典型化工企业电能计量装置及集中抄表功能的实现方案

电能计量是监测电力生产、供应和使用各个环节的重要手段之一。电能计量点的设置、计量装置的选型、数据的采集手段等，需要有一个合理的方案。陕西时代能源化工有限公司、陕西未来能源化工有限公司的研究人员李延磊、李丽，在2020年第6期《电气技术》杂志上撰文，结合涵盖发电、配电、用电的大型煤化工企业，针对多类型的计量界面和报表需求，基于标准规范、行业主管部门要求、企业管理需要、运行过程中积累的经验，提出较为合理的解决方案和对未来的展望，供类似项目借鉴和采用。
某煤化工企业每年电费近4亿元，为企业提供大量准确度高、时效性好的电能计量数据，可以有效地强化企业管理，提高企业的经济效益，达到节能降耗的目的。电能计量作为企业计量的重要组成部分，在满足企业管理需要的同时，还应满足供电部门对电网调度的需要。按照不同的需求，在配电系统的不同位置设置合理的计量设备，显得尤为重要。
另外，随着企业规模的不断扩大和电能计量点数量的增加，人工抄表方式越来越不能满足对电能计量时效性和准确性的要求，需要设置必要的集中抄表系统来完成大量数据的读取、存储和计算等。
1  标准规范对计量装置的要求
DL/T 448—2016《电能计量装置技术管理规程》和Q/GDW 347—2009《电能计量装置通用设计》将运行中的电能计量装置按计量对象重要程度和管理需要分为五类（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ）。各类电能计量装置所配置的电能表、互感器准确度等级应不低于表1所示值。
对于电能计量装置的接线方式，根据配电系统中性点运行方式的不同，选择三相四线制或三相三线制接线方式。厂内配电系统各电压等级采用中性点运行方式，电能计量装置接线方式见表2。
表1  计量装置准确度等级
2  电能计量点设置和设备选型
按照用途不同，大致可将电能计量点设置和设备选型分为3种：①与供电部门间的计量点；②与生产流程相关合作企业间的计量点；③厂内各生产和辅助装置的计量点。
表2  电能计量装置接线方式
1）供电部门间的计量点
贸易结算用的主副表配置，采用高供高计。在110kV大工业用电和10kV一般工商业用电变压器高压侧开关处设置计量点，在发电机升压变35kV并网开关处设置计量点。计量点示意图如图1所示。
图1  供电部门间的计量点示意图
对35kV和110kV均选用三相智能电能表DTZ341，参数为3×57.7V/100V、0.3（1.2A）、0.2S级。
10kV选用三相智能电能表DSZ331，参数为3× 100V、0.3（1.2A）、0.2S级。
2）合作企业间的计量点
由于与合作企业之间进行原材物料互供，价格参照市场价，故电能计量方法也选用高供高计，计量点均被设置在10kV电源侧高压侧开关处。
选用三相智能电能表DSZ331，参数为3×100V、0.3（1.2A）、0.2S级。
3）厂内各生产和辅助装置的计量点
主要用于厂内三级计量，因需考虑变压器损耗、线路损耗、计量装置误差等，故分别设置在35kV、10kV、380V进线开关处，35kV、10kV电源馈线开关处，非本车间生产装置用电10kV、380V开关处。
为节省投资，对需要电能计量的35kV、10kV和380V回路，考虑选择满足电能计量的多功能仪表。
35kV选用三相电力智能监控仪表EM600LED- T-AO，参数为3×57.7V/100V、1（0.01～1.2A）、0.5级，3CT。
10kV选用三相电力智能监控仪表EM600LED，参数为3×100V、1（0.01～1.2A）、0.5级。进线、母联、电源馈线选用3CT，变压器、电动机馈线选用2CT。
380V选用三相电力智能监控仪表EM600LED- T-AO，参数为3×220V/380V、1（0.01～1.2A）、0.5级，3CT。
3  集中抄表功能的实现方案
对于不同时间段和不同类型电能计量的需求，电气班组运行人员需赶赴近30个变电站进行相应的数据统计、汇总、整理和计算，其中每天抄表一次的计量点近600个，每天抄表多次的计量点120个，这与当下企业提高自动化水平、减员增效的需求不相适应。
为此，拟采用集中抄表系统来代替大部分人工劳动。集中抄表系统按3层结构规划，其示意图如图2所示。
图2  集中抄表系统示意图
1）设备布置
全厂配电系统仅110kV总变电站为有人值守，集中抄表系统主站放在该变电站，主站具备电量数据的自动存储、报表生成、数据发布等功能。子站采集电能计量装置数据，打包后集中上传主站，就近放在现场10kV变电站和低压变电所。
2）组屏
主站2面屏，其中服务器屏尺寸为600mm× 1000mm×2260mm（宽×深×高），内装DELL PowerEdge R510服务器、UPS、TF1581-C对时装置等，通信屏尺寸800mm×600mm×2260mm（宽×深×高），内装4台MOXA PT-7728工业网络交换机（带SC单模光口）。
每个子站各1面屏，尺寸为800mm×600mm× 2260mm（宽×深×高），内装2台通信管理机、2台MOXAEDS-305工业网络交换机（带SC单模光口）。
3）通信管理机与电能计量装置间接线
通信管理机读取三类装置数据，分别是供电部门电量采集器HT2000 eRTU、三相智能电能表DSZ331、三相电力智能监控仪表EM600LED。其不同装置RS485接口间均采用屏蔽双绞线连接，每条通信线上设备控制在20台以内，在保证通信质量的同时，预留一定的备用位置。
通信管理机需将采集到的数据实时上传至总站服务器，两者之间通过光纤连接，采用以太网通信。
4）主要技术指标要求
全部数据扫描周期为5s，画面数据实时刷新时间为5s，关键数据更新周期小于3s，事件顺序记录分辨率小于2ms，历史数据存储不少于10年。
5）实时数据查询功能
通过集中抄表系统监控画面，可调取每个计量点的历史和实时数据。软件具备Excel电子表格调取数据库全部电量数据的功能，通过Excel计算功能，即可得出所需的报表。
4  集中抄表系统优化的内容
1）自动生成固定报表
通过Excel得到报表，还需要人工干预，且不便于存储历史数据。按照管理需要，在系统后台数据库预设日、月、年月、电量计算、上网电量、码值6大类报表，可随时查看所需电量的实时数据和历史数据。
2）Web发布
系统自动将电量数据进行平衡计算后，生成不同用途的报表，并对报表划分权限，根据用户的不同对应开放。厂内用户可根据需要，通过网络实时查询所需电量数据。
3）表计超量程
对于不能停电或具备远程清零电量数据功能的表计，在其满量程时，抄表系统自动记录时间和数据，对其进行清零操作。
对于能够停电的回路，更换为大量程表计。
4）网络中断造成数据缺失
工厂网络环境较复杂，子站通信管理机应能存储带时标的电量数据，总站抄表软件应带断点续传功能，避免网络通信中断后造成部分电量数据的缺失。
5  结论
对于集发电、用电、供电于一体的大型煤化工企业的电能计量，按本文思路进行计量点设置和设备选型，完全能够满足各方对电能计量的需求。集中抄表系统的运用和功能优化，降低了工人劳动强度，提高了工作效率，保证了数据的可靠性。
随着技术的不断发展和研究的不断深入，对于集中抄表系统数据跨系统自动提交、企业能耗优化建议自动生成、数据加密云存储多应用访问、与变电站其他系统功能整合等，有待逐步得以实现。
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