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工業企業電能平衡測試實施方法
0 引言
根據《節約能源法》、《節約用電管理辦法》等法律、法規的規定，以及加快建設資源節約型、環境友好型社會的要求，進一步加強企業用電需求側管理，提高電能利用效率引起了各方的關注，國家質監總局和國家標準化管理委員會發布了GB/T8222-2008《用電設備電能平衡通則》，浙江、上海等地2009年已陸續開展企業電能平衡測試。上海市經信委在2009、2010年連續兩年發布了重點用電企業電能平衡工作的通知。電能平衡是研究與分析一定數量的電能進入用電體系后的分布與利用情況，即用電體系的各個環節有效利用了多少電能，損失了多少電能。目的是通過普查、統計、測試、計算等手段，揭示企業在整個生產過程中各個用電環節的電能使用情況，研究分析哪些是合理使用，哪些是不合理使用，哪些損失是必要的，哪些損失是不必要的。在此基礎上找出使用中的問題，制定節電措施和整改規劃。通過改造舊設備，加強科學管理，采用新產品、新工藝、新技術、新材料等手段降低產品用電單耗，使企業電能利用率提高到一個新的水平。現實意義有：摸清用電設備家底，全面了解設備運行狀況以及損耗所在；掌握用電水平；找出企業設備和管理中的薄弱環節，制定節電規劃；使用電管理人員和具體測試人員的技術素質得到提高，培養一批技術管理人員。
1 電能平衡的基本概念及原則
電能平衡是供電電量在用電系統內的輸送、轉換、利用進行考核、測量、分析和研究，并建立供給電量、有效電量和損失用電量之間平衡關系的全過程。
有功電能平衡測試的方法有兩種：
正平衡法又稱直接平衡法，即運用測試和計算方法直接求得用電體系的輸入有功電量和有效利用電量，而體系損失的有功電量即為二者之差。
反平衡法又稱間接平衡法，即運用測試和計算方法直接求得用電體系的輸入有功電量和體系損失的各項有功電量，而體系有效利用電量即為二者之差。
電能平衡的原則是：電能平衡的理論基礎是能量守恒定律，是電能“收入”與“支出”的平衡；電能平衡是能量平衡而不是功率平衡。所以電量應使用電能表測定，對于穩定負荷可利用輸入功率與輸出功率來求其電能利用率。企業電能平衡是在企業正常生產情況下進行的，它反映的不一定是企業用電設備的額定效率，而是實際運行狀況時的使用效率。電能平衡可取用某一代表日、某正常生產月、某正常生產季度或某一年的用電量來進行平衡，一般企業電能平衡的時間取代表年。企業電能平衡的測算誤差不得超過10%。
2 電能平衡方法
通過對工業企業內部的主要電器設備，如變壓器、電機（如泵、風機、空壓機）、照明設備、電纜、電熱設備、整流設備、空調制冷設備等電器及整個配電系統，采用智能電工儀器進行實時監測，采集設備與系統的電流、溫度、功率、功率因素、有功電度、無功電度等用電信息，建立工業企業電能平衡信息管理系統。系統拓撲結構如下：
系統管理根據工業企業現場情況，采用現場總線、光纖環網或無線通訊（Zigbee物聯網）中的一種或多種結合，優化組網方式；實現配電智能監控，用電設備信息集抄和管理。減輕專職人員工作量，提高工效。
3 管理系統功能
3.1人機交互界面
系統具有友好的全中文人機交互界面。標準的變配電系統具有CAD一次單線圖顯示中、低壓配電網絡的接線情況；龐大的系統具有多畫面切換及畫面導航的功能；分散的配電系統具有空間地理平面的系統主畫面。
系統主畫面的一次接線圖顯示工程名稱、開關柜編號、回路編號及回路名稱等信息，其中回路的名稱可由系統級管理員自定義更改；畫面還可顯示SOE事件實時記錄窗口、系統功能快捷鍵、當前操作人員、系統當前時間及系統運行天數等信息；空間地理平面的主畫面顯示了該工程區域內各變電箱的地理位置等信息。
系統主畫面可直觀顯示各回路的運行狀態，并具有回路帶電、非帶電及故障著色的功能。主要電參量直接顯示于人機交互界面并實時刷新，如變壓器進線，重要出線的電壓、電流、功率、頻率等；一般出線的三相電流信息等；還可通過調用重要回路子畫面查看該回路的詳細電參量信息。
3.2用戶管理
系統提供了多級管理權措施，對不同級別的用戶賦予不同權限，從而保證系統在運行過程中的安全性和可靠性。如對某重要回路的合/分閘操作，需操作員級用戶輸入操作口令外，還需工程師級用戶輸入確認口令后方可完成該操作。
系統一般保留最高管理權限—系統管理員，系統級管理員可完成該系統所設計的所有操作動作，還具有添加新用戶，分配用戶權限，刪除用戶等功能。
3.3采集處理與控制
系統可實時和定時采集現場設備的各電參量及開關量狀態（包括三相電壓、電流、功率、功率因數、頻率、電能、溫度、開關位置、設備運行狀態等），將采集到的數據或直接顯示、或通過統計計算生成新的直觀的數據信息再顯示（總系統功率、負荷最大值、功率因數上下限等），并對重要信息量進行數據庫存儲。對現場設備的操作（如合/分閘控制、電容投切等）可進行本地手動操作和遠程控制操作等，并具有權限保護，防誤閉鎖功能，可根據開關量和模擬量的組合實現閉鎖。
3.4趨勢曲線分析
系統對采集的電參量進行分類識別并將必要參量存儲至數據庫，對所有參量存儲可達兩年，電能參量的存儲可達三年以上，并可根據用戶需求及硬件配置更改存儲時間。
系統提供了實時曲線和歷史趨勢兩種曲線分析界面，通過調用相關回路實時曲線界面分析該回路當前的運行負荷狀況。如通過調用某配出回路的實時曲線可分析該回路的電氣設備所引起的信號波動情況。系統的歷史趨勢即系統對所有已存數據均可查看其歷史趨勢，方便工程人員對監測的配電網絡進行質量分析。
3.5用電設備能效管理
系統可以記錄變壓器負載率和損耗；電纜損耗和線損率；電動機效率和機組能效比；電動機和泵效率；電動機和風機效率；電動機效率和空壓機負載率；電動機效率；照明容量、數量和年耗電量；電熱設備負載率和損耗；整流設備損耗和用電量等用電設備信息。
3.6電能管理與報表打印
系統具有標準的電能報表格式并可根據用戶需求設計符合其需要的報表格式，系統可自動統計。可自動生成各種類型的實時運行運行報表、歷史報表、事件故障及告警記錄報表、操作記錄報表等，可以查詢和打印系統記錄的所有數據值，自動生成電能的日、月、季、年度報表，根據復費率的時段及費率的設定值生成電能的費率報表，查詢打印的起點、間隔等參數可自行設置；系統設計還可根據用戶需求量身定制滿足不同要求的報表輸出功能。
3.7事件記錄和故障報警
系統對所有用戶操作、開關變位、參量越限及其它用戶實際需求的事件均具有祥細的記錄功能，包括事件發生的時間位置，當前值班人員事件是否確認等信息，對開關變位、參量越限等信息還具有聲音報警功能，同時自動對運行設備發送控制指令或提示值班人員迅速排除故障。
4 電能平衡步驟
4.1普查
從電網進戶點開始，按供電路徑查清電氣設備、用電設備的家底。如變壓器、線路、電動機、風機、水泵、空壓機、制冷機等主要用電設備的容量、型號、主要性能參數、分布、工況等情況逐臺登記，建立臺賬，畫出全廠用電的線路圖。
4.2基礎測試
根據《上海市工業企業電能平衡信息管理系統》所要求填寫的項目進行基礎測試，基礎測試主要依靠企業現場配備的電力和熱工儀表進行。其中，運行數據中的平均電流要能代表該設備的正常生產時的平均值，需根據現場電力儀表（電流表）結合設備運行特點通過統計方法進行確定。
4.3鎖定重點
根據普查臺賬和初步測試結果填寫《上海市工業企業電能平衡信息管理系統》軟件，鎖定節能潛力重點。
4.4系統測試評估
對鎖定重點的系統運用專業測試儀器設備進行現場測試，在測試的基礎上結合系統日常運行記錄數據和運行特點，對系統節能潛力進行量化分析，提出解決方案，并進行經濟性比較。
4.5整改
針對普查中和測算分析中發現的問題，制定整改規劃。做到邊查邊改，邊測邊改，堵塞浪費漏洞，并落實節電措施。
5 測試內容和范圍
5.1基礎測試
基礎測試主要利用現場儀表和便攜式儀表進行，測試范圍原則上要包括變壓器、配電線路、電動機、電熱設備、整流設備和照燈具等所有供配電系統和用電系統，以運行的電數據為主。電力變壓器要求全部測試，電纜要求采集16mm2以上的電纜數據。填寫軟件時小于5.5kw的電動機設備和小于8kw的電熱和整流設備可批量填寫軟件。
5.2系統診斷
診斷測試以電機系統為主，通過測試結合企業歷史記錄，深入分析系統的節能潛力，提高節能改造方案并進行投資回報分析。根據本次電能平衡的工作要求，每個企業至少完成2個電機系統的節能診斷評估，對于年耗電量大于50萬kwh的泵、風機和空壓機系統、年耗電量大于100萬kwh的制冷空調系統和年耗電量大于30萬kwh的其他電機系統作為重點，根據基礎測試的結果和對節能潛力初步分析確定節能潛力最大的兩個系統進行診斷評估。
6 電力監控儀表在電能平衡中的應用
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型號 |
主要功能 |
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高壓回路及變壓器的進、出線回路 |
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ACR330ELH |
LCD顯示、全電參量測量（U、I、P、Q、PF、F、S）；四象限電能計量、復費率電能統計；THDu，THDi、2-31次各次諧波分量；電壓波峰系數、電話波形因子、電流K系數、電壓與電流不平衡度計算；電網電壓電流正、負、零序分量（含負序電流）測量；4DI+3DO（DO3做過壓、欠壓、過流、不平衡報警）；RS485通訊接口、Modbus協議或DL/T645規約 |
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電機平衡 |
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ACR220EL |
LCD顯示、全電參量測量（U、I、P、Q、PF、F）；四象限電能計量、復費率電能統計、最大需量統計；4DI+2DO；RS485通訊接口、Modbus協議 |
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ARD3 |
測量三相電流、電壓、功率、功率因數、電能、等電參數，定值查詢、定值整定、過載、斷相（不平衡）、堵轉、欠載、外部故障、阻塞、欠壓等保護功能、8DI+4DO、電能管理、漏電保護、SOE記錄、多種啟動模式、RS485通訊接口、Modbus協議。 |
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普通電氣回路 |
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ACR220EL |
LCD顯示、全電參量測量（U、I、P、Q、PF、F）；四象限電能計量、復費率電能統計、最大需量統計；2DI+2DO；RS485通訊接口、Modbus協議 |
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DTSD1352
(ADL3000) |
LCD顯示、全電參量測量（U、I、P、Q、PF、F、S）；四象限電能計量、復費率電能統計、最大需量統計；電流規格1.5(6)A、5(20)A、10(40)A、20(80)A可選、RS485通訊接口、Modbus協議或DL/T 645規約可選 |
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DTSF1352
(ADL300) |
電流規格1.5(6)A、
5(20)A、10(40)A、20(80)A可選、復費率電能統計、電能脈沖輸出、RS485通訊接口、Modbus協議或DL/T 645規約可選 |
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電器設備溫度巡檢 |
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ARTM |
主要功能有1~16路溫度巡檢，熱電阻信號輸入，RS485通訊接口，Modbus協議，2路繼電器輸出。 |
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非電量信號的采集 |
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ARTU-P32
ARTU-M32 |
一種是傳感器數字信號經采集后直接進入系統；
一種是對應水、油、氣等流量的脈沖信號經ARTU-P32采集后，通過RS485、Modbus協議進入系統，其它4~20mA、0~20mA信號經ARTU-M32采集后進入系統。 |
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開啟式低壓電流互感器 |
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AKH-0.66/K |
對一些重要需要計量的電氣回路，若原先未裝互感器，可選開啟式互感器，安裝方便、安全、效率高。 |
7 電能平衡工作成果
7.1促進企業供用電設備的管理，幫助進一步摸清了家底。量化了各類型用電設備的耗電情況，見下圖。
7.2提供節能技改項目的實施數據
以上海近2年工業企業電能平衡試點為例，共完成各類節能診斷項目21個（其中，泵系統5個，空壓機系統6個，制冷機系統項目4個，照明系統1個，電加熱項目4個，21個診斷項目的總節能潛力為1588萬kwh/年，占總節能量的86.55%，診斷項目的節能潛力占企業總耗電量的6.27%。預計投入3581萬元，年經濟效益1076萬元，平均投資回收期3.33年。
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項目 |
光明乳品八廠 |
愛知鍛造 |
石化PVA廠 |
上海鍋爐廠 |
東海輪胎 |
海立鑄造 |
上海電機廠 |
申美飲料 |
總計 |
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年總能耗(tce) |
11381 |
14135 |
87151 |
21631 |
15073 |
16202 |
26499 |
24558 |
216630 |
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年總電耗(萬kWh) |
1715 |
2585 |
4047 |
2860 |
1145 |
3933 |
3871 |
5187 |
25342 |
|
預見節電量(萬kWh) |
166 |
358 |
260 |
282 |
62 |
305 |
315 |
89 |
1836 |
|
預見節電量(tce) |
670 |
1445 |
1050 |
1141 |
249 |
1231 |
1271 |
359 |
7416 |
|
預見節能率(%) |
9.67 |
13.84 |
6.42 |
9.87 |
5.39 |
7.74 |
8.13 |
1.71 |
7.24 |
|
新增節能量(萬kWh) |
166 |
358 |
260 |
186 |
62 |
95 |
310 |
89 |
1524 |
|
新增節能量(tce) |
670 |
1445 |
1050 |
751 |
249 |
382 |
1250 |
359 |
6157 |
|
新增節能率(%) |
9.67 |
13.84 |
6.42 |
6.50 |
5.39 |
2.40 |
8.00 |
1.71 |
6.01 |
|
診斷項目節能潛力(萬kWh) |
143.17 |
356.23 |
222.62 |
262.15 |
54.00 |
274.96 |
211.11 |
64.00 |
1588 |
|
診斷項目年經濟效益(萬元) |
92.98 |
230.97 |
135.60 |
217.63 |
34.40 |
181.00 |
143.94 |
39.00 |
1076 |
|
診斷項目投資額(萬元) |
199.51 |
641.93 |
1051.20 |
529.28 |
61.82 |
592.00 |
446.50 |
58.50 |
3581 |
|
診斷項目平均回收期(年) |
2.15 |
2.78 |
7.752.43 |
1.80 |
3.27 |
3.10 |
1.50 |
3.33 |
|
|
診斷項目節能率(%) |
8.35 |
13.78 |
5.50 |
9.17 |
4.72 |
6.99 |
3.10 |
1.23 |
6.27 |
8 報價方案
單位：元（RMB）
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名稱 |
型號 |
單位 |
面價 |
備注 |
|
監控主機 |
IPC610H/PIV2.8G/1G/120G/166x DVD/KB+MS/D-Link530+外設 |
臺 |
8500 |
均可用戶自備，以當時市場價格為準，該報價僅供參考 |
|
顯示器 |
三星19寸液晶顯示器 |
臺 |
3000 |
|
三星22寸液晶顯示器 |
臺 |
3800 |
|
打印機 |
HP LaserJet 1020 A4 |
臺 |
2500 |
|
EPSON-LQ1600KIIIH A3 |
臺 |
4000 |
|
UPS電源 |
山特C1KS |
臺 |
5000 |
|
山特C2KS |
臺 |
6500 |
|
通訊線纜 |
五類線 |
米 |
4.6 |
|
屏蔽雙絞線RVVP 2×1.0 |
米 |
5.6 |
|
光纖（多模） |
米 |
6.6 |
|
通訊機柜 |
1200×600×600 |
面 |
3000 |
|
2200×600×600 |
面 |
5000 |
|
光電轉換 |
HTB-1000 |
只 |
750 |
遠距離傳輸 |
|
終端盒 |
只 |
60 |
|
尾纖 |
面 |
50 |
|
耦合器 |
面 |
50 |
|
熔接點 |
個 |
50 |
|
通訊轉換 |
擴展卡ACRNET-PCI/4 |
塊 |
3000 |
擴展卡 |
|
串口服務器ACRNET-PORT(2口) |
只 |
3000 |
串口服務器 |
|
串口服務器ACRNET-PORT(4口) |
只 |
5500 |
|
通訊前置機ACRNET-UC02(2口) |
只 |
4000 |
通訊前置機 |
|
通訊前置機ACRNET-UC04(4口) |
只 |
6000 |
|
通訊前置機ACRNET-UC08(8口) |
只 |
11500 |
|
通訊管理機ACRHMI |
臺 |
30000 |
人機界面 |
|
組網設備 |
網絡交換機EDS-208 |
臺 |
3000 |
局域組網 |
|
網絡交換機EDS-408 |
臺 |
8500 |
|
監控軟件 |
Acrel監控組態軟件V6.0 |
系統組態軟件
圖形組態軟件
電能管理軟件
數據庫軟件 |
套 |
3萬 |
設備數量1～10 |
|
4萬 |
設備數量11～20 |
|
6萬 |
設備數量21～40 |
|
8萬 |
設備數量41～80 |
|
10萬元以上 |
設備數量80以上 |
|
雙機版 |
|
套 |
|
單機價格×1.5 |
|
數據轉發 |
每+1用戶 |
套 |
3000 |
|
|
Web發布 |
每+1用戶（總用戶數≤5） |
套 |
5000 |
|
|
電力儀表 |
ACR330ELH |
臺 |
4860 |
|
|
ACR220EL |
臺 |
3880 |
|
|
保護器 |
ARD3 |
臺 |
|
根據不同額定電流 |
|
導軌式
電能表 |
DTSD1352 |
臺 |
2050 |
|
|
DDSF1352 |
臺 |
600 |
|
|
溫度巡檢儀 |
ARTM-8 |
臺 |
1620 |
根據不同控制路數 |
|
四遙單元 |
ARTU-P32 |
臺 |
3200 |
|
|
ARTU-M32 |
臺 |
3800 |
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互感器 |
AKH-0.66/K |
臺 |
|
根據不同規格 |
注：電力儀表和導軌式安裝電表可按上述報價的70%優惠供應。
9 結束語
在信息化快速發展的今天，采用現場總線、光纖環網或無線通訊（Zigbee物聯網）中的一種或多種結合，優化組網方式，實現配電智能監控，用電設備的信息集抄和管理。做好電能平衡工作，它可以做到小到一條線路、一個變電所的主變及各個電壓等級的電能平衡，大到整個企業的電能平衡。它不僅減少了大量的人力和物力，還能及時發現問題，為計算電能平衡的準確性和及時性提供保證。
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