鋼鐵企業(yè)供配電系統(tǒng)的改造

鋼鐵企業(yè)供配電系統(tǒng)的改造

1在鋼鐵企業(yè)中的應(yīng)用能源管理系統(tǒng)（ess）是一個(gè)集能源生產(chǎn)過(guò)程、能源規(guī)劃、能源管理等于一體的能源管理體系。它借助于完善的數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)獲取生產(chǎn)過(guò)程的重要參數(shù)和相關(guān)能源數(shù)據(jù),實(shí)時(shí)提供在線能源系統(tǒng)平衡信息和調(diào)整決策方案,實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)工序用能的優(yōu)化分配及供應(yīng),最終實(shí)現(xiàn)提高整體能源利用效率的目的。鋼鐵是我國(guó)實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排目標(biāo)的重要行業(yè)。鋼鐵企業(yè)通過(guò)EMS的建設(shè),實(shí)現(xiàn)對(duì)能源系統(tǒng)集中監(jiān)控,可大幅提高能源系統(tǒng)勞動(dòng)生產(chǎn)率,對(duì)于企業(yè)的節(jié)能減排、降低噸鋼能耗、減少煤氣放散、提高環(huán)保質(zhì)量具有十分重要的意義。國(guó)內(nèi)外鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐已經(jīng)證明,EMS是一種先進(jìn)有效的能源管控一體化系統(tǒng)。目前,我國(guó)正大力推動(dòng)鋼鐵企業(yè)EMS的建設(shè)。根據(jù)工信部2009年7月發(fā)布的《關(guān)于印發(fā)鋼鐵企業(yè)能源管理中心建設(shè)實(shí)施方案的通知》,國(guó)家計(jì)劃用3年時(shí)間,在年生產(chǎn)能力300萬(wàn)t鋼以上的鋼鐵企業(yè)中推廣建設(shè)能源管理系統(tǒng),并對(duì)能源管理中心建設(shè)示范項(xiàng)目給予財(cái)政補(bǔ)助資金支持,預(yù)期可形成600萬(wàn)t標(biāo)準(zhǔn)煤的節(jié)能能力,預(yù)計(jì)總投資額可達(dá)50億元?？梢?jiàn),EMS的建設(shè)具有很大的市場(chǎng)空間。2供配電系統(tǒng)的數(shù)據(jù)及保護(hù)單元EMS系統(tǒng)需要監(jiān)控的主要包括4個(gè)子系統(tǒng):供配電(也稱電力系統(tǒng))、動(dòng)力、給排水和環(huán)保系統(tǒng)。其中,供配電系統(tǒng)的數(shù)據(jù)是能源管理的基礎(chǔ),供配電系統(tǒng)的改造是鋼鐵企業(yè)EMS系統(tǒng)建設(shè)中的重要內(nèi)容,通常放在EMS系統(tǒng)建設(shè)的第一步實(shí)施。供配電系統(tǒng)的數(shù)據(jù)主要包括電流、電壓、有功功率、無(wú)功功率、頻率、功率因數(shù)、電度量、各種開(kāi)關(guān)及刀閘的狀態(tài)、各種告警和故障信號(hào)等,這些數(shù)據(jù)由現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)測(cè)控單元采集和顯示。從20世紀(jì)90年代中期以來(lái),我國(guó)鋼鐵企業(yè)的新建供配電系統(tǒng)站點(diǎn)(變電站/所、配電站/所等)基本上都采用了智能保護(hù)單元,其中大多都配置了自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng),具備了接入EMS的條件。供配電系統(tǒng)站點(diǎn)接入EMS的基本要求就是現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)測(cè)控單元是智能型的,具備通信功能。如果供配電系統(tǒng)沒(méi)有配置智能保護(hù)單元,則供配電系統(tǒng)改造首先要將常規(guī)保護(hù)換成智能保護(hù)單元。下面的改造方案建立在供配電系統(tǒng)站點(diǎn)已經(jīng)配置了智能保護(hù)單元這一前提之上。3通信接口的改造供配電系統(tǒng)改造涉及的改造內(nèi)容主要包括通信設(shè)備的改造(硬件)和通信接口的改造(軟件)。其中,通信設(shè)備的改造是指增加(或改造)與EMS進(jìn)行通信的設(shè)備,包括增加(或改造)通信設(shè)備(如通信管理機(jī)、遠(yuǎn)動(dòng)設(shè)備等)、增加網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)或光電轉(zhuǎn)換器等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。通信接口的改造是指增加或修改與EMS進(jìn)行通信的軟件接口,包括EMS所需四遙數(shù)據(jù)的接收與轉(zhuǎn)發(fā)處理、設(shè)計(jì)和編程。供配電系統(tǒng)的改造目標(biāo)是在不影響原供配電系統(tǒng)功能的基礎(chǔ)上,按照EMS指定的通信規(guī)約與EMS進(jìn)行通信,實(shí)現(xiàn)EMS對(duì)變電站的“四遙”功能。4配電系統(tǒng)的改造方案針對(duì)供配電系統(tǒng)站點(diǎn)的現(xiàn)場(chǎng)配置智能保護(hù)和自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)的具體情況,供配電系統(tǒng)的改造可以采用以下3種改造方案。4.1根據(jù)現(xiàn)有通信管理機(jī)進(jìn)行軟件改造通信管理機(jī)作為規(guī)約轉(zhuǎn)換設(shè)備,本身就具備信息轉(zhuǎn)發(fā)功能:它收集智能裝置發(fā)來(lái)的四遙信息,經(jīng)過(guò)處理后,按指定的通信規(guī)約向監(jiān)控計(jì)算機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)四遙信息,以便監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)四遙功能。因此,供配電系統(tǒng)改造采用通信管理機(jī)方式比較簡(jiǎn)單,軟件改造及調(diào)試的工作量也不大。在下列情況下,供配電系統(tǒng)改造可以考慮采用通信管理機(jī)方式:(1)供配電系統(tǒng)僅配置智能保護(hù)單元,沒(méi)有配置自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)。這種情況下,需要增加通信管理機(jī),監(jiān)控計(jì)算機(jī)可以不加。新增的通信管理機(jī)用來(lái)按照EMS指定的通信規(guī)約與EMS進(jìn)行通信。這種方式最基本,也比較經(jīng)濟(jì)。其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。(2)供配電系統(tǒng)已經(jīng)配備了變電站自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng),且原有通信管理機(jī)的硬件配置和性能足以滿足同時(shí)與監(jiān)控計(jì)算機(jī)和EMS進(jìn)行通信。這種情況下,需要對(duì)原通信管理機(jī)進(jìn)行軟件改造,增加與EMS的通信功能。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖2所示。采用通信管理機(jī)軟件改造方式,需要考慮站控層通信管理機(jī)的數(shù)量。如果間隔層的智能設(shè)備較多,原有通信管理機(jī)有多臺(tái),且通信管理機(jī)之間相互獨(dú)立(不是互作冗余)。這時(shí),需要其中一臺(tái)通信管理機(jī)將其它通信管理機(jī)中的四遙信息進(jìn)行匯總,再按照EMS指定的通信規(guī)約與EMS進(jìn)行通信。采用這種方式,通信管理機(jī)的軟件改造工作量稍大,調(diào)試時(shí)間也較長(zhǎng)。(3)供配電系統(tǒng)已經(jīng)配備了變電站自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng),且原有通信管理機(jī)的硬件配置和性能無(wú)法滿足與EMS的通信要求。這種情況下,可以考慮增加新的通信管理機(jī)。新增的通信管理機(jī)需要按照EMS指定的通信規(guī)約與EMS進(jìn)行通信。采用此方式,對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)的影響最小,但增加了硬件成本,并且要求智能設(shè)備具有多余的通信接口與新增的通信管理機(jī)進(jìn)行通信。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖3所示。4.2電力調(diào)度電路有不少電壓等級(jí)較高的變電站,自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)都配置了遠(yuǎn)動(dòng)設(shè)備,用來(lái)向電力調(diào)度部門(mén)上送站內(nèi)數(shù)據(jù),實(shí)現(xiàn)電力調(diào)度的“四遙”功能。采用遠(yuǎn)動(dòng)設(shè)備與EMS進(jìn)行通信所涉及的軟件改造工作與通信管理機(jī)相似,主要區(qū)別在于,通信管理機(jī)另一個(gè)通信對(duì)象是監(jiān)控計(jì)算機(jī),而遠(yuǎn)動(dòng)設(shè)備的另一個(gè)通信對(duì)象是電力調(diào)度。在下列情況下,供配電系統(tǒng)可以考慮采用遠(yuǎn)動(dòng)設(shè)備改造方式:(1)自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)配置了遠(yuǎn)動(dòng)設(shè)備,且原有遠(yuǎn)動(dòng)設(shè)備的硬件配置和性能足以滿足同時(shí)與電力調(diào)度和EMS進(jìn)行通信。這種情況下,需要對(duì)原遠(yuǎn)動(dòng)設(shè)備進(jìn)行軟件改造,增加與EMS的通信功能。這就要求遠(yuǎn)動(dòng)設(shè)備除了使用原有的網(wǎng)絡(luò)口與電力調(diào)度進(jìn)行通信以外,還要具有多余的網(wǎng)絡(luò)接口,以便接入EMS系統(tǒng)。另外,對(duì)遠(yuǎn)動(dòng)設(shè)備進(jìn)行軟件改造要考慮到:與電力調(diào)度的通信信息點(diǎn)數(shù)量較少,對(duì)遠(yuǎn)動(dòng)設(shè)備的硬件配置要求不是很高。而與EMS進(jìn)行通信,要求的信息點(diǎn)數(shù)量往往很多,這就對(duì)遠(yuǎn)動(dòng)設(shè)備的硬件配置提出了更高的要求,必要時(shí)提高遠(yuǎn)動(dòng)設(shè)備的硬件配置。(2)如果原自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)沒(méi)有配備遠(yuǎn)動(dòng)設(shè)備,且為了減少對(duì)原通信管理機(jī)及監(jiān)控系統(tǒng)的影響,也可以采用增加遠(yuǎn)動(dòng)設(shè)備的改造方式。采用遠(yuǎn)動(dòng)設(shè)備改造方式實(shí)現(xiàn)與EMS的通信,其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖如圖4所示。4.3監(jiān)控主機(jī)方式對(duì)于配備了自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)的變電站而言,如果采用管理機(jī)方式或遠(yuǎn)動(dòng)設(shè)備方式改造工作量較大,或不愿意增加通信設(shè)備,可以采用監(jiān)控主機(jī)方式進(jìn)行改造,前提是監(jiān)控主機(jī)的應(yīng)用程序自身已經(jīng)具備數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)功能。采用監(jiān)控主機(jī)方式與EMS系統(tǒng)進(jìn)行通信具有以下特點(diǎn):(1)監(jiān)控主機(jī)通常是工控機(jī)或商用品牌機(jī),其硬件配置往往較高,很容易滿足監(jiān)控主機(jī)既要與間隔層的智能裝置通信,又要與EMS通信而對(duì)機(jī)器性能的需要。(2)監(jiān)控主機(jī)作為變電站的監(jiān)控系統(tǒng)的后臺(tái),站內(nèi)所有“四遙”信息均已采集到監(jiān)控主機(jī)來(lái)進(jìn)行處理、保存和顯示,減少了軟件改造額外的數(shù)據(jù)匯總工作。另外,很多廠家的監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用程序自身就已經(jīng)具備數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)功能,只是通信規(guī)約可能與EMS所要求的不一致,這就使接入EMS所要進(jìn)行的軟件改造工作量大大減少。采用監(jiān)控主機(jī)改造方式實(shí)現(xiàn)與EMS的通信,其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖如圖5所示。5通信管理機(jī)設(shè)備研磨法的改造供配電系統(tǒng)改造的3種改造方案各有特點(diǎn),具體采用哪種改造方案,需要看現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況,即要綜合考慮通信設(shè)備(通信管理機(jī)、遠(yuǎn)動(dòng)設(shè)備或監(jiān)控計(jì)算機(jī))的改造工作量、投資情況、對(duì)系統(tǒng)的影響以及工期要求等。如果希望改造過(guò)