钢铁企业供配电系统的改造

钢铁企业供配电系统的改造

1在钢铁企业中的应用能源管理系统（ess）是一个集能源生产过程、能源规划、能源管理等于一体的能源管理体系。它借助于完善的数据采集网络获取生产过程的重要参数和相关能源数据,实时提供在线能源系统平衡信息和调整决策方案,实现生产工序用能的优化分配及供应,最终实现提高整体能源利用效率的目的。钢铁是我国实现节能减排目标的重要行业。钢铁企业通过EMS的建设,实现对能源系统集中监控,可大幅提高能源系统劳动生产率,对于企业的节能减排、降低吨钢能耗、减少煤气放散、提高环保质量具有十分重要的意义。国内外钢铁企业生产实践已经证明,EMS是一种先进有效的能源管控一体化系统。目前,我国正大力推动钢铁企业EMS的建设。根据工信部2009年7月发布的《关于印发钢铁企业能源管理中心建设实施方案的通知》,国家计划用3年时间,在年生产能力300万t钢以上的钢铁企业中推广建设能源管理系统,并对能源管理中心建设示范项目给予财政补助资金支持,预期可形成600万t标准煤的节能能力,预计总投资额可达50亿元。可见,EMS的建设具有很大的市场空间。2供配电系统的数据及保护单元EMS系统需要监控的主要包括4个子系统:供配电(也称电力系统)、动力、给排水和环保系统。其中,供配电系统的数据是能源管理的基础,供配电系统的改造是钢铁企业EMS系统建设中的重要内容,通常放在EMS系统建设的第一步实施。供配电系统的数据主要包括电流、电压、有功功率、无功功率、频率、功率因数、电度量、各种开关及刀闸的状态、各种告警和故障信号等,这些数据由现场保护测控单元采集和显示。从20世纪90年代中期以来,我国钢铁企业的新建供配电系统站点(变电站/所、配电站/所等)基本上都采用了智能保护单元,其中大多都配置了自动化监控系统,具备了接入EMS的条件。供配电系统站点接入EMS的基本要求就是现场保护测控单元是智能型的,具备通信功能。如果供配电系统没有配置智能保护单元,则供配电系统改造首先要将常规保护换成智能保护单元。下面的改造方案建立在供配电系统站点已经配置了智能保护单元这一前提之上。3通信接口的改造供配电系统改造涉及的改造内容主要包括通信设备的改造(硬件)和通信接口的改造(软件)。其中,通信设备的改造是指增加(或改造)与EMS进行通信的设备,包括增加(或改造)通信设备(如通信管理机、远动设备等)、增加网络交换机或光电转换器等网络设备。通信接口的改造是指增加或修改与EMS进行通信的软件接口,包括EMS所需四遥数据的接收与转发处理、设计和编程。供配电系统的改造目标是在不影响原供配电系统功能的基础上,按照EMS指定的通信规约与EMS进行通信,实现EMS对变电站的“四遥”功能。4配电系统的改造方案针对供配电系统站点的现场配置智能保护和自动化监控系统的具体情况,供配电系统的改造可以采用以下3种改造方案。4.1根据现有通信管理机进行软件改造通信管理机作为规约转换设备,本身就具备信息转发功能:它收集智能装置发来的四遥信息,经过处理后,按指定的通信规约向监控计算机转发四遥信息,以便监控系统实现四遥功能。因此,供配电系统改造采用通信管理机方式比较简单,软件改造及调试的工作量也不大。在下列情况下,供配电系统改造可以考虑采用通信管理机方式:(1)供配电系统仅配置智能保护单元,没有配置自动化监控系统。这种情况下,需要增加通信管理机,监控计算机可以不加。新增的通信管理机用来按照EMS指定的通信规约与EMS进行通信。这种方式最基本,也比较经济。其网络结构图如图1所示。(2)供配电系统已经配备了变电站自动化监控系统,且原有通信管理机的硬件配置和性能足以满足同时与监控计算机和EMS进行通信。这种情况下,需要对原通信管理机进行软件改造,增加与EMS的通信功能。网络结构如图2所示。采用通信管理机软件改造方式,需要考虑站控层通信管理机的数量。如果间隔层的智能设备较多,原有通信管理机有多台,且通信管理机之间相互独立(不是互作冗余)。这时,需要其中一台通信管理机将其它通信管理机中的四遥信息进行汇总,再按照EMS指定的通信规约与EMS进行通信。采用这种方式,通信管理机的软件改造工作量稍大,调试时间也较长。(3)供配电系统已经配备了变电站自动化监控系统,且原有通信管理机的硬件配置和性能无法满足与EMS的通信要求。这种情况下,可以考虑增加新的通信管理机。新增的通信管理机需要按照EMS指定的通信规约与EMS进行通信。采用此方式,对监控系统的影响最小,但增加了硬件成本,并且要求智能设备具有多余的通信接口与新增的通信管理机进行通信。网络结构如图3所示。4.2电力调度电路有不少电压等级较高的变电站,自动化监控系统都配置了远动设备,用来向电力调度部门上送站内数据,实现电力调度的“四遥”功能。采用远动设备与EMS进行通信所涉及的软件改造工作与通信管理机相似,主要区别在于,通信管理机另一个通信对象是监控计算机,而远动设备的另一个通信对象是电力调度。在下列情况下,供配电系统可以考虑采用远动设备改造方式:(1)自动化监控系统配置了远动设备,且原有远动设备的硬件配置和性能足以满足同时与电力调度和EMS进行通信。这种情况下,需要对原远动设备进行软件改造,增加与EMS的通信功能。这就要求远动设备除了使用原有的网络口与电力调度进行通信以外,还要具有多余的网络接口,以便接入EMS系统。另外,对远动设备进行软件改造要考虑到:与电力调度的通信信息点数量较少,对远动设备的硬件配置要求不是很高。而与EMS进行通信,要求的信息点数量往往很多,这就对远动设备的硬件配置提出了更高的要求,必要时提高远动设备的硬件配置。(2)如果原自动化监控系统没有配备远动设备,且为了减少对原通信管理机及监控系统的影响,也可以采用增加远动设备的改造方式。采用远动设备改造方式实现与EMS的通信,其网络结构示意图如图4所示。4.3监控主机方式对于配备了自动化监控系统的变电站而言,如果采用管理机方式或远动设备方式改造工作量较大,或不愿意增加通信设备,可以采用监控主机方式进行改造,前提是监控主机的应用程序自身已经具备数据转发功能。采用监控主机方式与EMS系统进行通信具有以下特点:(1)监控主机通常是工控机或商用品牌机,其硬件配置往往较高,很容易满足监控主机既要与间隔层的智能装置通信,又要与EMS通信而对机器性能的需要。(2)监控主机作为变电站的监控系统的后台,站内所有“四遥”信息均已采集到监控主机来进行处理、保存和显示,减少了软件改造额外的数据汇总工作。另外,很多厂家的监控系统应用程序自身就已经具备数据转发功能,只是通信规约可能与EMS所要求的不一致,这就使接入EMS所要进行的软件改造工作量大大减少。采用监控主机改造方式实现与EMS的通信,其网络结构示意图如图5所示。5通信管理机设备研磨法的改造供配电系统改造的3种改造方案各有特点,具体采用哪种改造方案,需要看现场的实际情况,即要综合考虑通信设备(通信管理机、远动设备或监控计算机)的改造工作量、投资情况、对系统的影响以及工期要求等。如果希望改造过