撐計量體系的完整性。系統具備定時抄表匯總統計功能，用戶可以自由查詢自系統正常運行以來任意時間段內各配電節點的用電情況，即該節點進線用電量與各分支回路消耗電量的統計分析報表。該功能使得用電可視透明，并在用電誤差偏大時可分析追溯，維護計量體系的正確性。

3）詳細電參量查詢

在配電一次圖中，當鼠標移動到每個回路附近時，鼠標指針變為手形，鼠標單擊可查看該回路詳細電參量，包括三相電流、三相電壓、三相總有功功率、總無功功率、總功率因數、正向有功電能，并可以查看24小時相電流趨勢曲線及24小時電壓趨勢曲線。

4）運行報表

系統具有實時電力參數和歷史電力參數的存儲和管理功能，所有實時采集的數據、順序事件記錄等均可保存到數據庫，在查詢界面中能夠自定義需要查詢的參數、時間或選擇查詢更新的記錄數據等，并通過報表方式顯示出來。用戶可以根據需要定制運行日報、月報，支持導出Excel格式文件，還可以根據用戶要求導出PDF格式文件。

5）變壓器運行監視

系統對配電系統總進線、主變壓器、重要負荷出線的運行狀態進行在線實時監視，用曲線顯示電流、變壓器運行溫度、有功需量、有功功率、視在功率、變壓器負荷率等運行趨勢，分析變壓器負荷率及損耗，方便運行維護人員及時掌握運行水平和用電需求，確保供電安全可靠。

6）實時報警

系統具有實時報警功能，系統能夠對配電回路斷路器、隔離開關、接地刀分、合動作等遙信變位，保護動作、事故跳閘，以及電壓、電流、功率、功率因數越限等事件進行實時監測，并根據事件等級發出告警。系統報警時自動彈出實時報警窗口，并發出聲音或語音提醒。

7）歷史事件查詢

系統能夠對遙信變位，保護動作、事故跳閘，以及電壓、電流、功率、功率因數越限等事件記錄進行存儲和管理，方便用戶對系統事件和報警進行歷史追溯，查詢統計、事故分析。

8）電能質量監測

系統可以對整個配電系統范圍內的電能質量進行持續性的監測，運行維護人員可以通過諧波分析棒圖、報表掌握進線、變壓器、重要回路的電壓、電流諧波畸變率、諧波含量、電壓不平衡度等，及時采取相應的措施，降低諧波損耗，減少因諧波造成的異常和事故(該功能需要選配帶諧波監測功能的電力儀表，不需要可刪除。

9）遙控操作

系統支持對斷路器、隔離開關、接地刀等進行分、合遙控操作。系統具有嚴格的密碼保護和操作權限管理功能，對于每次遙控操作，系統自動生成操作記錄，記錄內容包含操作人、操作時間、操作類型等。實現該功能需要斷路器本身具有電操機構及保護保測控裝置具備遙控功能等硬件設備的支持。

10）用戶權限管理

系統為保障系統安全穩定運行，設置了用戶權限管理功能。通過用戶權限管理能夠防止未經授權的操作（如配電回路名稱修改等）。可以定義不同級別用戶的登錄名、密碼及操作權限，為系統運行、維護、管理提供可靠的安全保障。

11）通訊狀態圖

系統支持實時監視接入系統的各設備的通訊狀態，能夠完整的顯示整個系統網絡結構；可在線診斷設備通訊狀態，發生網絡異常時能自動在界面上顯示故障設備或元件及其故障部位。從而方便運行維護人員實時掌握現場各設備的通訊狀態，及時維護出現異常的設備，保證系統的穩定運行。

12）視頻監控

視頻監控展示了當前實時畫面（視頻直播），選中某一個變配電站，即可查看該變配電站內視頻信息。

13）用戶報告

用戶報告頁面主要用于對選定的變配電站自動匯總一個月的運行數據，對變壓器負荷、配電回路用電量、功率因數、報警事件等進行統計分析。

14）APP支持

電力運維手機支持“監控系統"、“設備檔案"、“待辦事項"、“巡檢記錄"和“缺陷記錄"五大模塊，支持一次圖、需量、用電量、視頻、曲線、溫濕度、同比、環比、電能質量、各種事件報警查詢，設備檔案查詢、待辦事件處理、巡檢記錄查詢等。

16.5系統硬件配置清單

7總結

構建電能系統的目的是為公司生產決策提供信息平臺，電能系統對企業合理調配資源，實現*大化地創造社會財富地要求。它對于改善企業業務流程、提高企業核心競爭力具有顯著作用。提供了企業信息化集成的*佳解決方案，它把企業的物流、人流、資金流、信息流統一起來進行管理，以求*大限度地利用企業現有的資源，實現企業經濟效益的*大化。

【參考文獻】

[1]梁超奇,楊向顏,喬云洪,沈榮喜,覃銳勝.電能管理系統在水泥廠的應用[J].中文科技期刊數據庫(全文版)工程技術,2023(5):0037-0040

[2]李文杰.電能管理系統在工業企業供電系統中的應用[J].電氣時代，2007(9):4.

[3]錢建慧.電能管理系統在光伏企業中的應用[J]電力需求側管理,2014(4):34-37.

[4]安科瑞企業微電網設計與應用手冊2022.05版