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）

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）

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。

能源管理；监控；通讯

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。

4 EMS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。

5 EMS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。

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

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。