1、某钢厂能源管控项目结题报告南钢中板厂能源管控项目结题报告 福州三能节能技术有限责任公司2013年4月前 言“节约资源和环境保护”已成为我国的基本国策，“十二五”规划明确提出单位能耗下降16%的目标。当前节能减排形势严峻、任道重远。要节能，首先要只能；要减排，首先要查排；单项节能不是目的，系统节能才是根本。 南钢中板厂在本项目前能源管理的现状：1 由80万吨/年发展到200万吨/年，扩建过程中的不断增加和改造，导致整个能源系统不清晰；2 能源中心对中板厂的能耗考核的总量每年按百分比下降的方式，并无严格的科学依据和数据支撑；3 中板厂内部对各工段、各班组无法进行能耗分解和考核；4 电气点检人员花费
2、大量时间每日进行人工统计台账和日志，疲于奔命；5 与服务商签订合同能源管理模式时难以考核节能量，存在分歧和争议。 三能节能科技作为专业致力于科技成果转化和应用的高新技术企业，立足国家节能减排的具体要求和企业降耗提效的客观需求，整合多方先进技术和人才资源，精心开发出适合钢铁企业的“DX钢铁企业能源智能管控系统”，为高能耗企业量身打造集能耗采集终端化、用能过程信息化、能源管理智能化“三位一体”的能源管控和优化诊断综合解决方案，通过“知能所用、析能所耗、用能所长”三个紧密相关的环节节约能源、提升效益。一、项目的必要性1. 客观上是大势所趋，政策要求；2. 主观上是必由之路，企业所需；3. 管理上是技
3、术可行，实用高效。二、项目基本方法1. 终端数据采集项目对中板厂所有高压点与部分低压点安装计量模块，共计114个监测点，监测点统计表如下表所示。 终端监测点统计表序号监测点序号监测点序号监测点序号监测点12#轧前变302#电气室592#加热炉变进线柜88小机修22#轧前照明变311#辅传动变603#加热炉变进线柜89粗轧磨辊间吊车供电电源3水处理1#电源32高压水电源611#加热炉变进线柜90D-E原件跨吊车供电42#加热炉变33矫直机变62精整1#线变进线柜91水处理泵房低压供水泵P5-353#加热炉变34净环2#水处理变631#新精整变进线柜92水处理泵房低压供水泵P5-46精轧上辊变35
4、圆盘剪变642#新精整变进线柜93水处理泵房浊环上塔泵P3-37精轧下辊变36预矫直机变65新精整吊车变进线柜94漩流沉淀池冲渣泵P1-38精轧励磁变37精轧动力变664#加热炉变进线柜95漩流沉淀池冲渣泵P1-29精轧同步变38浊环水处理动力变1#67超快冷变压器进线柜96水处理泵房浊环上塔泵P3-210精整1#线变39漩流池提升泵1#683#动力变进线柜97水处理泵房浊环上塔泵P3-1111#新精整变40漩流池提升泵3#692#动力变进线柜98旋流池冲渣泵P1-112新精整吊车变41中压供水泵1#701#动力变进线柜99水处理泵房浊环上塔泵P3-4132#新精整变42中压供水泵3#71制冷
5、站电源100水处理泵房低压水泵P5-114技校变压器43浊环水处理动力变2#72净环1#水处理进线柜101水处理泵房低压水泵P5-215超快冷进线电源44漩流池提升泵2#73净环2#水处理进线柜102层流冷却供水泵1#泵161#加热炉变45漩流池提升泵4#742#电气室进线柜103层流冷却供水泵2#泵171#轧前照明变46中压供水泵2#75圆盘剪进线柜104层流冷却供水泵3#泵18轧前吊车变47中压供水泵4#761#辅传动变进线柜105层流冷却供水泵4#泵191#轧前动力变48高压除鳞泵1#77预矫直机变进线柜106净环3#泵203#动力变49高压除鳞泵2#78矫直机变进线柜107净环7#泵2
6、12#动力变50层流冷却1#泵79精轧动力变108净环1#泵22水处理2#电源 51层流冷却2#泵802#炉2#助燃风机1095#净环泵231#动力变52层流冷却3#泵812#炉1#助燃风机110净环水冷却泵2#泵(110KW)24粗轧整流变53浊环1#变进线柜822#炉引风机111净环水6#泵25粗轧同步变54浊环2#变进线柜833#炉2#助燃风机112净环4#泵26粗轧励磁变552#轧前变进线柜843#炉1#助燃风机113小机修27粗轧下辊变562#轧前照明变进线柜853#炉引风机114粗轧磨辊吊车供电电源28粗轧上辊变571#轧前照明变进线柜86软水站进线电源29净环1#水处理变58轧前
7、吊车变进线柜87新出炉电气室低压柜各监测点按下图系统结构，构建能源管控系统。采集器以配电室为单位，集中器以台区为单位，台区按照工艺与变压器划分。2. 用能实时监测对每个监测点的用能质量实时监测，监测参数如下表所示。 监测参数表序号监测参数序号监测参数1电压4功率因数2电流5谐波含量3功率6电度3、 用能科学管理主要包括：智能抄表、产能能耗分析、能耗考核、用能质量实时监测 、设备电气运行状况的实时监测、用能同步管理六个方面。4、 用能诊断及分析通过对海量采集数据分析，查找系统与设备在能源利用过程中存在的问题。5、扩展到用能控制三、项目解决的问题3.1能源智能管理1、智能抄表 抄表管理界面如上图所
8、示，操作人员只需选择所需时间段，就可瞬时统计出各电气室、各班组对应时间段能耗数据，直接以报表形式打印，采用一键点击方式替代了以前人工巡查抄表，统计台账、报表，层层上报带来的繁琐工作，同时避免了人工抄表带来的人为误差。2、产能能耗分析（1）单位产品能耗分析结合产能数据，可实现单位产品能耗统计分析。下表以中板厂10KV高压室提供的产能数据结合系统采集的能耗数据作举例实现一周内日单位产品能耗分析。 单位产品能耗分析日期产能（吨）能耗(KWh)单位产品能耗(KWh/吨)2013.03.21605632992054.4782013.03.22511329792058.2672013.03.2351892
9、9904057.6302013.03.24517728240055.1902013.03.25533432608061.1322013.03.26519429568056.9302013.03.26316723224073.331 随着系统继续运行，数据量的累计增加，可实现月、年单位产品能耗分析。(2) 各型号产品单位耗能分析结合各型号产品的生产时间与产能数据，可统计分析出各个型号产品的日、月、年单位产品能耗数据。(3) 工序能耗分析结合产品的生产时间与产能数据，可统计分析出各个型号产品各工序段日、月、年能耗数据与各工序段日、月、年单位产品能耗数据。 (4) 能耗对标 通过产能能耗数据分析，可
10、实现钢铁行业国家标准单位产品能耗、国内外先进单位产品能耗数对标，结合工序产能能耗分析，查找各工序段能耗差距。3、能耗考核通过班组工作时间段选择，可实现各班组产能能耗数据考核，下表以中板厂10KV高压室提供的各班组产能数据结合系统采集的能耗数据作举例实现一周内各班组产能能耗数据对比。 同一工作日各班次能耗对比日期班次能耗（KWh）产量(吨)单位产能能耗2013.03.26甲102400183055.9562013.03.26乙99040186853.0192013.03.26丙94240149660.995班次排名班次单位能耗差异率1乙0%2甲5.54%3丙15.04% 一周内同一班次能耗对比日
11、期班次能耗（KWh）产量(吨)单位产能能耗2013.03.21甲110960210152.8132013.03.22甲105200212649.4832013.03.23甲102960183456.1402013.03.24甲113360237847.6702013.03.25甲116480170068.5182013.03.26甲102400183055.9562013.03.27甲127600183169.689日期单位产能差异率2013.03.240%2013.03.223.80%2013.03.2110.79%2013.03.2617.38%2013.03.2317.77%2013.0
12、3.2543.73%2013.03.2746.19%4、用能质量实时监测 通过对高低压变压器、高低压用电设备的电气参数实时监测，可反映出各区域、各设备能源利用情况。下图为电气参数实时监控列表。电气参数实时监测列表5、设备电气运行状况的实时监测通过对高低压变压器、高低压用电设备的电气参数实时监测，可反映出电气设备的运作状况。对缺相、过压、过流等异常情况实时报警；对设备故障可通过后台软件查询故障前后电气参数变化情况，起到故障录波器作用。6、用能同步管理 通过权限分配，不同部门可查询到部门权限内的能耗数据，各部门能耗数据同步一致。在外网连接的情况下，可实现用能的同步、远程、异地管理。3.2用能诊断
13、1、能源分布混乱 通过产能的不停扩容、设备的不断增加、零星的改造，导致中板厂在本项目前能源分布比较混乱，无能源分布图、电气设备单线图。在平时的检修过程中，因为没有电气设备单线图，点检人员全凭平时经验，甚至出现设备接错线的情况，例如：2#精整线，软件上显示2台风机的功率不正常，经现场排查发现设备接错，功功率设备接到了小功率设备上。通过本项目的实施，填补了中板厂无能源分布图、电气设备单线图的空白。 2、能源管理不科学 本项目前中板厂认识到了能源管理的重要性，但是对如何科学的实现能源管理处于模糊状态，能源管理工作仅仅停留在人工抄表层面上，对终端能源基本空白。通过本项目的实施，填补了终端能源数据的空白
14、，通过对能源数据的深度挖掘分析，实现了科学的能源管理。3、功率因数低 监测点平均功率因数曲线 从上图可以看出，多数设备功率因数偏低。下表对功率因数偏低的监测点进行了统计。 功率因数偏低监测点统计表序号监测点平均功率因数序号监测点平均功率因数12#轧前变0.465231#净环水处理0.89122#轧前照明变0.723242#电气室0.4733水处理1#电源0.864251#辅传动变0.32343#加热炉变0.51926高压水电源0.83651#整流变上主传动0.35827矫直机变0.6162#整流变下主传动0.362282#净环水处理0.8877精轧励磁变0.31329圆盘剪0.8298精整1#
15、线变0.64230预矫直机变0.62691#新精整变0.31431精轧动力变0.58710新精整吊车变0.71632漩流池提升泵1#0.821112#新精整变0.52333水处理动力变2#0.75412超快冷进线电源0.8734高压除鳞泵1#0.533121#加热炉变0.85335D-E原件跨吊车供电0.4214轧前吊车变0.87836水处理泵房低压水泵P3-40.827153#动力变0.71537水处理泵房低压水泵P5-10.883162#动力变0.614383#动力变进线柜0.82217水处理2#电源0.788392#动力变进线柜0.628181#动力变0.453401#动力变进线柜0.4
16、4817粗轧整流变0.58841制冷站电源0.74520粗轧励磁变0.32642层流冷却供水泵1#泵0.76821粗轧2#整流变下主传动0.43543层流冷却供水泵2#泵0.46922粗轧1#整流变上主传动0.45144新出炉电气室低压柜0.755 功率因数的衡量电气设备能源利用率的重要指标。功率因数低能源利用率低，能源损耗大。功率因数低多是由于大量感性负载的不科学使用导致。功率因数偏低的危害： 电气设备不能被充分利用。变压器等设备输出能力均按照视在功率计算，在功率因数偏低的情况下，设备输出无功功率高、有功功率低，在承载同样负载的情况下，功率因数低，必须增加变压器等设备输出容量。 电能损耗增大
17、和供电质量降低。功率因数降低，线路电流增大时，势必造成线路中电压降增大，降低电能质量，同时增加线损。 高能耗企业功率因数偏低，对供电网络有总要影响，因此功率因数低于国家规定值时，企业除有功电费外，还将加收一部分罚款电费。 功率因数偏低的主要原因： 供电线路混乱，导致线路电感量增加，传输线路功率因数降低。 在功率因数偏低没治理的情况下，盲目增加变压器等设备容量，导致变压器等设备长期处于轻载情况，形成“大马拉小车”与功率因数低的“死循环”。 电机设备长期轻载、空转导致功率因数低。电机设备转动需要无功建立交变励磁，在轻载或空转情况下，有功做工少，无功功率所占比例升高。功率因数补偿措施： 功率因数补偿
18、原理主要是采用移相电容减小感性负载带来的相角变化，补偿的方法主要由人工补偿和动态自动补偿两种方式，补偿的方式主要有高压集中补偿、低压个别补偿、低压成组补偿。各种补偿方式方式各有优缺点，需更具实际事情合理选择。 人工补偿采用固定容量的移相电容，主要应用于系统运行过程中负载变化缓慢，系统变化稳定的场合。动态自动补偿可根据负载变化自动调节补偿电容容量，主要应用于负载极具变化或重复冲击的场合。在同样补偿容量情况下，动态自动补偿的成本远高于人工补偿。 高压集中补偿：高压集中补偿是将高压移相电容器集中安装在高压母线上，这种补偿方式智能补偿母线前（电源方向）所有线路上的无功功率，而此母线后的线路没有得到无功
19、补偿。 低压个别补偿：将移相电容器分散地安装在各车间或用电设备附近。这种补偿方式能补偿安装部位前的所有高低压线路和高压配电线以及前面电力系统的无功功率，其补偿范围较大。这种补偿能使变压器的是在视在功率减小，从而变压器容量可选的小些，比较经济，而且它安装在低压配电室内，运行维护方便。对于厂内存在的谐波源，车间变压器也起到了隔离和衰减谐波的作用，有利于低压移相电容器的安全稳定运行。 低压个别补偿虽然效果好，但是在每个设备旁均安装移相电容器，成本较高。 低压成组补偿：原理与低压个别补偿一致，不同在于将多个车间或用电设备分组，按组补偿。补偿效果稍逊于低压个别补偿，但是减少了移相电容的数据，降低了成本。
20、 根据中板厂的实际情况，建议对电机、风机、精扎、粗扎等负载变化剧烈的设备采用动态自动补偿，对加热等负载变化缓慢的设备采用人工补偿。对大容量负载、分布零散的负载采用低压个别补偿，对小容量负载、分布比较集中的负载采用低压分组补偿。4、 谐波含量高 监测点平均谐波含量曲线 从上图中可以看出部分监测点谐波含量明显偏高，经过数据统计分析，各监测点电压谐波含量基本正常，部分监测点电流谐波含量偏高（大于10），下表对电流谐波含量偏高的监测点进行了统计。 电力谐波含量大于10的监测点统计表 序号监测点A相电流谐波含量B相电流谐波含量C相电流谐波含量11#净环水处理40.21443.38047.90921#水处
21、理动力变10.14710.22111.9383浊环1#变进线柜11.69311.70512.16643#动力变进线柜30.35432.41435.6645制冷站电源27.83229.01939.0416轧前吊车变进线柜41.42638.30943.66271#轧前动力变进线柜79.19769.17257.25182#加热炉变进线柜48.30848.01347.0749净环1#水处理进线柜52.48647.67242.154谐波含量偏高的危害： 谐波使电网中的元件产生了附加的谐波损耗，降低了电能转换、输电以及用电设备的效率，大量的3次谐波流过中线时会导致线路过热甚至发生火灾。 谐波影响各种电气设
22、备的正常工作。谐波对电机的影响除引起附加损耗外，还会产生机械振动、噪声和过电压，使变压器局部严重过热。谐波使电容器、电缆等设备过热、绝缘老化、寿命缩短以至损坏。 谐波会引起电网中局部并联谐振和串联谐振，从而使谐波放大。 谐波会导致继电器保护和自动装置的误操作，并会使电气测量仪表计量不准确。 谐波会对邻近的通信系统产生干扰。谐波含量偏高的主要原因： 非线性负载：谐波产生的根本原因是由于非线性负载所致，当电流流经负载时，与所加电压不呈线性关系，就形成了非正弦电流，从而产生谐波。在大量使用感性负载（如：电机、非绿色变频器）的钢铁企业尤为显著。 系统的影响：其一，系统中交流电机内部的定子和转子间的气隙
23、，由于受到铁芯齿、槽或工艺的影响，分布不均匀，虽然各相电势的波形对称，但三相电势中含有一定数量的奇次谐波。其二，系统中大量变压器的励磁电流还有奇次谐波成分，当变压器空载或过励磁时则更为严重，并由此构成了主要的稳定谐波源；其三，当大功率电机投切时，和合闸涌流主要电网也会形成突发性的谐波源。谐波抑制的措施： 目前，国内普遍采用提高变压器质量、增大电缆截面积、特别加大中性线电缆截面（等于线、相电缆截面的两倍）以及选用整定值较大的断路器、熔断器等保护元件等办法，不但不能从根本上消除谐波，反而降低了保护特性与功能，加大了投资浪费，增加供电系统的隐患。为减少供电系统的谐波问题，项目建议从下几方面解决谐波含
24、量偏高的问题：（1）、贯彻执行有关谐波的国家标准，加强谐波管理 GB17625低压电气及电子设备发出的谐波电流限值( 设备每相输入电流 16A) 规定了准备接入配电系统中的电气、电子设备(每相输入电流16A)可能产生的谐波的限值。只有经过试验证实符合该标准限值要求的设备才能接入到配电系统中。这样就可以对低压电气及电子产品注入供电系统的总体谐波电流水平加以限制。（2）、增加换流装置的相数 换流装置是供电系统的主要谐波源之一。理论分析表明，换流装置在其交流侧与直流侧产生的特征谐波次数分别为pk1 和pk(p 为整流相数或脉动数，k 为正整数)。当脉动数由p=6 增加到p=12 时，可以有效的消除幅
25、值较大的低频项，(其特征谐波次数分别为12k1 和12k)，从而大大地降低了谐波电流的有效值。（3）增装动态无功补偿装置，提高供电系统承受谐波的能力 动态无功补偿装置补偿负荷快速变动的无功需求、改善功率因数、滤除系统谐波、减少向系统注入谐波电流、稳定母线电压、降低三相电压不平衡度等，提高供电系统承受谐波的能力。（4）加装滤波装置 采用滤波装置补偿电流流经负载时与所加电压不呈线性关系，抑制电压、电流波形畸变。（5）使用无谐波污染的绿色变频器 5、大马拉小车 通过各监测点功率数据分析，结合中板厂电气单线图，发现系统存在“大马拉下车“的现象，例如三台上塔泵的配套电机额定功率为160KW，而目前1#泵
26、组的电机额定功率仅为132KW。在这种工况会降低泵的工作效率，缩短电机寿命，电机长期处于轻载状况，增加了无功功率所占比例，降低了功率因数，造成一定量的电能浪费。 6、设备轻载或空转 通过设备工作电流、功率数据结合设备额定功率数据，发现部分设备长期处于轻载或空转状态。例如压缩空气喷气的作用是采用带压力的气体去除钢板表面残余的水分。只有当采用高压水喷淋后，钢板表面才会有水分残余，在实际生产过程中，并非所有钢板都需要经过急速冷却这道工序。根据刚才种类的不同，大约只有三分之一或四分之一的钢板需要被冷却。压缩空气喷气本应与高压水喷淋连锁控制，但目前的情况是，对于未经高压水喷淋冷却的钢板，压缩空气喷气同样工作，造成大量电能浪费。四、结论1.能极大加强中板厂的能源监测与管理；2.为中板厂系统节能改造提供方向和具体目标；3.对集团考核中板厂能耗、中板厂分析和考核工段、班组的能耗提供了可靠依据；4.为单项、系统实施合同能源管理的测算、考核、结算提供准确数据支持；5.较大幅度提高劳动生产率，同时可减少30%以上的电气点检人员；6.相关领导和人员可通过移动终端及时了解和掌握用能运行及安全运行情况。
