新景礦洗煤廠低壓配電系統(tǒng)智能化改造

張 凱

（陽(yáng)煤集團(tuán)新景公司洗煤廠，山西 陽(yáng)泉 045000）

1 概 述

陽(yáng)煤集團(tuán)新景公司洗煤廠，屬礦井型選煤廠，由北京華宇工程有限公司平頂山選煤設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)洗選能力為360萬(wàn)t/a，并于1997年10月建成投產(chǎn)，通過(guò)近年來(lái)改擴(kuò)建工程，設(shè)計(jì)能力已上升至800萬(wàn)t/a。采用全重介洗選加工工藝，全廠由原煤準(zhǔn)備篩分系統(tǒng)、塊煤重介淺槽排矸系統(tǒng)、末煤重介旋流器分選系統(tǒng)、煤泥水處理系統(tǒng)和產(chǎn)品儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)五大系統(tǒng)組成。入選煤種為無(wú)煙煤，主要產(chǎn)品有洗中塊、洗小塊、1#噴粉煤、2#噴粉煤、4#噴粉煤、末原煤，其中主導(dǎo)產(chǎn)品1#噴粉煤因低灰、低磷、低硫、低揮發(fā)分，可磨性好等特性而遠(yuǎn)銷日本、韓國(guó)、巴西等地。

隨著生產(chǎn)能力的不斷提高，新景公司洗煤廠原低壓配電系統(tǒng)存在諸多問(wèn)題，例如系統(tǒng)設(shè)備嚴(yán)重老化，系統(tǒng)保護(hù)裝置功能少，管理控制能力不足，在生成過(guò)程中經(jīng)常造電氣設(shè)備損害，嚴(yán)重影響了本洗煤廠的生產(chǎn)運(yùn)行。隨著計(jì)算機(jī)、智能化、網(wǎng)絡(luò)化水平不斷提高，工業(yè)通信化技術(shù)在快速發(fā)展，為智能化管理、監(jiān)控低壓配電給予了技術(shù)支撐[1]。本文采用現(xiàn)有的智能化控制技術(shù)對(duì)新景洗煤廠的低壓配套系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)改造。

2 存在問(wèn)題及改造目標(biāo)

新景洗煤廠原低壓配電系統(tǒng)保護(hù)元件仍然采用保護(hù)功能較為單一且技術(shù)相當(dāng)落后的熱過(guò)載繼電器[2]；電機(jī)的綜合保護(hù)裝置分散，不能統(tǒng)一集中監(jiān)控；廠變壓器保護(hù)基本為零；仍采用人員定期巡檢或者通過(guò)安裝在配電室的電機(jī)綜合保護(hù)裝置評(píng)判線路、設(shè)備等運(yùn)行狀況，該監(jiān)控方式效果差，效率低下，跟進(jìn)性落后；電能計(jì)量?jī)x表技術(shù)落后，功能老舊，采用人工讀表、抄表的方式，不僅速度慢，而且錯(cuò)誤率極高，常常達(dá)不到生產(chǎn)考核標(biāo)準(zhǔn)。原配套的低壓配電系統(tǒng)暴漏出來(lái)的這些問(wèn)題，嚴(yán)重制約了新景洗煤廠的經(jīng)濟(jì)效益。

針對(duì)以上原配套的低壓配電系統(tǒng)缺陷，決定對(duì)新景洗煤廠配電系統(tǒng)進(jìn)行改造研究。升級(jí)的低壓配電系統(tǒng)不僅要具有智能化監(jiān)控，還要實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳輸控制[3]。低壓配電智能化監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)具有檢測(cè)功能齊全、可操作性強(qiáng)、安全可靠、管理方便等特點(diǎn)，而且必須滿足完善的故障評(píng)判、報(bào)警、執(zhí)行動(dòng)作等功能，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，自動(dòng)控制低壓運(yùn)行的設(shè)備關(guān)停，來(lái)達(dá)到智能化管理的目的。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)采集設(shè)備運(yùn)行的狀況，實(shí)時(shí)傳輸給控制終端，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程故障修復(fù)、保護(hù)操作等功能；以表格、曲線、報(bào)表的形式顯示監(jiān)測(cè)量；并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)發(fā)布，實(shí)現(xiàn)多終端監(jiān)視功能，實(shí)現(xiàn)各層管理人員的遠(yuǎn)程監(jiān)視。

3 改造方案及實(shí)施

本次升級(jí)改造方案決定采用總線控制的方式，傳感器采集現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)椒治鱿到y(tǒng)進(jìn)行分析，保護(hù)和控制功能實(shí)現(xiàn)智能化運(yùn)行。智能化控制終端發(fā)出指令，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備完成基本的控制保護(hù)功能，實(shí)時(shí)檢測(cè)、診斷設(shè)備運(yùn)行情況。“分散控制”被“現(xiàn)場(chǎng)控制”取代，數(shù)據(jù)采用“總線”傳輸，“集中控制站”由“虛擬的分散控制站”代替。

3.1 核心智能化電機(jī)保護(hù)裝置采集數(shù)據(jù)

圖1 低壓配電系統(tǒng)智能化綜保原理圖

為了代替功能單一的熱過(guò)載繼電器，本次選擇具有微處理器的技術(shù)的智能化配電控制元件，該元件具有標(biāo)準(zhǔn)的通訊接口，能夠準(zhǔn)確采集電機(jī)運(yùn)行的實(shí)時(shí)電流和電壓數(shù)據(jù)，綜合保護(hù)電機(jī)啟動(dòng)超時(shí)、堵轉(zhuǎn)、電流過(guò)載、線路短路、電壓過(guò)壓和欠壓、電流欠流等情況。升級(jí)低壓配電的電機(jī)保護(hù)裝置，該保護(hù)裝置稱為電機(jī)智能綜合保護(hù)裝置，升級(jí)版的保護(hù)裝置具有采集數(shù)據(jù)、分析數(shù)據(jù)、處理數(shù)據(jù)、輸出數(shù)據(jù)等強(qiáng)大功能；與PLC控制器相連接，實(shí)現(xiàn)RS-385及時(shí)通訊，還能與Modbus-RTU協(xié)議進(jìn)行交換，給操作者提供了極大的便利，控制效率顯著提高。電機(jī)智能綜合保護(hù)裝置能夠現(xiàn)場(chǎng)查詢參數(shù)、修改參數(shù)，具備總線連接接口，構(gòu)建了設(shè)備層、傳輸層以及控制層的網(wǎng)絡(luò)。智能化綜保原理圖見(jiàn)圖1所示。

3.2 構(gòu)建通訊網(wǎng)絡(luò)

選用Modbus-RTU作為低壓配電智能化保護(hù)裝置的通訊協(xié)議。為了方便使用、配置，該協(xié)議具有RS242/385接口，只要Modbus協(xié)議設(shè)備擁有該接口，就能實(shí)現(xiàn)與現(xiàn)場(chǎng)總線互連[4]。Modbus主從通訊傳輸模式選擇RTU（Remote Terminal Unit）型，優(yōu)點(diǎn)在于主站通過(guò)發(fā)送通信指令就可以使所有從站的主設(shè)備根據(jù)信息幀地址選擇適合其的從設(shè)備。

RS242/385接口在通訊物理接口方面，具有傳輸效率高、損失率小、可進(jìn)行遠(yuǎn)距離通訊、節(jié)點(diǎn)較多、構(gòu)成分布系統(tǒng)較方便等優(yōu)勢(shì)。低壓配電智能化保護(hù)系統(tǒng)采用RS242/385物理接口，構(gòu)建現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備網(wǎng)絡(luò)快，接線口用于各個(gè)配電室，這樣可以形成以配電室為單元的設(shè)備網(wǎng)絡(luò)層，另外，通訊節(jié)點(diǎn)采用以太環(huán)網(wǎng)，利用以太環(huán)網(wǎng)高速大量的特性解決信息損耗的問(wèn)題。整個(gè)系統(tǒng)通訊網(wǎng)絡(luò)在TCP/IP協(xié)議、以太環(huán)網(wǎng)的基礎(chǔ)上，快速的實(shí)現(xiàn)控制終端與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層的網(wǎng)絡(luò)溝通。

3.3 改造方案

1）對(duì)已經(jīng)安裝并且運(yùn)行的蒼南系列綜保，通過(guò)RS-385總線采用Modbus-RTU通訓(xùn)協(xié)議采集各綜合保護(hù)器參數(shù)，就近接入到本室集中控制系統(tǒng)的MODBUS模塊上。實(shí)現(xiàn)上位機(jī)遠(yuǎn)程讀取數(shù)據(jù)，并通過(guò)OPC協(xié)議實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。采用環(huán)網(wǎng)式集中控制電機(jī)保護(hù)系統(tǒng)如圖2所示。

圖2 環(huán)網(wǎng)式集中控制電機(jī)保護(hù)系統(tǒng)

2）新增加的電機(jī)綜合保護(hù)器，采用華控偉業(yè)產(chǎn)品，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)的每臺(tái)電機(jī)在柜內(nèi)加裝一臺(tái)電機(jī)智能綜合監(jiān)控器，將電機(jī)保護(hù)器的實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)通過(guò)CAN總線傳輸?shù)礁髋潆娛襊LC分站。配電室配備觸摸顯示屏與PLC分站連接，實(shí)時(shí)顯示電機(jī)的運(yùn)行狀況。電機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)將各電機(jī)設(shè)備的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)運(yùn)行狀況通過(guò)中間信號(hào)采集及轉(zhuǎn)換單元匯總上傳至上位機(jī)，從而構(gòu)建起一套“終端分散保護(hù)+中間局部監(jiān)測(cè)+全廠集中監(jiān)測(cè)”的完整系統(tǒng)，使得機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行有全面的保護(hù)做保障，同時(shí)還可實(shí)現(xiàn)配電室內(nèi)監(jiān)測(cè)分站和集控室上位機(jī)對(duì)設(shè)備的參數(shù)設(shè)置、運(yùn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、故障原因分析、保護(hù)記錄的查閱、電度計(jì)量及相關(guān)報(bào)表匯總等功能。本系統(tǒng)提供OPC接口，以便全廠信息管理系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)。“終端分散保護(hù)+中間局部監(jiān)測(cè)+全廠集中監(jiān)測(cè)”的完整系統(tǒng)見(jiàn)圖3。

圖3 低壓配電智能化監(jiān)控系統(tǒng)

3）系統(tǒng)組成。

電機(jī)綜合監(jiān)控器根據(jù)需要，機(jī)電綜合監(jiān)控器為每臺(tái)機(jī)電設(shè)備均配備，并安裝在相應(yīng)的配電柜里，進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。一旦三相電流、電壓發(fā)生故障，綜合監(jiān)控器就執(zhí)行保護(hù)動(dòng)作。

監(jiān)測(cè)分站。在配電室里安裝有監(jiān)測(cè)分站及配套光電發(fā)射轉(zhuǎn)換器、光纖終端盒等信號(hào)中繼單元。采用CAN通訊方式的下行接口，電機(jī)綜合監(jiān)控器與屏蔽雙絞線相連接；采用自適應(yīng)的以太環(huán)網(wǎng)通訊方式的上行接口，不同的中繼單元與相應(yīng)的類型雙絞線連接，再由光電轉(zhuǎn)換器把電信號(hào)轉(zhuǎn)變成光信號(hào)進(jìn)行通訊。

上位機(jī)。上位機(jī)安裝在集控室，電機(jī)運(yùn)行參數(shù)在監(jiān)測(cè)分站控制下，運(yùn)行情況被四芯多模光纖纜匯總至總單元，此時(shí)光信號(hào)在總單元里的光電轉(zhuǎn)換器，再次轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，不同類型雙絞線把該信號(hào)通過(guò)以太環(huán)網(wǎng)的模式傳輸給交換機(jī)，交換機(jī)輸出端與工控機(jī)相連，進(jìn)而信號(hào)被傳輸?shù)綇S局域網(wǎng)。

4）單臺(tái)電機(jī)的綜合監(jiān)測(cè)保護(hù)。①單臺(tái)電機(jī)的綜合保護(hù)及監(jiān)測(cè)通過(guò)電機(jī)綜合監(jiān)控器來(lái)完成；②電機(jī)綜合監(jiān)控器對(duì)電機(jī)運(yùn)行中遇到的電流失衡、過(guò)流、短路、過(guò)載、欠壓、漏電、堵轉(zhuǎn)、輕載、啟動(dòng)時(shí)間超長(zhǎng)等故障進(jìn)行監(jiān)測(cè)報(bào)警保護(hù)，且保護(hù)動(dòng)作有記錄存儲(chǔ)并將所有數(shù)據(jù)上傳給三相電力設(shè)備監(jiān)控儀；③與監(jiān)控器漏電功能配套使用的漏電電流互感器安裝在配電柜內(nèi)，漏電保護(hù)參數(shù)按照電機(jī)的啟動(dòng)和運(yùn)行階段的機(jī)械特性分別設(shè)置；④電機(jī)綜合監(jiān)控器監(jiān)測(cè)并顯示電機(jī)實(shí)時(shí)運(yùn)行的三相電壓、三相電流、漏電電流、三相有功功率、總有功功率、總無(wú)功功率、總功率因素等數(shù)據(jù)參數(shù)，具有計(jì)量功能，可統(tǒng)計(jì)有功電度、無(wú)功電度及電機(jī)累計(jì)運(yùn)行時(shí)間；⑤電機(jī)綜合監(jiān)控器有故障記錄、查詢功能、降壓起動(dòng)轉(zhuǎn)換控制功能、CAN通訊功能。

3.4 生產(chǎn)實(shí)踐

低壓配電系統(tǒng)改造的智能化監(jiān)控裝置在新景礦洗煤廠進(jìn)行了試運(yùn)行。通過(guò)運(yùn)行表明，智能監(jiān)控裝置功能齊全，彌補(bǔ)了原配套的低壓配電保護(hù)裝置的不足。該低壓配電智能化監(jiān)控管理效果理想，良好的保護(hù)了供電使用，達(dá)到了洗煤廠生產(chǎn)能力要求，提高了供電系統(tǒng)的安全性、可靠性。

4 結(jié) 論

為解決新景公司洗煤廠原低壓配電系統(tǒng)保護(hù)元件保護(hù)功能單一、技術(shù)落后，電機(jī)的綜合保護(hù)裝置分散，變壓器保護(hù)力度不夠，人員巡檢和人工抄表的方式等缺陷，通過(guò)對(duì)配電系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)改造，采用總線控制的方式，智能化控制、檢測(cè)、保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備運(yùn)行，分散控制，總線傳輸數(shù)據(jù)低壓配電監(jiān)控管理系統(tǒng)。該監(jiān)控管理系統(tǒng)試運(yùn)行效果良好，實(shí)現(xiàn)了升級(jí)改造目的。