安科瑞探討電能管理系統在某軋鋼廠的應用
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易允恒
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801
摘要：結合某軋鋼廠的現狀和電能管理軟件的優(yōu)勢應用，在節(jié)能降耗方面利用電能管理軟件對軋鋼廠電能損耗進行實時監(jiān)控，為實現能源優(yōu)化配置和節(jié)能降耗管理提供了大量數據，從而為大型能耗企業(yè)的節(jié)能降耗實施奠定了基礎。
關鍵詞：軋鋼廠;能耗;電能管理軟件;數據監(jiān)測
0引言
面對鋼鐵行業(yè)“嚴冬”時期的沖擊，我國鋼鐵行業(yè)在新形勢下有了巨大的調整，降本增效逐漸成為大型能耗企業(yè)的風向標，其中，節(jié)能降耗是降本增效中的重中之重。當前現代化軋鋼廠的生產活動又呈現出偏向于智能化的發(fā)展趨勢，這就要求廠內電氣設備的管理工作具有加的水平，重視廠內電氣設備的維護及管理，保證企業(yè)在運作過程中能夠有效節(jié)能降耗。包鋼軌梁廠面對嚴峻的市場形勢，深挖內潛，不斷加強基礎管理，大力開展對標升級，提升鋼軌等高效產品質量，持續(xù)打好降本增效攻堅戰(zhàn)。從 2017年 1 月份起，軌梁廠為了節(jié)能降耗開始試行日工資標準，這就要求了電氣車間從電能精益方面細化出實際和班產噸鋼電費的差異，從而為節(jié)能降耗提供了指導思想。
1軟件功能應用
某軋鋼廠于1969年1月23日投產，是我國重要的鋼軌和型鋼生產基地之一。 該廠通過不斷引進設備，淘汰落后工藝，改進技術裝備，已變?yōu)橐粋€全新的現代化工廠，現擁有兩條生產線，一條是2006年9月 投 產 的 1#中型軋鋼生產線 ，另一條是 2013年1月投產的2#大型軋鋼生產線，年生產能力為210萬t。以2#線為例，電氣自動化部2#線10kV供電系統由51#變電所單獨分為4路供電，1#和 2#進線供給輔傳動，3#進線電源供給BD1、BD2主傳動，4#進線電源進線供給CCS主傳動。
軌梁廠2015年電耗好水平是82.1 kW-h/t鋼 ，全年平均噸鋼電耗是89kW*h，由于 2#線總裝機容量大，噸鋼電耗要比 1#線高。以上數據說明軌梁廠在2015年的電耗水平，但是今年完成 31.2元/t，電氣自動化部要采取有效的措施。以上對標數據均來自軌梁廠新引進的電量監(jiān)控平臺。
為了進行能源成本控制和能源調度，制定節(jié)能降耗計劃，對企業(yè)能源消耗水平和分布進行統計分析和全面管理，實現能源系統的持續(xù)經濟運行，降低能源使用成本并正確高效地對電能進行管理，我廠引進了一套電力管理軟件。該管理軟件具備電能計量 、分時計費管理功能、電力需量管理功能、能耗分析、能效監(jiān)測、能效評估、能效展示、節(jié)能設備管理、節(jié)能知識庫，多種能源和生產數據采集和轉發(fā)功能、電能質量管理和電力故障診斷分析功能。
1.1數據采集
10 kV的數據采集記錄每一回路U、I、kW、kvar、PF、f、kWh、kvarh等全電量數據(帶時間標識），采集異常報警信號和非電量信號，采集電力能效監(jiān)測終端的全部信息、事件順序記錄信息等信號。能夠對全站所有電能監(jiān)測終端進行周期性的掃描和巡檢，數據采集周期可自定義設置，采集的全部數據應帶有完整的數據質量狀態(tài)標致并存放在專用數據庫中。
圖1 通用管理機專用數據庫
1.2數據完整性管理和數據捕捉
針對前置數據采集服務器異常斷電導致的數據缺失，數據采集程序應具有完整的數據完整性檢查功能，能夠對缺失的數據自動進行數據補招。帶規(guī)約轉換的數據采集服務器，支持不低于30天的數據存儲功能，當計算機異常掉電導致數據缺失時，計算機恢復運行自動進行數據斷點續(xù)傳，保證數據的完整性。監(jiān)控軟件還應具有主備數據庫，數據一致性檢查與同步功能，保證主備數據庫數據的完整性和一致性。
圖2 數據庫維護工具
1.3運行監(jiān)視與控制功能
(1)遙測、遙信、遙控、遙調、遙視
管理軟件具有基本的遙測、遙信、遙控、遙調、遙視功能，滿足電力系統反措要求，具有相應的閉鎖和事故預防措施，具有對被選擇的被控對象信息及狀態(tài)提示、操作員和監(jiān)護員登錄、被控對象的所屬終端及編號確認、控制執(zhí)行等一系列過程。遙控和遙調具有完善的操作密碼驗證和監(jiān)護員機制，可靈活設置不同的操作權限，操作要在具有控制權限的工作站和操作員登陸并輸人操作密碼后方可進行。操作員需具有相應的操作權限，在同一時間只能對同一設備進行操作。
圖3 線路監(jiān)控日報曲線
(2)單線路、單點監(jiān)測
管理軟件具有豐富的數據展示界面，支持以數據 、表格、棒圖、曲線、模擬表盤等多種方式進行數據展示，直觀展示電力系統一次系統結構圖、變壓器監(jiān)測圖、線路運行監(jiān)控圖等多種圖形界面，如針對線路監(jiān)測，可采用圖表、圖形與數據相結合的方式展示10 kV線路的基本信息，實時運行數據、實時與歷史功率曲線、顯示當年累計節(jié)約電量及排名，年累計發(fā)送無功、月累計發(fā)送無功等數據。
圖4 線路監(jiān)測年報
(3)設備在線狀態(tài)監(jiān)測
圖5 線路監(jiān)測月報
按照用電設備監(jiān)測終端的實際組網結構，直觀展示整體通訊結構，并通過浮動畫面的形式，直觀展示廠區(qū)各類重點用能設備的基本信息、運行狀態(tài)、重要用能參數、電能質量等參數。顯示所有節(jié)能裝置的在線狀態(tài)，為設備維護提供依據。對服務器狀態(tài)和通訊鏈路進行監(jiān)測，通過網絡拓撲結構圖監(jiān)視服務器，實現對主站系統健康狀況的實時監(jiān)控，及時發(fā)現系統出現的風險，包括CPU負荷、內存使用情況、磁盤存儲、網絡IO等。通過對定點數據采集情況的統計分析，為通訊鏈路的穩(wěn)定性做出評估，進一步分析出數據采集斷點的原因。
圖6 線路監(jiān)測日報
1.4基礎數據查詢與對比分析
能夠展示和分析電力能效監(jiān)測終端的基本信 息 ，趨勢曲線、事件波形等。通過把每個節(jié)點的裝置基本信息、事件、波形分析、趨勢曲線放在同一個界面里，使用戶同時看到相關信息，用戶可以根據自己分析的需要很方便地跳轉到相應的功能頁面查看詳細信息，給用戶提供較好的體驗。提供對節(jié)能裝置任意測點(裝置的定點數據、統計數據)的查詢分析，并能夠以excel的格式導出。
1.5設備運行分析與離線設備統計
統計節(jié)能裝置的日投運率、月投運率、日利用小時數、月利用小時數、年利用小時數，并以報表的形 式展示。統計節(jié)能裝置的投運狀態(tài)，將未投運設備明細以列表的形式展示，未投運設備按照日、月為周期分別統計。
管理軟件具有設備通信狀態(tài)在線監(jiān)測功能，實時在線監(jiān)測各個監(jiān)測點設備的通信狀態(tài)，以列表的形式顯示監(jiān)測節(jié)點設備的節(jié)點狀態(tài)、開始時間和新時間，用戶可以清楚地掌握監(jiān)測設備節(jié)點的通信狀態(tài)和數據新時間，統計節(jié)能設備的離線情況。
圖7 日報表示例
1.6能效分析報表
通過以報表的形式展示投運后低壓側電壓、電流、有功、無功、功率因數，投運前功率因數、功率因數提升率、負載率等信息，分析功率因數的提升情況 ；統計每天臺區(qū)或者線路裝置安裝點功率因數的大值及發(fā)生時刻、小值及發(fā)生時刻、功率因數大于 0.95及小于 0.9的時間、平均功率因數。電力需求側軟件的報表功能應包括：日報表、周報表、月報表、年報表、時段報表。動態(tài)報表模板。各種跨時段報表以及相關的值和差值報表。報表上的采樣數據可經授權的操作人員進行修改。
2 電量分析統計的實現
軌梁廠生產各區(qū)域電能消耗量原來一直是通過人工手抄電表的方式進行統計匯總，采集點不全面，人工抄表統計的數值誤差大?？刂齐娔艿南囊葟幕A數據的準確度上人手。電氣自動化部自主研發(fā)的電量監(jiān)測系統平臺，實現了全廠設備耗電量的網絡監(jiān)控，提高電量數據采集的準確度。通過電量分析系統匯總的數據分析，電能消耗大的設備是主傳動設備。其次是MCC所帶設備，主要是液壓系統。第三是輔傳動系統，就是運輸輥道等設備。主傳
動改造投資較大，所以我們決定從MCC系統人手進行能源控制改進。電能分析系統后臺數據直接傳送到廠OA網，在OA網顯示每個班組的電耗信息。方便實時掌握生產用電情況。
圖8 能效分析報表
圖9 電能消耗查詢系統
圖10 總體一覽表
通過電量檢測平臺，我們還可以根據產量和電耗計算出實際噸鋼電費、班產噸鋼電費以及小時耗電量。一些需要特殊定額的項目也可以根據電能查詢功能對電量進行核算和統計。
3 安科瑞Acrel-3000WEB電能管理解決方案
3.1概述
用戶端消耗著整個電網80%的電能，用戶端智能化用電管理對用戶可靠、安全、節(jié)約用電有十分重要的意義。構建智能用電服務體系，全面推廣用戶端智能儀表、智能用電管理終端等設備用電管理解決方案，實現電網與用戶的雙向良性互動。用戶端急需解決的研究內容主要包括：的表計，智能樓宇、智能電器、增值服務、客戶用電管理系統、需求側管理等課題。
安科瑞Acrel-3000WEB電能管理解決方案通過對用戶端用電情況進行細分和統計，以直觀的數據和圖表向管理人員或決策層展示各分項用電的使用消耗情況，便于找出高耗能點或不合理的耗能習慣，有效節(jié)約電能，為用戶進一步節(jié)能改造或設備升級提供準確的數據支撐。
3.2應用場所
（1）辦公建筑（商務辦公、大型公共建筑等）；
（2）商業(yè)建筑（商場、金融機構建筑等）；
（3）旅游建筑（賓館飯店、娛樂場所等）；
（4）科教文衛(wèi)建筑（文化、教育、科研、醫(yī)療衛(wèi)生、體育建筑等）；
（5）通信建筑（郵電、通信、廣播、電視、數據中心等）；
（6）交通運輸建筑（、車站、碼頭建筑等）。
3.3系統結構
3.4系統功能
3.4.1實時監(jiān)測
系統人機界面友好，以配電一次圖的形式直觀顯示配電線路的運行狀態(tài)，實時監(jiān)測各回路電壓、電流、功率、功率因數、電能等電參數信息，動態(tài)監(jiān)視各配電回路斷路器、隔離開關、地刀等合、分狀態(tài)，以及有關故障、告警等信號。
3.4.2電能統計報表
系統以豐富的報表支撐計量體系的完整性。系統具備定時抄表匯總統計功能，用戶可以自由查詢自系統正常運行以來任意時間段內各配電節(jié)點的用電情況，即該節(jié)點進線用電量與各分支回路消耗電量的統計分析報表。該功能使得用電可視透明，并在用電誤差偏大時可分析追溯，維護計量體系的正確性。
3.4.3詳細電參量查詢
在配電一次圖中，當鼠標移動到每個回路附近時，鼠標指針變?yōu)槭中?，鼠標單擊可查看該回路詳細電參量，包括三相電流、三相電壓、三相總有功功率、總無功功率、總功率因數、正向有功電能，并可以查看24小時相電流趨勢曲線及24小時電壓趨勢曲線。
3.4.4運行報表
系統具有實時電力參數和歷史電力參數的存儲和管理功能，所有實時采集的數據、順序事件記錄等均可保存到數據庫，在查詢界面中能夠自定義需要查詢的參數、時間或選擇查詢新的記錄數據等，并通過報表方式顯示出來。用戶可以根據需要定制運行日報、月報，支持導出Excel格式文件，還可以根據用戶要求導出PDF格式文件。
3.4.5變壓器運行監(jiān)視
系統對配電系統總進線、主變壓器、重要負荷出線的運行狀態(tài)進行在線實時監(jiān)視，用曲線顯示電流、變壓器運行溫度、有功需量、有功功率、視在功率、變壓器負荷率等運行趨勢，分析變壓器負荷率及損耗，方便運行維護人員及時掌握運行水平和用電需求，確保供電安全可靠。
3.4.6實時報警
系統具有實時報警功能，系統能夠對配電回路斷路器、隔離開關、接地刀分、合動作等遙信變位，保護動作、事故跳閘，以及電壓、電流、功率、功率因數越限等事件進行實時監(jiān)測，并根據事件等級發(fā)出告警。系統報警時自動彈出實時報警窗口，并發(fā)出聲音或語音提醒。
3.4.7歷史事件查詢
系統能夠對遙信變位，保護動作、事故跳閘，以及電壓、電流、功率、功率因數越限等事件記錄進行存儲和管理，方便用戶對系統事件和報警進行歷史追溯，查詢統計、事故分析。
3.4.8電能質量監(jiān)測
系統可以對整個配電系統范圍內的電能質量進行持續(xù)性的監(jiān)測，運行維護人員可以通過諧波分析棒圖、報表掌握進線、變壓器、重要回路的電壓、電流諧波畸變率、諧波含量、電壓不平衡度等，及時采取相應的措施，降低諧波損耗，減少因諧波造成的異常和事故(該功能需要選配帶諧波監(jiān)測功能的電力儀表，不需要可刪除。
3.4.9遙控操作
系統支持對斷路器、隔離開關、接地刀等進行分、合遙控操作。系統具有嚴格的密碼保護和操作權限管理功能，對于每次遙控操作，系統自動生成操作記錄，記錄內容包含操作人、操作時間、操作類型等。實現該功能需要斷路器本身具有電操機構及保護保測控裝置具備遙控功能等硬件設備的支持。
3.4.10用戶權限管理
系統為保障系統安全穩(wěn)定運行，設置了用戶權限管理功能。通過用戶權限管理能夠防止未經授權的操作（如配電回路名稱修改等）?？梢远x不同級別用戶的登錄名、密碼及操作權限，為系統運行、維護、管理提供可靠的安全保障。
3.4.11通訊狀態(tài)圖
系統支持實時監(jiān)視接入系統的各設備的通訊狀態(tài)，能夠完整的顯示整個系統網絡結構；可在線診斷設備通訊狀態(tài)，發(fā)生網絡異常時能自動在界面上顯示故障設備或元件及其故障部位。從而方便運行維護人員實時掌握現場各設備的通訊狀態(tài)，及時維護出現異常的設備，保證系統的穩(wěn)定運行。
3.4.12視頻監(jiān)控
視頻監(jiān)控展示了當前實時畫面（視頻直播），選中某一個變配電站，即可查看該變配電站內視頻信息。
3.4.13用戶報告
用戶報告頁面主要用于對選定的變配電站自動匯總一個月的運行數據，對變壓器負荷、配電回路用電量、功率因數、報警事件等進行統計分析。
3.4.14 APP支持
電力運維支持“監(jiān)控系統”、“設備檔案”、“待辦事項”、“巡檢記錄”和“缺陷記錄”五大模塊，支持一次圖、需量、用電量、視頻、曲線、溫濕度、同比、環(huán)比、電能質量、各種事件報警查詢，設備檔案查詢、待辦事件處理、巡檢記錄查詢等。
3.5系統硬件配置清單
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應用場合
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型號
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圖 片
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功能
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電能管理軟件
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Acrel-3000WEB
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Acrel-3000WEB電能管理軟件全方監(jiān)視用戶配電系統的運行狀態(tài)和電量數據，為用戶提供好的運維服務。平臺提供用戶概況、電力數據監(jiān)測、電能質量分析、用電分析、日/月/年用能數據報表、異常事件報警和記錄、運行環(huán)境監(jiān)測等功能，并支持多平臺、多終端數據訪問。
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智能網關
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Anet-2E8S1
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8路RS485串口，光耦隔離，2路以太網接口，支持ModbusRtu、ModbusTCP.DL/T645-1997、DL/1645-2007、CJT188-2004、OPC UA等協議的數據接入，ModbusT-c(主、從）、104（主、從）、建筑能耗、SNMP、MQTT等協議上傳，支持不同協議向多平臺轉發(fā)數據;輸入電源:AC/DC 22ov，導軌式安裝。
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ANet-2E4SM
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4路RS485串口，光耦隔離，2路以太網接口，支持ModbusRtu、ModbusTCP、DL/T645-1997、DL/T645-2007、CJT188-2004、OPC UA、ModbusTCP（主、從）、104(主、從）、建筑能耗、SNMP、MOTT;（主模塊）輸入電源:DC 12 V ~36 V .支持4G擴展模塊，485擴展模塊。
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ANet-485
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M485模塊:4路光耦隔離RS485
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ANet-M4G
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M4G模塊:支持4G全網通
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35kV/10kV/6kV微機保護裝置
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AM6系列
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35kV及以下配電系統線路、主變、配電變壓器、電動機、電容器、PT監(jiān)測/PT并列、母聯/備自投等保護。
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35kV/10kV/6kV弧光保護
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ARB5-M
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主控單元，可接20路弧光信號或4個擴展單元，弧光保護〈8組）、失靈保護(4組）、TA斷線監(jiān)測（4組）、非電量保護、裝置故障告警
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ARB5-E
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擴展單元，可以插接6塊擴展插件，每個擴展插件可以采集5路弧光信號
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ARB5-S
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弧光探頭，建議安裝地點包括（但不限于）斷路器室、電纜室、母線室，可面板開孔安裝，亦可支架式安裝。弧光探頭的檢測范圍是一個角度為180°，半徑0.5m的扇形區(qū)域。
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35kV/10kV/6kV進線柜電能質量在線監(jiān)測
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APView500
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裝置1024點波形采樣，集諧波分析、波形采樣、電壓暫降/暫升/中斷、閃變監(jiān)測、電壓不平衡度監(jiān)測、事件記錄、測量控制等功能為一體，能夠滿足110kV及以下供電系統電能質量監(jiān)測的要求。
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35kV/10kV/6kV間隔智能操控、節(jié)點測溫
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ASD500
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液晶屏顯示一次回路動態(tài)模擬圖、彈簧儲能指示、高壓帶電顯示及閉鎖、驗電、核相、3路溫濕度控制及顯示、遠方/就地、分合閘、儲能旋鈕、預分預合閃光指示、分合閘完好指示、分合閘回路電壓測量、人體感應、柜內照明控制、1路以太網、2路RS485、1路USB接口、GPS對時、高壓內電氣接點無線測溫、全電參量測溫、脈沖輸出、4~20mA輸出
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35kV/10kV/6kV傳感器
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ATE400
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合金片固定，CT感應取電，啟動電流大于5A，測溫范圍-50-125℃，測量精度±1℃;傳輸距離空曠150米
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35kV/10kV/6kV間隔電參量測量
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APM830
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三相(I、u、kW、kvar、kWh、kvarh、Hz、cos） ，零序電流In，四象限電能，實時及需量，電流、電壓不平衡度，66種報警類型及外部事件（SOE）各16條事件記錄，支持SD卡擴展記錄，2-63次諧波，2DI+2DO,RS485/Modbus，LCD顯示
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高壓重要回路
或低壓進線柜
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APM810
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三相(I、U、kW、kvar、kWh、kvarh、Hz、coso)，零序電流In，四象限電能，實時及需量，電流、電壓不平衡度，負載電流柱狀圖顯示，66種報警類型及外部事件（SOE)各16條事件記錄，支持SD卡擴展記錄，2-63次諧波，2DI+2DO,RS485/Modbus，LCD顯示
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AEM96
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三相電參量U、I、P、Q、S、PF、F測量，總正反向有功電能統計，正反向無功電能統計;2-31次分次諧波及總諧波含量分析、分相諧波及基波電參量（電壓、電流、功率)﹔電流規(guī)格3×1.5(6)A，有功電能精度0.5S級,無功電能精度2級
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ADW300/4G
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三相電壓、電流、功率、功率因數、頻率測量;電壓電流相角、電壓電流不平衡度測量;電壓電流2-31次分次諧波及總畸變測量當月及上三月的電壓、電流、功率;需量及上十二月歷史需量記錄;事件記錄、復費率、四象限電能及歷史電能記錄;支持4路開關量輸入、2路開關量輸出;支持4路測溫;支持1路剩余電流測量;支持本地顯示及按鍵設置;有功電能精度1級。通訊方式:支持RS485通訊、Lora無線通訊、4G通訊;WIFI通訊
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0.4kV出線
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AEM72
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三相電參量U、I、P、0、s、PF、F測量，總正反向有功電能統計，正反向無功電能統計;2-31次分次諧波及總諧波含量分析、分相諧波及基波電參量（電壓、電流、功率）﹔電流規(guī)格3×1.5(6)A，有功電能精度0.5S級.無功電能精度2級
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DTSD1352
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三相電參量u、I、P、Q、s、PF、F測量，分相正向有功電能統計，總正反向有功電能統計，總正反向無功電能統計﹔紅外通訊;電流規(guī)格:經互感器接入3×1(6)A.直接接入3×10(8o)A，有功電能精度0.5S級，無功電能精度2級。
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ACR120EL
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LCD顯示、全電參量測量(U、1、P、Q、PF、F);四象限電能計量;RS485/Modbus;可選復費率電能統計、需量統計;4DI+2DO;RS485通訊接口、Modbus 協議
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照明箱
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DDSD1352
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單相電參量U、I、P、Q、S、PF、F測量，正反向電能計量;紅外及RS485通訊;電流規(guī)格:10(60）A，有功電能精度1級，無功精度2級;可選配復費率
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DDS1352
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單相電參量U、I、P、Q、S、PF、F測量，正反向電能計量;RS485通訊;電流規(guī)格:10(60)A，有功電能精度1級，無功精度2級;尺寸:1P
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電流互感器
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AKH-0.66/K型
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開口式電流互感器
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4結語
應用電能管理軟件對該軋鋼廠電能損耗進行實時監(jiān)控，通過每日一次統計、月底匯總的形式對單位電耗及電費進行分析。總結各耗電設備單耗標準及降耗方法，建立長效機制，實現降本增效。從而為大型能耗企業(yè)的節(jié)能降耗提供了指導思想。
【參考文獻】
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