0、引言

隨著鋼鐵企業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展程度的日益成熟，其裝備水平、工藝技術(shù)，具備了能源管理系統(tǒng)集合整理、智慧調(diào)度控制的條件。另一方面，企業(yè)對能源系統(tǒng)集控有強(qiáng)烈的需求。因此，針對大型鋼鐵企業(yè)的能源監(jiān)測管理系統(tǒng)的構(gòu)建，已經(jīng)在如火如荼地展開。近年來，政府部門對建鋼鐵行業(yè)節(jié)能的重視度越來越高，相繼出臺了一系列關(guān)于鋼鐵節(jié)能方面的規(guī)定和技術(shù)性的規(guī)范。推動既有鋼鐵行業(yè)節(jié)能改造、新建鋼鐵節(jié)能達(dá)標(biāo)和建立鋼鐵能耗監(jiān)測分析管理系統(tǒng)，從設(shè)備、工藝和管理三方面推動鋼鐵行業(yè)節(jié)能。山西省也在積極推動各地高耗能企業(yè)實行能源管理平臺，實現(xiàn)節(jié)能降耗。山西某鋼鐵公司于2021年4月建設(shè)一套萬洲智能優(yōu)化節(jié)能系統(tǒng)，經(jīng)過一年的使用，在鋼鐵能源管控方面發(fā)揮了巨大的節(jié)能價值。

1、建設(shè)范圍

山西某鋼鐵公司下分廠主要由煉鐵分廠、煉鋼分廠、軋鋼分廠、制氧分廠和電廠組成。主要消耗的能源為電、自來水、氧氣、氮氣、中水、處理水、煤氣、蒸汽。

企業(yè)管理者仍然在探尋進(jìn)一步節(jié)能降耗的途徑。為加強(qiáng)鋼鐵廠的能源監(jiān)測與收費管理，充分考慮該校區(qū)整體節(jié)能監(jiān)管體系的發(fā)展需求、現(xiàn)有的設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)和信息化系統(tǒng)、企業(yè)能源管理部門的具體需求，將建設(shè)智能優(yōu)化節(jié)能系統(tǒng)，實現(xiàn)能耗自動統(tǒng)計、故障預(yù)警、綜合節(jié)能分析診斷等功能，解決目前存在的用能管理漏洞和用能、電費成本過髙、錯峰管理的問題。

（1）通過對該企業(yè)智能優(yōu)化系統(tǒng)的建設(shè)，實現(xiàn)各個分廠各能源分類精確計量和能源運行監(jiān)測功能，對今后能源管理提供數(shù)據(jù)保障和決策依據(jù)；

（2）通過WOES系統(tǒng)實現(xiàn)企業(yè)計費管理，記錄總關(guān)口電帯使用狀況，韜確收出管理，促進(jìn)豐動節(jié)能，提忘人員的節(jié)能恵識；

（3）通過WOES系統(tǒng)可以隨時隨地對企業(yè)的能源管理系統(tǒng)進(jìn)行訪問，并實現(xiàn)遠(yuǎn)程警理.為鋼鐵廠能源利用診制、節(jié)能控甸、節(jié)能淆力分析、節(jié)能效果驗證等提供有效手段；

（4）充分考慮平臺系統(tǒng)對各種能耗系統(tǒng)管理的整合擴(kuò)展能力，并為今后綜合性的數(shù)字化工廠做好充分的技術(shù)準(zhǔn)備，并預(yù)留接口。

2、系統(tǒng)硬件設(shè)計

2.1監(jiān)測點選擇

電表共監(jiān)測355個，氮氣和氧氣共監(jiān)測29個，蒸汽共監(jiān)測7個，煤氣共監(jiān)測28個，中水共監(jiān)測22個，處理水共監(jiān)測14個，自來水共監(jiān)測19個。

2.2網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計

WOES智能優(yōu)化節(jié)能系統(tǒng)以工作站主機(jī)、通訊設(shè)備、測控單元為基本工具，為企業(yè)用能數(shù)據(jù)的實時數(shù)據(jù)釆集、開關(guān)狀態(tài)監(jiān)測及遠(yuǎn)程管理與控制提供了基礎(chǔ)平臺，它可以和檢測、控制設(shè)備構(gòu)成任意復(fù)雜的監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要采用分層分布式計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，如圖1所示，系統(tǒng)自下而上分為三層結(jié)構(gòu)，分別為設(shè)備層、信息層、管理層。

(1)設(shè)備層

主要由監(jiān)控點設(shè)備和能源數(shù)據(jù)監(jiān)測儀表組成，是系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的來源，同時也是系統(tǒng)監(jiān)控的對象，本次設(shè)計對鋼鐵廠各分廠的用電、用水、用氣等進(jìn)行監(jiān)測。

(2)信息層

信息層主要由通訊服務(wù)器組成，完成現(xiàn)場各層之間的數(shù)據(jù)傳輸，實現(xiàn)數(shù)據(jù)上傳下達(dá)功能，將現(xiàn)場能源數(shù)據(jù)監(jiān)測儀表和設(shè)備的通訊信號接入至通訊服務(wù)器中，通過通訊服務(wù)器接入WOES智能優(yōu)化節(jié)能系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中。

(3)管理層

管理層是整個系統(tǒng)數(shù)據(jù)和分析的核心，由數(shù)據(jù)服務(wù)器、客戶端、打印機(jī)以及企業(yè)局域網(wǎng)中客戶端(辦公電腦)組成，按照每個人的職責(zé)分配不同的權(quán)限，實現(xiàn)對各分廠的用能管理。

3、系統(tǒng)軟件設(shè)計

本次軟件功能設(shè)計方案針對主耍用能點進(jìn)行監(jiān)測分析，構(gòu)建該企業(yè)能源監(jiān)測分析平臺，在平臺上運行能源監(jiān)測分析系統(tǒng)軟件，對各分廠下的用能設(shè)備實時用能進(jìn)行監(jiān)視、對歷史能源數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，對電能質(zhì)量和設(shè)備運行異常故障進(jìn)行預(yù)警提醒、對能源使用過程中的跑冒滴漏進(jìn)行分析。

圖1WOES智能優(yōu)化節(jié)能系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

3.1能耗總覽

能耗總覽主要顯示用戶的能源使用情況，以地圖樣式鳥瞰展示校區(qū)當(dāng)前的能耗概況及數(shù)據(jù)變化。該功能將用電量、單耗等功能通過列表的形式展示在三維地圖里。企業(yè)的高層領(lǐng)導(dǎo)、各分廠的領(lǐng)導(dǎo)可以通過該功能，實時的看到企業(yè)和各個分廠的能耗及單耗情況，了解整個企業(yè)或各分廠的用能情況。

3.2能耗統(tǒng)計

WOES系統(tǒng)將儀表從現(xiàn)場采集得來的二進(jìn)制數(shù)組成的原始數(shù)據(jù)，根據(jù)設(shè)備配置將數(shù)據(jù)解析成電表讀數(shù)和電能等數(shù)據(jù)。然后將此類參數(shù)進(jìn)行排列以實時數(shù)據(jù)列表形式展現(xiàn)給用戶，使用戶能夠直觀地了解建筑的用能情況。釆用WEOS智能優(yōu)化節(jié)能系統(tǒng)的能耗統(tǒng)計功能，可以減少人員的工作量，增加抄表的準(zhǔn)確性，提高工作效率。

3.3電能質(zhì)量分析

WOES系統(tǒng)分別從電壓合格率、頻率合格率、三相電壓不平衡、電壓波動、不同電壓等級的總電壓諧波畸

變率、奇次及偶次電壓諧波畸變率、奇次電流諧波畸變率等方面分別以圖形和報表的形式進(jìn)行分析。通過對企業(yè)用電情況一定時期的監(jiān)視，為用戶提供頻率偏差、電壓三相不平衡度、變壓器經(jīng)濟(jì)運行、線損率，功率因數(shù)、諧波含量的分析，使用戶了解當(dāng)前的電能質(zhì)

量狀況。通過對電能質(zhì)量的分析，可定位電能質(zhì)量的污染源，依據(jù)電能質(zhì)量分析的結(jié)果進(jìn)行諧波的治理，將諧波控制在不影響其他設(shè)備正常運行的范圍內(nèi)，在進(jìn)行了諧波治理后同樣可使用電能質(zhì)量分析功能來檢驗諧波治理的效果。

3.4節(jié)能分析

該功能模塊下的能效分析依據(jù)鋼鐵行業(yè)各分廠的能效評估標(biāo)準(zhǔn)，計算噸鐵電耗、噸鋼電耗等數(shù)據(jù)指標(biāo)，同時WOES系統(tǒng)通過對各分廠與企業(yè)管控值和行業(yè)值進(jìn)行比較，自動找到能效異常的點，并提供詳細(xì)的數(shù)據(jù)分析，幫助企業(yè)用戶找到異常能效區(qū)域能耗異常的原因，為節(jié)能措施提供參考?？者\轉(zhuǎn)分析則按照企業(yè)現(xiàn)場存在主輔關(guān)系的設(shè)備進(jìn)行配置，監(jiān)測設(shè)備發(fā)生空運轉(zhuǎn)造成的能耗損失及空運轉(zhuǎn)時長，提供詳細(xì)的報警信息用于用戶加強(qiáng)管控，規(guī)范操作人員行為。電費相關(guān)模塊則統(tǒng)計企業(yè)與***上報的總關(guān)口的計費情況，根據(jù)基本電費、電度電費和力調(diào)電費三種電費方式進(jìn)行分別監(jiān)測并進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，來加強(qiáng)企業(yè)電費管理。

圖2 煉鐵分廠能耗分析

3.5分析診斷

該功能模塊下通過對各個分廠下的主要用能設(shè)備進(jìn)行實時監(jiān)測，根據(jù)不同報警策略來進(jìn)行相關(guān)實時報警，產(chǎn)生的報警記錄方便對應(yīng)設(shè)備處理人進(jìn)行查找異常原因并記錄過程，實施問題追蹤溯源。便于對重點用能設(shè)備進(jìn)行有效管控，已達(dá)到降低能耗的目的。

3.6報警管理

通過設(shè)定分析對象運行的高低限及標(biāo)準(zhǔn)值，對配電網(wǎng)絡(luò)及設(shè)備進(jìn)行安全預(yù)警防護(hù)，達(dá)到報警或超提出安全警示，達(dá)到設(shè)備及配網(wǎng)的安全，高效運行。事件記錄查詢系統(tǒng)中各個設(shè)備的實時報警和歷史報警的狀態(tài)和記錄，當(dāng)選擇“歷史報警"的時候，可根據(jù)需求選擇時間范圍、報警類別、設(shè)備名稱、確認(rèn)用戶和確認(rèn)計算機(jī)對歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行檢索，搜索出歷史報警。當(dāng)選擇為“實時報警"的時候，展示系統(tǒng)中存在的實時報警，提醒用戶要及時處理。

3.7信息查詢

用戶可以選取系統(tǒng)所監(jiān)測的所有設(shè)備，查看其所有監(jiān)測參數(shù)，查詢的起止時間和查詢的時間間隔均可設(shè)置，并可將查詢結(jié)果導(dǎo)出保存和打印。歷史數(shù)據(jù)查詢功能為事故的追溯、異常的分析、用能的監(jiān)管提供了數(shù)據(jù)支撐。

4、應(yīng)用效果

（1）尋找舁常用能單元.消除能耗廉澗煉欣分廠用電統(tǒng)計圖如圖2所示，能耗分析中銀據(jù)企業(yè)組織結(jié)構(gòu)樹進(jìn)行逐壩金找用電異常，若發(fā)電哪一節(jié)點在哪天01現(xiàn)用能異常，則可向下挖掘耳體子區(qū)域下的用能異常情況.

（2）發(fā)現(xiàn)管理漏洞，杜絕能源浪費應(yīng)用于山西某鋼鐵公司的智能優(yōu)化節(jié)能系統(tǒng)的空運轉(zhuǎn)分析模塊如圖3所示，從圖3可以看出，時段內(nèi)存在設(shè)備空運轉(zhuǎn)現(xiàn)象，造成能耗損失1488kWh,若加強(qiáng)管控,電費可節(jié)省接近700元。

圖3脫硫風(fēng)機(jī)空運轉(zhuǎn)

5、AcrelEMS-SEMI電子廠房能效管理平臺

5.1平臺概述

AcrelEMS-SEMI電子廠房能效管理平臺集變電站綜合自動化、電力監(jiān)控、電能質(zhì)量分析及治理、電氣安全、能耗分析、照明控制、設(shè)備運維于一體，為建立可靠、安全、高效的工廠能源管理體系提供數(shù)據(jù)支持。同時引入技術(shù)，配合廠務(wù)系統(tǒng)優(yōu)化，簡化全廠管理，并利用實時數(shù)據(jù)，優(yōu)化能效并預(yù)防風(fēng)險，保障關(guān)鍵制造設(shè)備的穩(wěn)定運行和良品率，降低綜合成本，*終達(dá)到高效運營和制造的目的。

5.2平臺組成

安科瑞AcrelEMS-SEMI電子廠房管理系統(tǒng)是一個深度集成的自動化平臺，它集成了電力監(jiān)控系統(tǒng)、變電所綜合自動化、電能質(zhì)量監(jiān)測與治理、電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)、消防設(shè)備電源系統(tǒng)、防火門監(jiān)控系統(tǒng)、消防應(yīng)急照明和疏散指示系統(tǒng)、智能照明控制系統(tǒng)、能耗監(jiān)測系統(tǒng)、新能源充電樁、預(yù)付費系統(tǒng)。用戶可通過瀏覽器、手機(jī)APP獲取數(shù)據(jù)，通過一個平臺即可全局、整體的對電子廠房的用電和用電安全進(jìn)行進(jìn)行集中監(jiān)控、統(tǒng)一管理、統(tǒng)一調(diào)度，同時滿足廠房用電可靠、安全、穩(wěn)定、高效、有序的要求。

5.3平臺拓?fù)鋱D

6、平臺子系統(tǒng)

6.1電力監(jiān)控

電力監(jiān)控主要針對10/0.4kV地面或地下變電所，對變電所高壓回路配置微機(jī)保護(hù)裝置及多功能儀表進(jìn)行保護(hù)和監(jiān)控，對0.4kV出線配置多功能計量儀表，用于測控出線回路電氣參數(shù)和用能情況，可實時監(jiān)控高低壓供配電系統(tǒng)開關(guān)柜、變壓器微機(jī)保護(hù)測控裝置、發(fā)電機(jī)控制柜、ATS/STS、UPS，包括遙控、遙信、遙測、遙調(diào)、事故報警及記錄等。

6.2電能質(zhì)量監(jiān)測與治理

監(jiān)測各進(jìn)線回路電能質(zhì)量，包括電壓暫降、諧波畸變、閃變等數(shù)據(jù)波形記錄，進(jìn)而判斷配電系統(tǒng)擾動方向。

配置有源濾波裝置和無功補(bǔ)償裝置對0.4kV側(cè)電能質(zhì)量進(jìn)行補(bǔ)償和治理，并監(jiān)測有源濾波裝置和無功補(bǔ)償裝置運行情況，確保電能質(zhì)量符合生產(chǎn)要求。

6.3變電站綜合自動化

變電站綜合自動化系統(tǒng)主要針對110kV變電站、10kV變電所和10kV柴油發(fā)電機(jī)部分，在變電站設(shè)置Acrel-1000變電站綜合自動化系統(tǒng)子站，實現(xiàn)本地遙測、遙信、遙控、報警、報表等功能，并把數(shù)據(jù)上傳至AcrelEMS-SEMI能效管理平臺，實現(xiàn)集中監(jiān)測和報警。

6.4電氣安全

AcrelEMS電子廠房能效管理系統(tǒng)針對配電系統(tǒng)的電氣安全隱患配置相應(yīng)的電氣火災(zāi)傳感器、溫度傳感器，消防設(shè)備電源傳感器、防火門狀態(tài)傳感器，接入消防疏散照明以及指示燈具的狀態(tài)實時顯示，并且對UPS的蓄電池溫度、內(nèi)阻進(jìn)行實時監(jiān)視，發(fā)生異常時通過聲光、短信、APP及時預(yù)警。

6.5智能照明控制

單控、區(qū)域控制、自動控制、感應(yīng)控制、定時控制、場景控制、調(diào)光控制等多種控制方式。

6.6能耗分析

AcrelEMS電子廠房能效管理系統(tǒng)為工廠搭建計量體系，顯示能源流向和能源損耗，通過能源流向圖幫助企業(yè)分析能源消耗去向，找出能源消耗異常區(qū)域。從能源使用種類、監(jiān)測區(qū)域、車間、生產(chǎn)工藝、工序、工段時間、設(shè)備、班組、分項等維度，采用曲線、餅圖、直方圖、累積圖、數(shù)字表等方式對工廠用能統(tǒng)計、同比、環(huán)比分析、實績分析，折標(biāo)對比、單位產(chǎn)品能耗、單位產(chǎn)值能耗統(tǒng)計，找出能源使用過程中的漏洞和不合理地方，從而調(diào)整能源分配策略，減少能源使用過程中的浪費。

6.7充電樁管理

電動汽車和電瓶車充電樁管理，包括收費管理、資產(chǎn)管理。

6.8職工公寓管理

對廠區(qū)內(nèi)職工宿舍進(jìn)行負(fù)載管理，包括惡性負(fù)載識別管理、負(fù)載閾值管理，避免因為惡性負(fù)載引起火災(zāi)。對員工宿舍進(jìn)行水電收費管理，支持微信、支付寶等繳費方式，采集職工宿舍能耗數(shù)據(jù)。

7、相關(guān)平臺部署硬件選型清單

7.1電力監(jiān)控系統(tǒng)硬件配置

7.2能耗管理系統(tǒng)硬件配置方案

7.3智能照明控制系統(tǒng)硬件配置方案

7.4電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)硬件配置方案

7.5消防設(shè)備電源監(jiān)控系統(tǒng)硬件配置方案

7.6防火門監(jiān)控系統(tǒng)硬件配置方案

7.7消防應(yīng)急照明和疏散指示系統(tǒng)硬件配置方案

7.8電能質(zhì)量治理解決方案硬件配置方案

7.9充電樁系統(tǒng)硬件配置方案

7.10預(yù)付費系統(tǒng)硬件配置方案

8、總結(jié)

一套完整的能源管理系統(tǒng)的建立，不僅是單純自動化和信息化技術(shù)水平提升的表現(xiàn).更是對企業(yè)整體能源管理體系中起著重要作用，它能統(tǒng)一調(diào)度，優(yōu)化煤氣平衡，減少煤氣放散、提高環(huán)保質(zhì)量、降低噸鋼能耗以及提高勞動生產(chǎn)率，而且對于事故預(yù)案的制定和執(zhí)行，事故原因的快速分析和及時判斷處理，能源供需的合理調(diào)整和平衡以及在客觀信息基礎(chǔ)上的能源實績分析都具有重要影響。