[科普中国]-工业企业电能平衡解决方案

根据《节约能源法》、《节约用电管理办法》等法律、法规的规定，以及加快建设资源节约型、环境友好型社会的要求，进一步加强企业用电需求侧管理，提高电能利用效率引起了各方的关注，国家质监总局和国家标准化管理委员会发布了GB/T8222-2008《用电设备电能平衡通则》，浙江、上海等地2009年已陆续开展企业电能平衡测试。

基本简介上海市经信委在2009、2010年连续两年发布了重点用电企业电能平衡工作的通知。电能平衡是研究与分析一定数量的电能进入用电体系后的分布与利用情况，即用电体系的各个环节有效利用了多少电能，损失了多少电能。目的是通过普查、统计、测试、计算等手段，揭示企业在整个生产过程中各个用电环节的电能使用情况，研究分析哪些是合理使用，哪些是不合理使用，哪些损失是必要的，哪些损失是不必要的。在此基础上找出使用中的问题，制定节电措施和整改规划。通过改造旧设备，加强科学管理，采用新产品、新工艺、新技术、新材料等手段降低产品用电单耗，使企业电能利用率提高到一个新的水平。现实意义有：摸清用电设备家底，全面了解设备运行状况以及损耗所在；掌握用电水平；找出企业设备和管理中的薄弱环节，制定节电规划；使用电管理人员和具体测试人员的技术素质得到提高，培养一批技术管理人员。

基本概念电能平衡是供电电量在用电系统内的输送、转换、利用进行考核、测量、分析和研究，并建立供给电量、有效电量和损失用电量之间平衡关系的全过程。

有功电能平衡测试的方法有两种：

正平衡法又称直接平衡法，即运用测试和计算方法直接求得用电体系的输入有功电量和有效利用电量，而体系损失的有功电量即为二者之差。

反平衡法又称间接平衡法，即运用测试和计算方法直接求得用电体系的输入有功电量和体系损失的各项有功电量，而体系有效利用电量即为二者之差。

电能平衡的原则是：电能平衡的理论基础是能量守恒定律，是电能“收入”与“支出”的平衡；电能平衡是能量平衡而不是功率平衡。所以电量应使用电能表测定，对于稳定负荷可利用输入功率与输出功率来求其电能利用率。企业电能平衡是在企业正常生产情况下进行的，它反映的不一定是企业用电设备的额定效率，而是实际运行状况时的使用效率。电能平衡可取用某一代表日、某正常生产月、某正常生产季度或某一年的用电量来进行平衡，一般企业电能平衡的时间取代表年。企业电能平衡的测算误差不得超过10%。

平衡方法通过对工业企业内部的主要电器设备，如变压器、电机（如泵、风机、空压机）、照明设备、电缆、电热设备、整流设备、空调制冷设备等电器及整个配电系统，采用智能电工仪器进行实时监测，采集设备与系统的电流、温度、功率、功率因素、有功电度、无功电度等用电信息，建立工业企业电能平衡信息管理系统。

系统管理根据工业企业现场情况，采用现场总线、光纤环网或无线通讯（Zigbee物联网）中的一种或多种结合，优化组网方式；实现配电智能监控，用电设备信息集抄和管理。减轻专职人员工作量，提高工效。

系统功能人机交互界面

系统具有友好的全中文人机交互界面。标准的变配电系统具有CAD一次单线图显示中、低压配电网络的接线情况；庞大的系统具有多画面切换及画面导航的功能；分散的配电系统具有空间地理平面的系统主画面。

系统主画面的一次接线图显示工程名称、开关柜编号、回路编号及回路名称等信息，其中回路的名称可由系统级管理员自定义更改；画面还可显示SOE事件实时记录窗口、系统功能快捷键、当前操作人员、系统当前时间及系统运行天数等信息；空间地理平面的主画面显示了该工程区域内各变电箱的地理位置等信息。

系统主画面可直观显示各回路的运行状态，并具有回路带电、非带电及故障着色的功能。主要电参量直接显示于人机交互界面并实时刷新，如变压器进线，重要出线的电压、电流、功率、频率等；一般出线的三相电流信息等；还可通过调用重要回路子画面查看该回路的详细电参量信息。

用户管理

系统提供了多级管理权措施，对不同级别的用户赋予不同权限，从而保证系统在运行过程中的安全性和可靠性。如对某重要回路的合/分闸操作，需操作员级用户输入操作口令外，还需工程师级用户输入确认口令后方可完成该操作。

系统一般保留最高管理权限—系统管理员，系统级管理员可完成该系统所设计的所有操作动作，还具有添加新用户，分配用户权限，删除用户等功能。

采集处理与控制

系统可实时和定时采集现场设备的各电参量及开关量状态（包括三相电压、电流、功率、功率因数、频率、电能、温度、开关位置、设备运行状态等），将采集到的数据或直接显示、或通过统计计算生成新的直观的数据信息再显示（总系统功率、负荷最大值、功率因数上下限等），并对重要信息量进行数据库存储。对现场设备的操作（如合/分闸控制、电容投切等）可进行本地手动操作和远程控制操作等，并具有权限保护，防误闭锁功能，可根据开关量和模拟量的组合实现闭锁。

趋势曲线分析

系统对采集的电参量进行分类识别并将必要参量存储至数据库，对所有参量存储可达两年，电能参量的存储可达三年以上，并可根据用户需求及硬件配置更改存储时间。

系统提供了实时曲线和历史趋势两种曲线分析界面，通过调用相关回路实时曲线界面分析该回路当前的运行负荷状况。如通过调用某配出回路的实时曲线可分析该回路的电气设备所引起的信号波动情况。系统的历史趋势即系统对所有已存数据均可查看其历史趋势，方便工程人员对监测的配电网络进行质量分析。

用电设备能效管理

系统可以记录变压器负载率和损耗；电缆损耗和线损率；电动机效率和机组能效比；电动机和泵效率；电动机和风机效率；电动机效率和空压机负载率；电动机效率；照明容量、数量和年耗电量；电热设备负载率和损耗；整流设备损耗和用电量等用电设备信息。

电能管理与报表打印

系统具有标准的电能报表格式并可根据用户需求设计符合其需要的报表格式，系统可自动统计。可自动生成各种类型的实时运行运行报表、历史报表、事件故障及告警记录报表、操作记录报表等，可以查询和打印系统记录的所有数据值，自动生成电能的日、月、季、年度报表，根据复费率的时段及费率的设定值生成电能的费率报表，查询打印的起点、间隔等参数可自行设置；系统设计还可根据用户需求量身定制满足不同要求的报表输出功能。

事件记录和故障报警

系统对所有用户操作、开关变位、参量越限及其它用户实际需求的事件均具有祥细的记录功能，包括事件发生的时间位置，当前值班人员事件是否确认等信息，对开关变位、参量越限等信息还具有声音报警功能，同时自动对运行设备发送控制指令或提示值班人员迅速排除故障。

平衡步骤1）普查

从电网进户点开始，按供电路径查清电气设备、用电设备的家底。如变压器、线路、电动机、风机、水泵、空压机、制冷机等主要用电设备的容量、型号、主要性能参数、分布、工况等情况逐台登记，建立台账，画出全厂用电的线路图。

2）基础测试

根据《上海市工业企业电能平衡信息管理系统》所要求填写的项目进行基础测试，基础测试主要依靠企业现场配备的电力和热工仪表进行。其中，运行数据中的平均电流要能代表该设备的正常生产时的平均值，需根据现场电力仪表（电流表）结合设备运行特点通过统计方法进行确定。

3）锁定重点

根据普查台账和初步测试结果填写《上海市工业企业电能平衡信息管理系统》软件，锁定节能潜力重点。

4）系统测试评估

对锁定重点的系统运用专业测试仪器设备进行现场测试，在测试的基础上结合系统日常运行记录数据和运行特点，对系统节能潜力进行量化分析，提出解决方案，并进行经济性比较。

5）整改

针对普查中和测算分析中发现的问题，制定整改规划。做到边查边改，边测边改，堵塞浪费漏洞，并落实节电措施。

测试内容1）基础测试

基础测试主要利用现场仪表和便携式仪表进行，测试范围原则上要包括变压器、配电线路、电动机、电热设备、整流设备和照灯具等所有供配电系统和用电系统，以运行的电数据为主。电力变压器要求全部测试，电缆要求采集16mm2以上的电缆数据。填写软件时小于5.5kw的电动机设备和小于8kw的电热和整流设备可批量填写软件。

2）系统诊断

诊断测试以电机系统为主，通过测试结合企业历史记录，深入分析系统的节能潜力，提高节能改造方案并进行投资回报分析。根据本次电能平衡的工作要求，每个企业至少完成2个电机系统的节能诊断评估，对于年耗电量大于50万kwh的泵、风机和空压机系统、年耗电量大于100万kwh的制冷空调系统和年耗电量大于30万kwh的其他电机系统作为重点，根据基础测试的结果和对节能潜力初步分析确定节能潜力最大的两个系统进行诊断评估。

相关应用1）高压回路及变压器的进、出线回路选ACR330ELH电力仪表1

该表主要功能：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。

2）电机平衡选ACR220EL电力仪表1或ARD3智能电动机保护器2

ACR220EL电力仪表主要功能：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、最大需量统计；4DI+2DO；RS485通讯接口、Modbus协议。

ARD3智能电动机保护器主要功能：测量三相电流、电压、功率、功率因数、电能、等电参数，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、多种启动模式、RS485通讯接口、Modbus协议。

3）普通电气回路选ACR220EL电力仪表1或导轨式电能表3

ACR220EL电力仪表主要功能：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、最大需量统计；2DI+2DO；RS485通讯接口、Modbus协议。

DTSD1352导轨式电能表主要功能：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、最大需量统计；电流规格1.5(6)A、5(20)A、10(40)A、20(80)A可选、RS485通讯接口、Modbus协议或DL/T 645规约可选。

DTSF1352导轨式电能表主要功能：电流规格1.5(6)A、5(20)A、10(40)A、20(80)A可选、复费率电能统计、电能脉冲输出、RS485通讯接口、Modbus协议或DL/T 645规约可选。

4）电器设备温度巡检选ARTM系列4

该表主要功能有1~16路温度巡检，热电阻信号输入，RS485通讯接口，Modbus协议，2路继电器输出。

5）非电量信号的采集ARTU-P32或ARTU-M325

ARTU-P32是传感器数字信号经采集后直接进入系统；

ARTU-M32是对应水、油、气等流量的脉冲信号经ARTU-P32采集后，通过RS485、Modbus协议进入系统，其它4~20mA、0~20mA信号经ARTU-M32采集后进入系统。

6）开启式低压电流互感器选AKH-0.66/K6

对一些重要需要计量的电气回路，若原先未装互感器，可选开启式互感器，安装方便、安全、效率高。

工作成果1）促进企业供用电设备的管理，帮助进一步摸清了家底。量化了各类型用电设备的耗电情况，如图所示。

2）提供节能技改项目的实施数据

以上海近2年工业企业电能平衡试点为例，共完成各类节能诊断项目21个（其中，泵系统5个，空压机系统6个，制冷机系统项目4个，照明系统1个，电加热项目4个，21个诊断项目的总节能潜力为1588万kwh/年，占总节能量的86.55%，诊断项目的节能潜力占企业总耗电量的6.27%。预计投入3581万元，年经济效益1076万元，平均投资回收期3.33年。

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本词条内容贡献者为:

张静 - 副教授 - 西南大学