能源管控系统在天铁电力与水系统的应用.pdf

冶金动力 METALLURGICAL POWER 2015 年第 2 期 总 第 180 期 能源管控系统在天铁电力与水系统的应用 车艳华 （天津天铁冶金集团水电厂， 河北邯郸056404） 【摘要】企业能源管理中心 （简称 EMS） 借助于完善的数据采集网络获取生产过程的重要参数和相关能 源数据， 确保能源系统平衡调整的科学性、 及时性和合理性， 从而提高能源利用水平， 保证生产及动力工艺系统 的稳定性和经济性， 并最终实现提高整体能源利用效率的目的。详述了 EMS 在天铁的应用情况。 【关键词】能源管理； 监控； 通讯 【中图分类号】TK018【文献标识码】B【文章编号】1006-6764(2015)02-0003-04 Application of Energy Management and Control System in the Power and Water Systems of Tiantie Group CHE Yanhua (The Water and Power Plant of Tianjin Tiantie Metallurgical Group, Handan, Hebei 056404, China) 【Abstract】Making use of comprehensive data collecting network the energy management system(EMS) for enterprise gathers important parameters and related energy data during pro- duction 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 produc- tion 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. 【Key words】energy management; monitoring; communication 1前言 在自动化技术和信息技术基础上的能源调度技 术和能源管理技术, 以客观数据为依据的能源生产 和消耗评价体系, 是冶金企业先进能源管理领域最 基本的理念之一。改变传统的分散的能源生产管理 方式为公司扁平化的高效管理方式, 是现代大型钢 铁企业先进的、 被证明是行之有效的重大管理措施, 正成为各大钢铁公司各级管理者的共识。建设天铁 能源管控中心系统的基本目的就是要在提高能源系 统的运行、管理效率的同时, 为天铁提供一个成熟 的、 有效的、 使用方便的能源系统； 一套先进的、 可靠 的、 安全的能源系统运行、 操作和管理平台。 2项目概况 天铁建设的能源系统 （简称天铁 EMS） 是一个 集过程监控、 能源管理、 能源调度为一体的公司级管 控一体化计算机系统。 监控管理的能源介质主要有： 电力、 高炉煤气、 焦炉煤气、 转炉煤气、 混合煤气、 压 缩空气、 氧气、 氮气、 氩气、 蒸汽、 生产水、 生活水等。 能源管控中心的建立对天铁能源系统的统一调度、 提高环保质量、 降低吨钢能耗、 提高劳动生产率和能 源管理水平起到显著的促进作用， 是十分必要的。 现以其在水电厂电力、 水系统的应用进行阐述。 3项目范围 3.1电力系统 全厂 110 kV、 35 kV、 10 kV、 6 kV 变电所共计 72 个， 包括水电厂管辖 70 个， 动力厂管辖 2 个。 3.2水系统 深井车间泵站 6 个， 供水车间泵站 13 个， 水处 理车间泵站 7 个， 动力车间泵站 6 个， 独立站 1 个。 4EMS 监控系统画面要求 4.1报警功能 EMS 的报警采用分级声音报警和多媒体语音 报警。 对重要现场设备的故障信号、 能源系统报警参 数超限、与能源生产相关的重要生产单元运行状态 变化等进行报警， 提供相应的声音、 语音、 画面闪光 报警方式， 根据故障程度和重要性， 将报警信号分成 三种类型： （1） 重故障报警是指会影响主设备的运行， 需要 3 冶金动力 METALLURGICAL POWER 2015 年第 2 期 总 第 180 期 马上做处理。 如过流速断保护动作、 变压器差动保护 动作、 重瓦斯动作、 泵故障等。 （2） 轻故障报警是指一般性的故障， 或需要对操 作人员提醒的报警， 如变压器轻瓦斯报警等。 （3）事件报警是指设备的运行状态变化和阀门 开度的变化。 如开关运行信号， 调节阀和切断阀的全 开和全闭信号。 4.2操作记录 EMS 在日常运行时，调度需要进行大量的操 作， 如调整水系统出入口阀门、 启停 / 水泵、 分 / 合开 关 / 闸刀以及修改设定参数。某些设备的操作规程 因牵涉到大量的辅机操作， 操作规程较为复杂， 如主 要开关的分合。 当发生事故时， 需要追溯当时的操作 记录进行事故原因分析。这些操作记录都要进行数 据归档。 4.3趋势曲线 EMS 对采集的有关系统运行实时数据按时序 保存在系统的实时数据库中， 计算累计值， 借助系统 的用户查询界面， 对于实时归档数据， 提供过程曲线 显示； 对于统计归档数据， 可按信号内容、 起 / 讫时 间、 时间粒度 （小时 / 天 / 月） 、 数值类型进行历史数 据查询， 并可进行曲线显示。 4.4信息查询 EMS 根据系统情况对故障报警、设备操作、 状 态变更等信息进行归档保存，并提供信息查询输出 功能。 5EMS 监控系统功能要求及改造说明 5.1电力系统 5.1.1监控要求 能源管控中心电力调度对以下电力设备进行状 态监视： 遥测： 进线、 馈线的电流、 有功功率、 无功功率、 功率因数； 母联、 分段断路器的电流、 有功功率、 无功 功率； 母线电压 （相电压及线电压） 、 频率； 无功补偿 设备的无功功率及电流。 遥信： 进线断路器手车位置信号； 馈线断路器手 车位置及接地刀闸位置信号； 母联断路器手车、 隔离 手车位置信号； PT 隔离手车位置信号；避雷器隔离 手车位置信号； 变压器中性点接地信号； 主变本体保 护信号； 保护装置动作信号； 保护装置的各种异常状 态信号。 遥脉： 用于全厂能源计量管理的电度表信号。 遥控和遥调： 对能源管控中心监控的站点， 进行 断路器、 刀闸的远程分合、 变压器档位远程升降。 5.1.2改造原则 新增通讯管理机或利旧，通讯管理机将站内综 保系统、 电度表、 测控单元等信息进行整合， 通过电 力集控网络设置在站内的交换机，将数据上传至集 控站并由集控站转发至能源管控中心。 对于能源管控中心需进行远控的站点，在进行 集控站建设时， 在集控站加装权限切换开关硬件， 以 区分能中控制或集控站后台控制。 在同一时间， 只能 由一方进行远程控制。 （1） 集控电站改造原则 集控站与其管辖的子站单独成网，和能源网独 立， EMS 系统与集控站进行通讯。在集控站内设置 集控站通讯管理机。集控站通讯管理机将所有子站 通讯管理机进行整合（子站通讯管理机内信息包括 子站综保系统、 电度表、 测控单元等信息） ， 通过以太 网接口接入 EMS 子站交换机，并通过 EMS 环网上 传到能源管控中心。 建立集控站后， 集控站下属的各 个子站的设备监控都在集控站完成，取消原来的各 个子站的后台。 （2） 集控子站改造原则 集控站管辖的子站内设置子站通讯管理机， 子 站通讯管理机将站内综保系统、 电度表、 测控单元等 信息进行整合， 通过以太网接口接入集控站网络， 上 传到集控站通讯管理机。 （3） 独立电站改造原则 独立电站内设置通讯管理机及后台，通讯管理 机将站内综保系统、 电度表、 测控单元等信息进行整 合， 通过以太网接口接入 EMS 子站交换机， 并通过 EMS 环网上传到能源管控中心。 5.1.3各站点改造 本次改造主要分为以下几种模式： （1） 通讯管理机利旧， 进行软件升级 站内已具备双通讯管理机且有备用网口，只需 对通讯管理机做相应的软件适应性升级改造，增加 其对 IEC60870-104 通讯规约的支持。 （2） 通讯管理机软件、 硬件升级或增加 站内通讯管理机需做硬件及软件的升级改造， 增加以太网接口和对 IEC60870-104 通讯规约的支 持。 （3） 新增通讯管理机 站内不具备相应的信号转发设备（远动机或通 讯管理机） ， 需站内新增通讯管理机。 改造后的通讯管理机和新增的通讯管理机集成 站内综保和电度表数据，通过电力集控网络设置在 4 冶金动力 METALLURGICAL POWER 2015 年第 2 期 总 第 180 期 站内的交换机，将数据上传至集控站并由集控站转 发至能源管控中心。 （4） 站内综自系统改造 站内不具备综保装置的，进行站内综自系统改 造。 改造后站内具备综保和满足能源管控中心通讯 要求的通讯管理机，并参照模式一的方式将数据上 传至集控站并由集控站转发至能源管控中心。 5.2水系统 5.2.1监控要求 整个水系统分为四个车间：深井车间、供水车 间、 水处理车间、 动力车间， 按照区域集控的原则设 立集中控制站。对于全厂重要的给水站保留能中监 控功能， 其他站点集控站监控。 5.2.2改造原则 （1） 集控站 （含集控子站） 改造 ①利用或新增现场操作箱 “自动 / 手动” 权限开 关作为监控站和现场机侧操作的权限开关。 ②只能就地手动控制的设备改造成能够远控的 设备并接入现有 （或新增） 的 PLC 控制系统中。 ③部分集控站上位机上新增 “能中 / 集控站” 控 制权限， 保留部分站点能中控制功能。 ④各个子站通过光缆接入集控站的交换机， EMS 通过集控站的网络进行数据采集。集控站新增 4 台监控站操作站。 （2） 独立站点改造 ①现场 PLC （或新增 PLC） 通过现场交换机， 接 入 RTU 网关， 再接到 EMS 环网。 ②部分独立站点新增 （能中 / 电气室） 权限， 保 留部分站点能中控制功能。 5.2.3对 33 个泵站站点的改造 （1） 主要监视内容： 泵的状态， 阀的状态， 补水流 量、 压力,送水流量、 压力， 水池液位。 （2） 主要监控内容： 泵启动 / 停止， 阀开 / 闭 / 停。 （3） 改造内容： a.深井车间泵站 ①4#井泵站、 24#井泵站、汽运泵站各增加一套 PLC300， 24#井泵站作为集控站接入 EMS 系统。 ②石矿泵站、厂南泵站和南门泵站分别通过 RTU 接入 EMS 系统。 ③南门泵站手动阀改为电动阀。 b.供水车间泵站 ①一泵站、 二泵站各增加一套 PLC300， 二泵站 作为集控站接入 EMS 系统。 ②三泵站、 四泵站各增加一套 PLC300， 两泵站 一起接到高炉泵站， 以高炉泵站为集控站接入 EMS 系统。 ③五泵站通过 RTU 接入 EMS 系统。 ④六泵站、 1.5 万制氧泵站各增加一套 PLC300， 六泵站作为集控站接入 EMS 系统， 六泵站手动阀改 为电动阀。 ⑤主循环水泵站作为集控站接入 EMS。 ⑥七泵站、 八泵站接入铁前污水处理厂， 铁前污 水处理厂作为集控站接入 EMS。 c.水处理车间泵站 ①结晶器泵站、 连铸泵站、 平流泵站、 浊环泵站、 处理间泵站各增加一套 PLC300， 接入净环泵站。 ②圆坯泵站接入净环泵站，净环泵站作为集控 站， 通过 RTU 接入 EMS 系统。 d.动力车间泵站 轧线水处理泵站、 连铸水处理泵站、 新水泵站、 制氧泵站、 转炉泵站和热轧污水处理厂通过 RTU 接 入 EMS 系统。 6大屏幕监视主要内容 6.1电力系统大屏主要监视内容 提供天铁全厂供配电系统的单线系统运行监视 图 （潮流图） 。包括电力开关 / 闸刀状态， 进线电流、 有功功率、 无功功率、 母线电压、 功率因数等。 6.2水系统大屏幕主要监视内容 提供天铁工业水系统模拟流程监视图。包括主 管网、 水池、 水泵站、 要用户等。显示主管网压力、 送 出压力、 水池的水位、 水泵站运行状态等。 7综合节能分析 通过对系统的集中监控和有效管理，对电力和 水的生产消耗进行分析、 优化、 控制， 确保了设备的 安全、 稳定、 经济运行， 取得节能和环保的双重效益。 7.1电力系统节能降耗分析 （1）在没有上能源管控系统之前，供电部门以 及企业内部电量计量数据在时间上不同步，每月损 耗统计存在较大误差，进而不能及时发现线损超标 的问题。 现在对输配电系统实时监控， 能够及时发现 问题并采取相应的补救措施，减少了输配电系统的 线损， 提高了电能传输效率。 （2） 以往由于缺少综合监控手段， 无法对单台设 备进行节能监测， 不利于分析节能潜力， 导致了电力 单耗偏高。现在通过对大型设备的运行参数进行记 录， 根据历史数据分析负载功率是否超出合理范围， 5 冶金动力 METALLURGICAL POWER 2015 年第 2 期 总 第 180 期 （上接第 2 页）实际反复测试的经验及数据积累， 摸 索掌握了较好的主回路电阻测试方法，从单一的断 路器两侧回路电阻检测发展到整个间隔的主回路电 阻检测， 并通过此方法及早地发现了多起设备异常， 有效降低了设备事故的发生，现对 110 kV 总联一 回线分段回路电阻测试方法进行介绍。 3.1分段回路电阻测试第一步 合总联一回线 TES-01 接地开关、合 CB 断路 器、 断开 TES-02 接地开关、 合 TDS-3 隔离开关、 断 开 FES-00 接地开关， 通过测试点 TES-01 接地开关 - 出线套管测试， 确认本段设备内部接触不良， 存在 异常， 需进一步确认异常范围。 3.2分段回路电阻测试第二步 合总联一回线 CB 断路器， 合 CB 断路器两侧接 地开关 TES-01、 TES-02，通过测试点 TES-01 接地 开关 -TES-02 接地开关测试， 确认本段设备内部接 触良好， 无异常。 3.3分段回路电阻测试第三步 合总联一回线 TES-01 接地开关、合 CB 断路 器、 断开 TES-02 接地开关、 合 TDS-3 隔离开关、 合 FES-00 接地开关，通过测试点 TES-01 接地开关 -FES-00 接地开关测试，确认本段设备内部接触良 好， 无异常。 3.4分段回路电阻测试第四步 合 TES-02 接地开关、合 TDS-3 隔离开关、 合 FES-00 接地开关，通过测试点 TES-02 接地开关 -FES-00 接地开关测试，确认本段设备内部接触良 好， 无异常。 3.5分段回路电阻测试第五步 合 FES-00 接地开关， 通过测试点 FES-00 接地 开关 - 出线套管测试， 确认本段设备内部接触不良， 存在异常， 设备故障范围缩小， 确认故障在本段内。 通过以上五步方法最终确认设备内部隐患位 置。 4分段式回路电阻测试注意事项 （1） 回路电阻测试仪输出电流要满足要求。 根据 规程规定要求， 应采用直流压降法， 测试电流不小于 100 A， 以保证测试精度， 减少误差。 （2） 测量接线正确。GIS 设备的回路电阻数值较 小， 测量误差直接影响整体测试结果， 对故障分析和 判断影响较大， 因此要保证接线正确， 要求电流线在 最外面， 电压线在里面， 且要保证电压引线和电流引 线接触良好， 必要时需用细砂纸将接触面打磨， 以去 除表面的氧化层或油漆。 （3）在测量前，应先将开关在额定气压下电动 分、 合几次， 以使触头能良好地接触， 从而保证测量 结果准确。 5结束语 近年来我厂通过对 GIS 组合电器设备分段式回 路电阻测试方法的不断摸索和应用，积累了一定经 验，并成功发现了 6 起 GIS 设备内部回路电阻超标 隐患， 避免了恶性事故的发生,保证了公司电网的安 全稳定运行。目前我厂已建立完善了有关 GIS 组合 电器设备分段式回路电阻测试标准、 规程， 并在全厂 管辖 GIS 设备中全面推广和应用。 收稿日期： 2014－12－04 作者简介：张嘉龙 （1979－） ， 男， 本科学历， 助理工程师， 现从事电气 一次设备管理工作。 通过这些历史数据与同类型设备的历史数据进行能 耗对比，查找是设备管理的问题还是设备自身工艺 参数的控制问题， 挖掘节能潜力。 （3）通过能源管控系统全局性整体性的系统监 控， 包括对重要耗电设备的监控， 合理安排电力系统 的消峰填谷， 有效降低了电能消耗。 7.2水系统节能降耗分析 （1） 通过对全公司的用水情况的实时监控， 掌握 各个用户的用水的规律，对水资源进行合理的调配 和输送， 来达到节约用水的目的。 （2） 通过基础能源管理， 对每月的生产数据进行 分析， 合理安排水的生产 （采购） 计划， 避免由于生产 计划安排的不合理而带来的放散，减少能源的浪费 和损失。 （3） 通过能源管控系统， 对水系统管网进行实时 监控， 合理调整送水泵的数量， 将送水压力控制在一 个合理的水平，解决由于输送设备开启数量的不合 理带来的能源浪费和损失。 （4） 通过能源管控系统， 对水系统管网进行实时 监控， 能够及时发现管网系统的故障 （如管网破损） ， 及时采取措施加以处理， 减少资源的浪费和损失。 收稿日期： 2014－11－13 作者简介：车艳华 （1983-） ， 女， 毕业于鞍山科技大学自动化专业， 大 学本科学历， 工程师， 现从事电气设备管理工作。 6