船厂电能管理及监控系统建设方法与应用研究.pdf
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1、527船厂电能管理及监控系统建设方法与应用研究(王帅郭凤群孔令兵刘博)http:/27OO配电供电船厂电能管理及监控统建设方法与应用研究王帅郭凤群孔令兵刘博(中船第九设计研究院工程有限公司,上海市200090)Construction Method and Application Research of Electric Energy Managementand Monitoring System of ShipyardsWANGShuaiGUo FengqunKONG LingbingLIU Bo(China Shipbuilding NDRI Engineering Co.,Ltd.,Sh
2、anghai200090,China)Abstract:Through energy conservation measures,the traditional shipyard industry can facilitate realizationof the carbon peaking and carbon neutrality goals.Based on a site survey about current situation of thepower consumption of shipyards,this article analyzescharacteristics and
3、actual needs of the powerconsumption by shipyards,upgrades four 10 kVTpowerdistributionstationsandseventeen10/0.4kVtransformer substations,builds data acquisition andtransmission network and createsa system softwareplatformforelectricenergymanagementandmonitoring,in a bid to realize optimal manageme
4、nt andstatus monitoring for the electric energy of shipyards,ensure electricity safety for shipyards,cut down thepower consumption of shipyards and improve theeconomic benefits of shipyards.Keywords:carbonpeakingandcarbonneutrality goals;shipyard;transformer/distributionsubstation;softwareplatform;e
5、lectricenergymanagement;powermonitoring;powersafety;energy-saving operation摘要:在“双碳”目标背景下,传统造船行业通过一系列节能措施促进这一目标的实现。通过现场调研摸排船厂用电现状,分析用电特点和用户实际需求,对4 座10 kV配电站和17 座10/0.4 kV变电站进行升级改造,组建数据采集及传输网络并搭建电能管理与监控系统软件平台,实现对船厂电能的优化管理和状态监控,保证船厂的用电安全,降低船厂用电能耗,提高经济效益。关键词:“双碳”目标;造船厂;变/配电站;软件平台;电能管理;电力监控;用电安全;节能运行中图分类
6、号:TU852文献标识码:Adoi:10.3969/j.issn.10038493.2023.08.0050引言2020年的联合国气候峰会上,我国提出了力争在2 0 30 年达到碳峰值,2 0 6 0 年实现碳中和的“双碳”目标。围绕这一目标,国家出台了一系列的文件,指引各行各业优化产业结构,发展绿色经济,实现高质量发展。作为我国整体碳排放的重要组成部分,船舶行业采取了一系列节能减排措施,将对“双碳”目标的实现发挥重要促进作用。传统的造船企业是用能大户,在能源利用方面存在以下问题:采集自动化水平落后,人工抄表的可靠性低,仪器仪表老化甚至损坏,无法实现精确计量;对企业用能管理仅凭经验,缺乏有效的
7、数据支撑1;“跑冒滴漏”等现象频繁。传统造船企业要克服在能作者信息王帅,男,中船第九设计研究院工程有限公司,助理工程师。郭凤群,女,中船第九设计研究院工程有限公司,工程师。孔令兵,男,中船第九设计研究院工程有限公司,研究员,公司电气副总工程师刘博,男,中船第九设计研究院工程有限公司,工程师。528http:/Aug.2023Vol.42No.8282023年第8 期ELECTRICITYBUILDING建筑电气源使用和管理等方面的端,必须采用数字化手段,加快数字化转型,打造智能船厂数字化平台,实现生产制造全过程全周期的透明、节能、安全、高效。电力能源是船厂电、水、气三大用能之一,车间设备、照明
8、、生产生活用电等各方面的用电量消耗巨大,因此电力能源的管理与监控将极大影响到船厂生产制造的节能潜力,影响船厂的整体碳排放。目前,对电力能源的管理与监控在包括造船企业在内的许多行业都已经有了一系列应用,并取得了良好的应用效果,为用户节能减排做出了重要贡献2-6 。例如,大连造船厂通过建设能源管理系统实现了对2 1个高低压变电所的运行管理、统计计量、数据查询和状态预警等方面的功能,在电力能源方面成功降低了船厂单位产品能耗,提高了船厂的经济效益2 ;文献3 在校园内应用电能管理系统,通过信息监测、设备状态控制以及自动管理设备等手段对照明、吊扇和空调等进行管理,实现了整体节省电量达30.7 2%。本项
9、目从用户的需求出发,通过现场调研摸排船厂用电现状,对配电站和变电站进行升级改造,搭建电能管理与监控系统软件平台,实现对船厂电能的优化管理和状态监控。本文总结船厂电能管理与监控系统的实施要求,从用户需求、总体方案、组织架构、软件开发和应用效果等方面进行详细的说明。1需求分析1.1用户基本情况a.厂区日前有4 座10 kV配电站,17 座10/0.4 kV变电站,分别设置能源管控中心一处和核心机房运维办公室一处。b该系统用于完成厂区生产用电数据的监测工作,对厂区内用电情况进行分类、分级、分项计量。c采集测量的数据上传至智能监控中心,集中设计一套电能管理系统进行管理。1.2用户需求及分析建设过程中根
10、据用户需求,结合现场实际调研分析如下。1.2.1硬件及安装部分a.建设能源监控中心,实现电能远程实时监测、能耗查询、能耗统计、智能分析、能源决策、报表管理等功能,提升能效管理水平。b.在10 kV配电站、10/0.4 kV变电站以及智能监控中心内,按照取样点位在各开关柜上加装相应的多功能计量仪表。c在高压站房安装数据采集箱(站房数据汇聚点,安装有数据融合终端、串口服务器、交换机、光电转换器等)。各变/配电站电参数信号通过屏蔽线、数据采集箱、光缆传送至能源监控中心的能源管控服务器上(安装有串口服务器、交换机等)。d各数据采集箱内预留光缆接口,以备后期需要时将其它动力站房监测数据整合的信号传送至能
11、源监控中心。1.2.2软件部分a.在能源监控中心监控上位机上制作监控软件,并将各数据采集箱收集的所有信号整合于监控画面中,形成各电参量、能耗实时数据及开关实时状态等示意图。b监控软件可记录电流、电压、有功功率、无功功率、功率因数等电参量实时数据,并根据半小时数据生成可打印的报表,实现对能源使用状态的实时监控。c.监控软件可以对电流、电压、有功功率、无功功率、功率因数等电参量设定报警值,报警记录生成可打印报表,实现通过检测变电站关键数据,在变压器、开关、电缆等发生异常前提前预警,达到无人值守或少人值守的目的。d监控软件可生成电流、电压、有功功率、无功功率、功率因数等电参量实时和历史曲线,实现对变
12、压器的负荷率分析、MD值预测、电能质量分析、三相不平衡分析、变压器温度分析等(当月、上月、环比,本年、去年、同比等)。e.完成配电站10 kV、变电站0.4 kV回路的电能消耗统计和报表,实现对变电站能耗使用相关数据的分析与查询(峰平谷查询、能耗同比环比分析、用能结构分析与查询等)。2系统实施方案根据项目实际需求及实际情况,定制设计一套厂区用电监测平台,采用B/S架构。厂区用电监测系529船厂电能管理及监控系统建设方法与应用研究(王帅郭凤群孔令兵刘博)http:/29O配电供电统的架构是不同软硬件交互的界面层级,按照主要功能划分为以下3个层级。a.现场设备管理层:实现电气系统的基本现场保护、监
13、测、控制层级功能,主要由现场多功能电表、物联网表、物联网监测模块和采集器等设备组成;该层级设备用以实现电力系统的计量、信息监测功能。b通信管理层:实现设备之间联络和通信管理,主要由交换机、以太网关设备组成;该层完成设备的基本智能化功能,是实现微电网系统信息化的基础。C应用管理层:主要实现现场信息到计算机界面的转化,主要由计算机、专业监控软件、打印机等设备组成;该层设备完成现场信息的数据转换成人机界面信息,并将信息按照发生源进行分门别类分析处理。系统的整体架构如图1所示。电力监测电能管理应用管理层管理、统计、分析通信管理层数据传输(工业以太网)多功能电力仪表现场设备管理层变电站配电站图1电能管理
14、与监控系统整体架构图Fig.1Architecture diagram of electric energymanagement and monitoring system2.1设备及组网2.1.1变/配电站仪表选型由于用户原有电力仪表大部分为传统的机械仪表和不具备相应电力数据采集及远传功能的电力仪表,为实现用户的功能需求,需要对变配电站的仪表进行重新精确选型并整体更换以实现数据的采集要求。本项目中选择AEM96三相多功能电能表,该仪表是一款主要针对电力系统、工矿企业、公用设施的电能统计、管理需求而设计的智能电能表,尤其针对某些施工现场不允许停电作业的情况,具备AEM96C T三相多功能电能表
15、方案。AEM96和AEM96-CT三相多功能电能表均集成三相电力参数测量、电能计量及考核管理,提供上2 4 时、上31日以及上12 月的电能数据统计。具有31次分次谐波与总谐波含量检测,带有开关量输入和继电器输出,可实现“遥信”和“遥控”功能,并具备报警输出功能,可广泛应用于多种控制系统、SCADA系统(数据采集与监视控制系统)和能源管理系统中。AEM96和AEM96-CT三相多功能电能表主要具备如下功能:三相电力参数测量、电压和电流的相角、四象限电能计量、复费率、最大需量、历史电能统计、开关量事件记录、历史极值记录、31次分次谐波及总谐波含量分析、分相谐波及基波电参量(电压、电流、功率)、报
16、警输出、RS485(M o d b u s 或DL/T645-2007多功能电能表通信协议)等。根据监测要求和现场实际,整体更换配置了99台多功能电力仪表。2.1.2数据融合终端数据融合终端是集数据采集、数据融合、数据上传和边缘计算于一体的智能设备,如图2 所示。数据融合终端具有串口、网口、LoRa、光纤等多种通信接口,并可根据现场情况灵活选择与设备层产品的连接方式,同时支持Modbus、10 3、D L/T 6 4 5、O PCUA、BA Cn e t 等多种通信协议,兼容性强,能采集不同类型产品的数据,并将数据压缩、加密后上传至平台,并且支持本地存储,实现断点续传、失电报警功能,保证数据传
17、输的稳定、安全、可靠。数据融合终端采用模块化,集中式设计,通过集成各类元器件,方便施工接线,对终端数据进行采集和监控及数据上传管理。根据实际现场共配置2 1台数据融合终端。2.1.3系统组网仪表进行整体更换后,电力仪表可以实时采集各电力参数,并将采集的数据发送到配备在各变电站以及配电站的汇聚交换机,建立数据汇聚点,由汇聚交换机将数据通过能源网络集中到能源监控中心核心交换机,通过核心交换机传输至能源监控服务器,中心平台通过网络访问能源管控服务器。根据组网要求,现场共布置了19台接人交换机和1台核心交换机,分别选用端口为16 口千兆和2 4 口千兆的交换机,布置在各配电站以及能源监控中心,组网系统
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