电力需求侧管理及智能电力监控技术在石油化工行业错峰限电中的应用

电力需求侧管理及智能电力监控技术在石油化工行业错峰限电中的应用

王长幸 江苏安科瑞电器制造有限公司

一、行业用户用电特性分析

石油化工在国民经济的发展中有重要作用，是我国的支柱产业之一。石油化工指以石油和天然气为原料，生产石油产品和石油化工产品的加工工业。石油产品主要包括各种燃料油（汽油、煤油、柴油等）和润滑油以及液化石油气、石油焦碳、石蜡、沥青等。生产这些产品的加工过程常被称为石油炼制，简称炼油。石油化工产品以炼油过程提供的原料油进一步化学加工获得。生产石油化工产品的第一步是对原料油和气（如丙烷、汽油、柴油等）进行裂解，生成以乙烯、丙烯、丁二烯、苯、甲苯、二甲苯为代表的基本化工原料。第二步是以基本化工原料生产多种有机化工原料（约200种）及合成材料 （塑料、合成纤维、合成橡胶），用电特性一般为三班制连续生产。

石油化工行业用户设备分类表

类别

主要设备

备注

非生产性负荷

办公照明、电脑传真打印等办公用电器具、分体及中央空调、食堂蒸饭车、鼓风机、厂区道路照明

一般

生产负荷

常压蒸馏或常减压蒸馏装置

一般

生产负荷

催化裂化、加氢裂化、延迟焦化、催化重整、烃基化、加氢精制、裂解工艺制取乙烯、芳烃等化工原料的装置。

重要

安全保障负荷

催化裂化装置

重要

二、行业用户参与错峰限电能力分析

由于行业特殊性，该行业除了非生产性负荷及非连续性生产的常压蒸馏生产车间（常压蒸馏紧急限电也有经济损失），其他负荷都要提前10小时通知才能安全生产，才能不发生事故。

三、行业用户参与错峰限电技术方案

3.1缺口等级IV级参与方案

1. 阶段性错峰

停用后勤、政工等科室的空调、办公、照明等非生产性用电负荷

2. 紧急错峰

停用后勤科室的空调、办公、照明等非生产性用电负荷

3.2缺口等级III级参与方案

1.阶段性错峰

停用生产部门的空调、办公、照明等非生产性用电负荷

2.紧急错峰

停用生产部门的空调、办公、照明等非生产性用电负荷

3.3缺口等级II级参与方案

1. 阶段性错峰：

1) 停用空调、办公、照明等非生产性用电负荷（除生产调度系统外）；

2) 提前10小时通知，停用非连续性生产的半成品车间。

2.紧急错峰

停用空调、办公、照明等非生产性用电负荷（除生产调度系统外）

3.4缺口等级I级参与方案

1.阶段性错峰

安排企业进行检修。

2.紧急错峰

停用非连续性生产的常压蒸馏生产车间

四、行业用户参与错峰限电风险及注意事项

1. 在石油化工生产过程中突然失电，除了非生产性负荷及非连续性生产的常压蒸馏生产车间（常压蒸馏紧急限电也有经济损失）其他车间生产系统都会向外排放有毒有害物质，对环境造成极大污染，并在较大范围对人员造成伤害或致命；致使爆炸，产生严重后果。

2. 消防水泵是易燃易爆的化工企业在生产过程中保持相应压力并正常运转的安保设施，如失电停止运转以面临火灾事故不能及时施救，会行成事故的扩大和人员财产的更大损失。

因此，该行业用户应及早制定有效应急预案，参与错峰时应主动配合错峰实施，及时与供电企业沟通，采取检修或轮休等方式，避免采用强制拉电或遥控设备控制限电，杜绝恶性事故发生，主动担负社会责任的同时又将损失降到*低。

五、智能电力监控的功能与应用

5.1系统概述

上海安科瑞电气股份有限公司承接某地*石油大厦远程自动抄表系统项目的设计与实施。采用ACREL-2000型电力监控系统， 本监控系统的监控范围：高压配电室、低压配电室1#、低压配电室2#的电力仪表。其中低压配电室1#、2#有上海安科瑞电气股份有限公司仪表PZ80-E4共146台。

5.2用户需求

该石油化工企业电力监控系统所要实现的功能是：远程监视大厦高低压配电系统的所有电参量；实时界面显示高低压各回路的重要电参数，高灵敏度和可靠度的实时数据刷新率；能看到实时的数据和查询各高压回路和低压进线以及低压重要出线回路的电流曲线图（或者负荷曲线图）；所有回路具有电参数查询报表，能查询到秒级的电参量历史值；电能报表，根据管理的需要可适当修改报表格式，能查询任意时刻的电能值。

5.3设计思路

按照该石油化工企业的实际需求和智能元器件的功能，完成系统的设计，主要功能为：一次主接线图界面显示；电参量遥测及电参量越限报警；事件记录，系统运行异常监测；故障报警及操作记录；电能报表查询与打印；历史曲线，用户权限管理、高压遥控、低压主进线遥控等主要功能。

整个系统采用网络分布式结构，监控主机位于监控室内，系统采用开放的通讯协议，通过现场总线连接到通讯服务器。

5.4系统的结构

本系统采用分层分布式计算机网络结构即间隔层、通讯层和站控层如下图所示：

间隔层主要的设备为：电力仪表、开关量采集模块和智能断路器等。这些装置分别对应相应的一次设备安装在电气柜内，这些装置均采用RS485通讯接口，通过现场MODBUS总线组网通讯，实现数据现场采集。

中间层主要为：通讯服务器，其主要功能为把分散在现场采集装置集中采集，同时远传至站控层，完成现场层和站控层之间的数据交互。

站控层：设有高性能工业计算机、显示器、UPS电源、打印机等设备。监控系统安装在计算机上，集中采集显示现场设备运行状况，以人机交互的形式显示给用户。

以上网络仪表均采用RS485接口和MODBUS-RTU通讯协议，RS485采用屏蔽线传输。

5.5系统的主要功能

一、数据采集与处理

数据采集是配电监控的基础，数据采集主要由底层多功能网络仪表采集完成，实现远程数据的本地实时显示。需要完成采集的信号包括：三相电压U、三相电流I、频率Hz、功率P、功率因数COSφ、电度Ep、远程设备运行状态等数据。

数据处理主要是把按要求采集到的电参量实时准确的显示给用户，达到配电监控的自动化化和智能化要求，同时把采集到的数据存入数据库供用户查询。

二、人机交互

系统提供简单、易用、良好的用户使用界面。采用全中文界面，配电系统电气一次主接线图，显示设备状态及实时运行参数；画面实时动态刷新；模拟量显示；开关量显示；报警记录显示等。

1、高压一次图：

高压一次图为系统主监控画面，主要实时监测高压回路的运行状态，重要的电参量等。界面上各回路一次图显示红色代表合闸，绿色代表分闸。

2、低压一次图：

实时显示低压进线回路，电容补偿、出线回路的合分闸情况，实时刷新负载、电流、电压、功率等的实时值。

3、实时、历史曲线图：

界面内的的功能按钮包括时间间隔的选择，刷新曲线、鼠标缩放、鼠标平移，搜索曲线、曲线在显示见面里的左右移动以及电流曲线位置的调整。电流在趋势图中位置的调整分为5个档，用户可以根据查询电流的大小，选择适当的量程。

4、电能、电量报表

此电能报表支持手动输入时间查询任何时段和任何回路的耗电量。同一变压器下的出线回路安排在同一个电能报表内，便于管理人员的统计管理。系类报表可设计成用户惯用的电能报表格式，以延续工作人员的工作风格。

5、高压光子牌：

显示微机保护装置上电、装置掉电、装置复位、信号复归、遥控操作、就地操作、修改保护定值、装置自检错误、装置超温等信号，信号跳变时伴随声光报警。

三、故障报警及事故追忆

在配电系统发生运行故障时，会及时发出声报警提示用户及时响应故障回路，同时自动记录事件发生的时间地点，以被用户查询，追忆故障原因。

四、数据库建立与查询

主要完成遥测量和遥信量定时采集，并且建立数据库，定期生成报表，以供用户查询打印。

五、用户权限管理

可根据买方要求添加和删除软件的用户数量和设置用户的权限。针对不同级别的用户，设置不同的权限组，防止因人为误操作给生产，生活带来的损失，实现配电系统的安全，可靠运行。

六、主要监控产品

（1）高压回路或低压进线回路选ACR330ELH仪表

该表为电能质量分析仪表，主要功能有：LCD显示、全电参量测量（U、I、P、Q、PF、F、S）；四象限电能计量、复费率电能统计；THDu，THDi、2-31次各次谐波分量；电压波峰系数、电话波形因子、电流K系数、电压与电流不平衡度计算；电网电压电流正、负、零序分量（含负序电流）测量；4DI+3DO（DO3做过压、欠压、过流、不平衡报警）；RS485通讯接口、Modbus协议或DL/T645规约。外形尺寸：120×120mm，开孔尺寸：108×108mm。适用于高压重要回路或低压进线柜。

（2）低压联络或出线回路选ACR220EL电力仪表

该表主要功能有：LCD显示、全电参量测量（U、I、P、Q、PF、F）；四象限电能计量、复费率电能统计、*大需量统计；4DI+2DO；RS485通讯接口、Modbus协议。外形尺寸：96×96mm，开孔尺寸：88×88mm。适用于低压联络柜、出线柜。

（3）低压出线柜选ARD系列

该表测量三相电流、定值查询、定值整定、过载、断相（不平衡）、堵转、欠载、外部故障、阻塞、欠压等保护功能、8DI+4DO、电能管理、漏电保护、SOE记录、多种起动模式、RS485通讯接口、MODbus协议/Profibus-DP协议可选。

（4）节能产品可选APF有源滤波装置

ANAPF系列有源电力滤波装置，以并联方式接入电网，通过实时检测负载的谐波和无功分量，采用PWM变流技术，从变流器中产生一个和当前谐波分量和无功分量对应的反向分量并实时注入电力系统，从而实现谐波治理和无功补偿。

七、设备清单

序号

名称

型号、规格

单位

数量

备注

1

电力仪表

三相多功能电力仪表

PZ80-E4

只

146

安科瑞

网络多功能电表

ACR220EL

只

50

谐波表

ACR330ELH

只

678

开口式电流互感器

AKH-0.66/K

只

438

安科瑞

2

监控中心值班室

操作台

YT-341

套

1

香河

工作站主机

IPC-610L/769VG/E5300/2G/500G/DVD/88小键+鼠标（原装整机标配）2个串口

台

1

研华

显示器

L197WA

台

1

联想

UPS电源

C1K/1KVA

台

1

SANTAK

打印机

HP 1108 A4幅面

台

1

惠普 甲供

系统软件

正版微软WINDOWS XP/SP3

套

1

微软 甲供

工业网络交换机

D-LINK 16口

台

1

D-LINK

工业串口服务器

NPORT5232I RS485接口×2 带光隔

台

4

MOXA

工业开关电源

KDYA-DG30-24K

只

4

华力

电能管理软件

系统组态软件Acrel-3000V6

套

1

安科瑞

电能管理软件

数据存储软件Acrel-dbSQL

套

1

安科瑞

电能管理软件

电能管理软件Acrel-EnerSys

套

1

安科瑞

电能管理软件

设备驱动软件Acrel-Driver

套

1

安科瑞

光电转换器

单模光电转换HTB-1100S（25km)

只

8

3

工程材料

通讯线缆

单模4芯光纤

千米

2

通讯线缆

屏蔽双绞线RVVSP 2*0.75

千米

0.2

起帆

通讯线缆

BVR 1.5mm

千米

4

工程辅材

拖线板、转换线、线管、标牌等

套

1

计量箱

每个变电所内配置1台共需4台。

只

4

光纤附件

含熔接、尾纤、法兰、跳线等

套

4

4

工程施工及调试

通讯线缆铺设

米

2200

综合调试

人/天

25

设备运输费用

项

1

培训费用

项

1

施工改造费用

项

1

八、结束语

该石油化工大厦项目的系统实施通过集中监控微机的软件，读取配电室各仪表的信息量，实现监控机对配电室的电力仪表集中监控。可以了解到整个大厦的电力系统状况，这对电力系统事故状态下的调度指挥也很有益处。通过监控系统软件实现了控制现场仪表；实现对配电室数据采集、监控和管理；同时具备报警处理等功能。友好的界面操作系统和简易的操作，使系统更具有人性化。而且，本系统将硬件设备组装在自行设计的通用开关柜中，实现集中管理，同时也便于系统的维护与更换，提高产品的模块化、标准化、层次化，便于系统的扩展。采用组态软件，减少了电力设备状态监视对人力依赖，降低了人力的成本，提高了经济效益。为电力系统的生产运行和管理提供了科学、准确的依据。

参考文献

[1]任致程、周中编著 电力电测数字仪表原理与应用指南 *电力出版社 2007.4

[2]周中 安科瑞电力监控组态软件在配电系统中的应用.

[3] 石油化工行业错峰限电技术指导.

技术支持：王长幸（1985-），女，江苏安科瑞电器制造有限公司 ,汉族，本科，工程师，主要研究方向为智能建筑供配电监控系统 邮箱：[email protected]； 0510-86179961 QQ:2880263323 网址：http://www.jyacrel.cn/ http://ipd.acrel.cn/