智能配電管理系統(tǒng)在呂臨選煤廠的應(yīng)用

金曉宇，尉曉瓏

(呂臨能化公司 選煤廠，山西 呂梁 033000)

傳統(tǒng)配電系統(tǒng)獨立，信息孤立；監(jiān)測數(shù)據(jù)不全面，無法實時監(jiān)控；日常的巡檢維護(hù)需要投入大量的人力物力；事前無預(yù)警，事后查找問題及檢修處理速度慢等。隨著現(xiàn)代化信息技術(shù)日漸完善，智能化配電管理系統(tǒng)得到迅速發(fā)展[1-2]，極大地提高了配電管理水平。

呂臨能化公司選煤廠隸屬于山西焦煤霍州煤電集團，是一座處理能力為10 Mt/a的大型煉焦煤選煤廠。該廠占地面積18公頃，工業(yè)廠區(qū)占地面積大，配套建有4座大型變電所、12個配電室，分布范圍廣、距離遠(yuǎn)。目前停送電檢修及故障處理采用人工停送電和設(shè)備故障復(fù)位，設(shè)備檢修及維護(hù)時都需要辦理諸多的停送電審批手續(xù)并人工進(jìn)行配電室停、送電操作，對比較偏遠(yuǎn)的配電室進(jìn)行停送電作業(yè)時，勞動強度大、耗費時間長、效率低，無法滿足選煤廠正常生產(chǎn)的要求。此外，采用人員定期巡檢查看安裝在現(xiàn)場配電柜上的綜合保護(hù)器來判斷設(shè)備運行情況是否正常,配電系統(tǒng)監(jiān)控方式原始落后,實時性差，亟待對現(xiàn)有的配電系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化升級。

1 系統(tǒng)建設(shè)目標(biāo)

針對目前存在的問題，呂臨能化選煤廠決定對現(xiàn)有配電系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化升級，建立智能配電管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)應(yīng)具有完善的檢測、操作功能，滿足系統(tǒng)安全可靠、管理便捷的要求，實現(xiàn)配電系統(tǒng)運行實時監(jiān)測、故障判斷等功能，達(dá)到配電設(shè)備運行的自動化、智能化管理的目的。智能配電管理系統(tǒng)主要功能包括：完善配電系統(tǒng)的保護(hù)功能；實現(xiàn)配電回路運行參數(shù)的實時性檢測和遠(yuǎn)程分合閘、遠(yuǎn)程故障復(fù)位操作等功能；完善停送電操作管理流程，實現(xiàn)授權(quán)、操作、掛牌等功能。

2 系統(tǒng)設(shè)計

結(jié)合現(xiàn)有配電系統(tǒng)和現(xiàn)場實際需求，利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、PLC控制技術(shù)進(jìn)行智能配電管理系統(tǒng)的設(shè)計。

1)通過增加通訊數(shù)據(jù)分站，實現(xiàn)在線、及時、準(zhǔn)確采集、監(jiān)測配電室相關(guān)運行參數(shù)。

2)通過對目前斷路器操作機構(gòu)升級，實現(xiàn)遠(yuǎn)程對配電柜進(jìn)行停送電操作和基本故障信號復(fù)位。

3)通過在配電柜的抽屜主觸頭安裝無線溫度傳感器，實現(xiàn)出現(xiàn)溫升異常情況時系統(tǒng)主動報警，消除安全隱患。

4)通過增設(shè)視頻軌道機器人實現(xiàn)自動巡檢和定位，代替人員巡檢，實現(xiàn)出現(xiàn)故障能夠遠(yuǎn)程定位，真正達(dá)到配電室無人值守。

5)通過對配電室數(shù)字化升級、軟件系統(tǒng)集成，實現(xiàn)手機APP審批用電工作流程，提高工作效率。

3 系統(tǒng)組成

智能配電管理系統(tǒng)主要由設(shè)備運行狀態(tài)和參數(shù)監(jiān)測系統(tǒng)、PLC綜合遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)、無線測溫系統(tǒng)、視頻軌道機器人自動巡檢和定位系統(tǒng)、網(wǎng)管式停送電系統(tǒng)和電子掛牌系統(tǒng)等組成。

3.1 設(shè)備運行狀態(tài)和參數(shù)監(jiān)測系統(tǒng)

在現(xiàn)有配電柜的綜合保護(hù)器上增加通訊數(shù)據(jù)分站,通過安裝數(shù)據(jù)采集軟件KEPsever從通訊數(shù)據(jù)分站獲取設(shè)備的電壓、電流、功率等參數(shù)以及運行狀態(tài)、數(shù)據(jù)等全系統(tǒng)運行參數(shù)。

上位機通過OPC服務(wù)器直接采集KEPsever獲得的相關(guān)數(shù)據(jù)，最終實現(xiàn)遠(yuǎn)程在線、及時、準(zhǔn)確采集、監(jiān)測配電室用電設(shè)備的電壓、電流、功率等參數(shù)以及檢測配電室設(shè)備的運行狀態(tài)、數(shù)據(jù)以及全系統(tǒng)運行參數(shù)，見圖1.

圖1 設(shè)備運行狀態(tài)和參數(shù)監(jiān)測系統(tǒng)圖

3.2 PLC綜合遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)

1)斷路器操作機構(gòu)升級。

目前的設(shè)備停送電作業(yè)是通過人工操作機械手柄實現(xiàn)的，這種操作對于距離較遠(yuǎn)的配電室，會出現(xiàn)停送電不及時的情況，停送電效率低，一定程度上降低了生產(chǎn)效率。為了提高停送電的便捷性和生產(chǎn)效率，將手動操作機構(gòu)升級為電動操作機構(gòu)，通過遠(yuǎn)程控制在集控室就能實現(xiàn)斷路器的合閘和分閘，見圖2.

圖2 電動操作機構(gòu)控制示意圖

電動操作機構(gòu)采用先進(jìn)的開關(guān)電源技術(shù)，利用小型永磁式直流電動機驅(qū)動進(jìn)行電動閉合、斷開和再扣操作的配套機構(gòu)。該機構(gòu)體積小、安裝方便、工作穩(wěn)定，分合、脫扣顯示直觀，并可進(jìn)行手動操作[3-4].

2)PLC系統(tǒng)優(yōu)化。

在PLC柜增加一個集中/就地轉(zhuǎn)換開關(guān)，正常工作狀態(tài)下，此轉(zhuǎn)換開關(guān)處于“集中”位置，實現(xiàn)遠(yuǎn)方控制。當(dāng)PLC系統(tǒng)故障時，轉(zhuǎn)換開關(guān)打到“就地”位置，實現(xiàn)在配電柜旁的現(xiàn)場操作。

在現(xiàn)有的抽屜面板上，保留合分閘指示燈，并增加合閘和分閘按鈕，目的是當(dāng)PLC出現(xiàn)癱瘓時，能通過抽屜面板上的合分閘按鈕實現(xiàn)設(shè)備的停送電功能，防止PLC癱瘓后，設(shè)備的停送電無法實現(xiàn)[5].

3.3 無線測溫系統(tǒng)

為了避免配電室火災(zāi)事故的發(fā)生，在配電柜抽屜里安裝無線測溫傳感器，并將每個回路的ABC三相的工作溫度實時上傳至計算機，該溫度信息通過計算機能夠顯示歷史溫度曲線，一旦出現(xiàn)溫度超限狀況或溫度變化異常，系統(tǒng)發(fā)出報警信息，人為干預(yù)消除潛在的故障，避免火災(zāi)事故的發(fā)生[6].

3.4 視頻軌道機器人自動巡檢和定位系統(tǒng)

為充分了解配電室的信息，在配電室安裝視頻軌道機器人以實現(xiàn)自動巡視，視頻軌道機器人自動巡檢和定位系統(tǒng)原理圖見圖3，根據(jù)需要或配電回路報警實現(xiàn)配電柜具體回路的精準(zhǔn)定位，方便遠(yuǎn)程觀察配電或故障情況。當(dāng)配電室遠(yuǎn)程操作或配電系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，巡檢機器人會快速定位至事件發(fā)生地點進(jìn)行視頻監(jiān)控抓拍并聯(lián)動語音系統(tǒng)進(jìn)行報警，真正實現(xiàn)配電室無人值守。

圖3 視頻軌道機器人自動巡檢和定位系統(tǒng)原理圖

軌道式智能巡檢機器人系統(tǒng)通過搭載視頻設(shè)備和傳感器，沿軌道對電力設(shè)備進(jìn)行巡檢，能夠?qū)崿F(xiàn)配電室內(nèi)設(shè)備全方位、全自主智能巡檢和監(jiān)控，也可以人工操作獲取需要檢測設(shè)備的重要信息，提高了檢測的范圍、巡檢效率和智能化水平。軌道式智能巡檢機器人系統(tǒng)的應(yīng)用可有效降低設(shè)備維護(hù)成本，提高設(shè)備巡檢、設(shè)備管理的自動化和智能化水平，為智能配電和無人值守站提供新型的技術(shù)檢測手段和可靠的安全保障。

3.5 網(wǎng)管式停送電系統(tǒng)

為確保實現(xiàn)遠(yuǎn)程停送電的安全可靠,基于完善的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架及系統(tǒng)信息鏈,構(gòu)建網(wǎng)管式停送電管理流程。

網(wǎng)管式停送電管理流程是根據(jù)傳統(tǒng)的工作票機制,使其在網(wǎng)絡(luò)通訊中依托手機微信，通過云技術(shù)接收信號和發(fā)送指令，協(xié)同PLC控制系統(tǒng)控制斷路器上的電動操作機構(gòu)，實現(xiàn)申請、審批、允許、操作及整個事件的記錄等作業(yè)。

通過網(wǎng)管式停送電系統(tǒng)，即可用電腦端、手機端完成用電、停電、送電流程審批作業(yè)，實現(xiàn)靈活的審批流程、便捷的無紙化操作。同時所有操作將會被自動記錄，可查詢?yōu)g覽、打印、全程可追溯。指尖上的辦公縮減了流程運轉(zhuǎn)時間，實現(xiàn)了即時辦公，提升了工作效率。

3.6 電子掛牌系統(tǒng)

電子掛牌系統(tǒng)通過手機實現(xiàn)電子掛牌，同時為了安全管理的需要，在配電室內(nèi)增加液晶顯示屏顯示配電室重要的信息，實現(xiàn)了停送電掛牌無人化，避免了人工誤操作，防止意外事故的發(fā)生。電子掛牌系統(tǒng)界面見圖4.

圖4 電子掛牌系統(tǒng)界面圖

4 實施效果

4.1 創(chuàng)新管理模式

智能配電管理系統(tǒng)投用后可通過PLC系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)后臺電腦終端和手機APP掌握配電回路運行和故障信號，并結(jié)合軌道機器人定位到故障回路，代替人工巡視及觀察，遠(yuǎn)程分析和觀察配電回路運行情況。通過該系統(tǒng)能方便、快捷、遠(yuǎn)程實現(xiàn)停電、送電、故障復(fù)位和事故分析等功能，解決了偏遠(yuǎn)配電室停送電距離遠(yuǎn)、效率低等對生產(chǎn)的影響。此外，停電、送電審批可完全通過手機APP完成，縮減了流程運轉(zhuǎn)時間，實現(xiàn)了無紙化操作辦公，提升了工作效率。

4.2 提升安全管理水平

智能配電管理系統(tǒng)投用后，實現(xiàn)了配電系統(tǒng)的實時監(jiān)測和配電室無人則安的本質(zhì)安全目標(biāo)，并且通過在配電柜抽屜里安裝無線測溫傳感器，可預(yù)防配電事故及火災(zāi)事故的發(fā)生，提升了選煤廠配電系統(tǒng)的安全管理水平。

4.3 經(jīng)濟效益

智能配電管理系統(tǒng)建設(shè)，提高了生產(chǎn)系統(tǒng)的運行效率，減少了設(shè)備的空載運行時間，降低了設(shè)備的折舊費用。此外，智能配電管理系統(tǒng)的投用實現(xiàn)了遠(yuǎn)程停送電和故障復(fù)位，節(jié)約了人工成本。

5 結(jié) 語

智能配電管理系統(tǒng)的使用提升了選煤廠停送電操作的安全性，有效節(jié)約了人力資源，提升了工作效率，真正實現(xiàn)了配電室無人化，提升了選煤廠供配電高效化、自動化、智能化水平。