选煤厂低压配电智能化改造

选煤厂低压配电智能化改造

王丽宏

国能神东煤炭集团 陕西 榆林 719315

摘 要:为改善选煤厂低压配电系统中存在的保护功能单一、效率低以及监控功能不够完善等相关问题，通过智能化改造，实现对选煤厂低压配电系统的优化改造。概述了选煤厂配电系统的现状及存在的问题，介绍了选煤厂配电系统中的断路器、电机保护器、巡检智能化改造方案，改造后能够实现选煤厂配电室的无人值守和智能化远程操作，有助于降低作业强度，提高配电系统的可靠性。

关键词：选煤厂；低压配电系统；智能化改造

引言

近年来，随着煤炭企业不断降本增效，煤炭行业智能化升级改造的需求日益突出。同时计算机技术、工业通信技术、自动化技术的快速发展也为智能化选煤厂给予了技术支撑。低压配电系统作为选煤厂最基础、最重要的一部分，其智能化程度直接影响选煤厂的智能化程度。

一、低压智能配电系统发展

随着现代科学技术的不断进步，人们对智能低压配电系统运行时所具有的稳定性也提出了越来越多的要求，随着当前微处理器技术的发展，在电力系统中，众多能适应现代化科学技术的低压电器零件也因此得到了快速发展，进一步演变为低压智能配电系统的快速进步。当前，国内基于传统的SCADA系统演变出了大量的低压智能监控系统，这些系统虽然能满足低压智能配电系统的基本要求，但无法体现出电气系统自身的特征及工作中的基本需求，开发并推出能适应工业控制需求及较高稳定性的低压配电系统是当前电气设备发展的一个重点。虽然当前低压智能配电系统已经得到了广泛的应用，但由于其生产成本相对较高，一般被用于发电厂、矿山、石油、地铁等方面。低压智能配电系统在上述四个方面得到了广泛的使用，同时需求量也相对较大。近年来，随着我国社会经济形势的快速发展，且低压配电系统中所采用的部件大多为进口产品，因此需求量也会不断增长。

二、选煤厂配电系统现状

选煤厂主要以带式运输机、泵、振动筛等低压电机设备为主，通过接触器控制设备的运行及停止。目前，选煤厂配电系统对于运行设备的电气保护以断路器和电机保护器组合为主，甚至部分选煤厂仍在使用热继电器保护电机。相较于石油化工等其他行业，配电系统的信息化程度较低。另外，早期建设的选煤厂由于改建、扩建等原因，配电室数量多，分布分散，维护巡检任务繁重。这样就造成选煤厂配电系统故障排除难度大、停送电周期长、电气人员冗余等问题。因此构建智能化无人值守配电室，实现选煤厂智能化成为发展的必然趋势。

三、配电网系统的基本组成原理

智能化低压配电系统主要由监控主机、通信及数据采集前端机、现场智能装置和通信网络等主要部分组成。监控主机通过通信及数据采集前端机获得来自保护及监控智能装置和现场智能装置的信息，并下达控制指令，由保护及监控智能装置和现场智能装置实现对变配电设备的保护和测控功能。监控主机完成图形监视、报表生成、曲线分析和系统管理等功能。通信及数据采集前端机用于与底层现场设备通信并实现实时数据采集，以及同工厂DCS系统的接口。通信及数据采集前端机兼容工程所涉及的有关设备和系统的通信协议。现场智能装置完成低压开关的开关量采集（遥信）、模拟量采集（遥测）、开关操作（遥控）、开关保护和电动机保护等功能，以及电量采集和开关分合位置的开关量采集（遥信）等。通信网络是系统中的关键部分，它像整个监控系统的神经网一样，系统各部分通过通信网络连接，在保证可靠性和抗干扰能力的前提下，使用屏蔽双绞线或光纤来进行数据的传递和共享。

四、选煤厂低压配电系统智能化改造方法

1.构建通讯网络

低压配电智能化保护装置通信网络建构中，将Modbus-RTU作为通讯协议。为提升使用和配置便利性，在这一协议中设置了RS242/385接口，以便于实现和现场总线的连接。Modbus主从通讯传输模式选择的是RTU（RemoteTerminalUnit）型，一旦接收到主站faculty的通信指令，即可以依照信息帧地址实现所有从站主设备选择各自合理的从设备。在通信物理接口中，接口的应用优势主要为能够实现远距离通讯、传输效率高以及损失低等，便于建构分布系统等。低压配电智能化保护系统可设置RS242/385物理接口，能够迅速完成现场设备网络的建构，各个配电室在接线口的应用下可以构建单元设备网络层。在整体通讯网络建构中，基于TCP/IP协议、以太环网，能够迅速实现对终端和现场设备层网络连接的控制。

2.电机保护器的智能化

选煤厂运行设备以电机设备为主。目前，选煤厂对电机的保护以基本型电机保护器为主，也有部分老厂仍在使用热继电器保护电机。基本型电机保护器及热继电器只有基本的过电流保护功能，功能较为单一，已经无法满足选煤厂更高的要求。另外，由于没有配备通信功能，也无法做到对电机运行状态的远程监视。智能化电机保护器最基本的特点是具有可编程I/O点及通信功能，根据需要还可以配置电流、电压等电力参数测量功能，甚至可以实现联网诊断。选煤厂配电系统里，一般都是使用开关量信号实现设备的启动和停止，因此，可以利用智能化电机保护器的可编程I/O功能采集抽屉单元内元件的状态及驱动抽屉单元内元件的动作或停止。智能化电机保护器的通信功又按协议分为Modbus－ＲTU、ProfiNet、EtherNet3种，在实际项目应用中ProfiNet及EtherNet通信效果较好。在智能化配电系统里，智能化电机保护器可以视为一个仅需要控制和监视抽屉单元内部元件的微型PLC分站，与选煤厂PLC主站通过通信网络实现指令的传输，其可以将抽屉单元里采集的状态信号发送给主PLC，也可以实现主站PLC对抽屉单元内元件的控制，实现设备的运行，同时，得益于通信、网络技术的发展，可以省去传统的硬链接(使用多芯控制电缆)，减少电缆的经济投入。

3.进线柜和联络柜

进线柜和联络柜是低压智能配电系统中十分重要的两个部分，由于其所具有的重要作用及其功能性质，进线柜与联络柜一般需要同时对三相电压频率、无功功率及电流等方面的数据进行测量，因此，需要运用合适的网络电力仪表来辅助进行电压频率和电流等方面的测量。网络电力仪表能利用从电网中读取到的电压及电流数据，利用后台系统的合理计算，从而完成对电流、功率及电能等多个方面的精准测量和反馈。此外，还能利用数字接口来进行网络通信，通信距离最长可达1200m，在同一个线路中最多可以与32个电力仪表进行衔接。包含4路开关量的输入与输出，能实现本地区范围内或是远程范围内的开关信号检测和对输出信号进行控制。

4.配电柜巡检的无人化

配电室巡检，可以及时有效地发现或确定设备缺陷和隐患，是确保选煤厂正常生产工作不可或缺的一项重要环节。而配电系统智能化的主要目的是为了减员增效，实现配电室无人值守。因此，在改造方案中提出采用智能巡检机器人替代传统人工实现配电室无人值守巡检监测工作。智能巡检机器人系统主要由基础平台、巡检机器人、巡检监测数据、可视化等子系统组成。基础平台包括平台硬件和平台软件，通过配置网络通信设备提供各子系统相互之间通信的能力;平台软件主要由综合管理、数据统计分析、告警管理等功能组成。

结束语

选煤厂低压配电系统实施智能化改造设计后，显著提升了系统操作的自动化水平，实现了远程监控。在各车间规范生产过程中，起到了良好的节能降耗效果，同时提升了系统运行安全性和可靠性。

参考文献

［1］王宇涵．智能化选煤厂无人值守高低压配电室的探讨［J］．煤炭加工与综合利用，2017(5):51－53．

［2］范福在．基于以工业太网的智能型低压配电柜［J］．现代制造技术与装备，2019(1):107，109．