選煤廠低壓配電智能化改造

李雨幕，王宇涵

(平頂山中選自控系統(tǒng)有限公司，河南 平頂山 467000)

近年來，隨著煤炭企業(yè)不斷降本增效，煤炭行業(yè)智能化升級(jí)改造的需求日益突出。同時(shí)計(jì)算機(jī)技術(shù)、工業(yè)通信技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)的快速發(fā)展也為智能化選煤廠給予了技術(shù)支撐。低壓配電系統(tǒng)作為選煤廠最基礎(chǔ)、最重要的一部分，其智能化程度直接影響選煤廠的智能化程度。

1 選煤廠配電系統(tǒng)現(xiàn)狀

選煤廠主要以帶式運(yùn)輸機(jī)、泵、振動(dòng)篩等低壓電機(jī)設(shè)備為主，通過接觸器控制設(shè)備的運(yùn)行及停止。目前，選煤廠配電系統(tǒng)對(duì)于運(yùn)行設(shè)備的電氣保護(hù)以斷路器和電機(jī)保護(hù)器組合為主，甚至部分選煤廠仍在使用熱繼電器保護(hù)電機(jī)。相較于石油化工等其他行業(yè)，配電系統(tǒng)的信息化程度較低。另外，早期建設(shè)的選煤廠由于改建、擴(kuò)建等原因，配電室數(shù)量多，分布分散，維護(hù)巡檢任務(wù)繁重。這樣就造成選煤廠配電系統(tǒng)故障排除難度大、停送電周期長、電氣人員冗余等問題。因此構(gòu)建智能化無人值守配電室，實(shí)現(xiàn)選煤廠智能化成為發(fā)展的必然趨勢(shì)。

2 選煤廠低壓配電系統(tǒng)改造措施

2.1 塑殼斷路器操作遠(yuǎn)程化

塑殼斷路器是選煤廠低壓配電系統(tǒng)中的基本元器件。塑殼斷路器遠(yuǎn)程化操作，以引入斷路器電動(dòng)操作機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)對(duì)斷路器的遠(yuǎn)程操作。同時(shí)，為了提高操作過程中的安全性和可靠性，對(duì)抽屜型柜體一般還要求：抽屜單元處于連接位置才允許合斷路器；抽屜單元在非連接位斷路器必須處于分閘狀態(tài)。

目前，選煤廠低壓配電柜主要以手動(dòng)旋轉(zhuǎn)手柄操作斷路器為主。選煤廠早期低壓柜體特征如表1。在使用過程中，連鎖機(jī)構(gòu)行程有4個(gè)位置：隔離、抽出、試驗(yàn)、連接。在連接位置，抽屜一次線路已經(jīng)帶電，可以正常工作；在試驗(yàn)位置，連鎖機(jī)構(gòu)微動(dòng)開關(guān)動(dòng)作，一次斷開連接，只有二次控制回路有電；抽出、隔離位置，抽屜一次、二次均沒有電。改造過程中，需要結(jié)合選煤廠原柜體的特征，更換原有抽屜單元的聯(lián)鎖機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)抽屜單元對(duì)電動(dòng)操作機(jī)構(gòu)、柜體的聯(lián)鎖，最終達(dá)到抽屜在連接位置才能夠合斷路器，非連接位斷路器必須分閘的目的。對(duì)于MNS柜體，目前仍然是主流的抽屜型配電柜體，其配件較為齊全，抽屜單元內(nèi)部空間也較GCS型柜體大，電動(dòng)操作機(jī)構(gòu)可以漏出柜門實(shí)現(xiàn)手動(dòng)操作，便于升級(jí)改造；而GCS柜體由于故障率高、空間小等問題，普及率本身并不高，很多廠家已經(jīng)不生產(chǎn)和提供相關(guān)配件，另外，其聯(lián)鎖機(jī)構(gòu)體積較大，安裝位置居中，電動(dòng)操作機(jī)構(gòu)無法漏出柜門，手動(dòng)操作方式不太理想，改造升級(jí)較為困難。

表1 選煤廠抽屜單元特征

2.2 電機(jī)保護(hù)器的智能化

選煤廠運(yùn)行設(shè)備以電機(jī)設(shè)備為主。目前，選煤廠對(duì)電機(jī)的保護(hù)以基本型電機(jī)保護(hù)器為主，也有部分老廠仍在使用熱繼電器保護(hù)電機(jī)。基本型電機(jī)保護(hù)器及熱繼電器只有基本的過電流保護(hù)功能，功能較為單一，已經(jīng)無法實(shí)現(xiàn)選煤廠更高的要求[1]。另外，由于沒有配備通信功能，也無法做到對(duì)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的遠(yuǎn)程監(jiān)視。

智能化電機(jī)保護(hù)器最基本的特點(diǎn)是具有可編程I/O點(diǎn)及通信功能，根據(jù)需要還可以配置電流、電壓等電力參數(shù)測(cè)量功能，甚至可以實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)診斷。選煤廠配電系統(tǒng)里，一般都是使用開關(guān)量信號(hào)實(shí)現(xiàn)設(shè)備的啟動(dòng)和停止，因此，可以利用智能化電機(jī)保護(hù)器的可編程I/O功能采集抽屜單元內(nèi)元件的狀態(tài)及驅(qū)動(dòng)抽屜單元內(nèi)元件的動(dòng)作或停止。智能化電機(jī)保護(hù)器的通信功又按協(xié)議分為Modbus-RTU、ProfiNet、EtherNet 3種，在實(shí)際項(xiàng)目應(yīng)用中ProfiNet及EtherNet通信效果較好。

在智能化配電系統(tǒng)里，智能化電機(jī)保護(hù)器可以視為一個(gè)僅需要控制和監(jiān)視抽屜單元內(nèi)部元件的微型PLC分站，與選煤廠PLC主站通過通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)指令的傳輸，其可以將抽屜單元里采集的狀態(tài)信號(hào)發(fā)送給主PLC，也可以實(shí)現(xiàn)主站PLC對(duì)抽屜單元內(nèi)元件的控制，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的運(yùn)行(見示意圖1)。同時(shí)，得益于通信、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，可以省去傳統(tǒng)的硬鏈接(使用多芯控制電纜)，減少電纜的經(jīng)濟(jì)投入[2]。

圖1 智能化電機(jī)保護(hù)器作用示意

2.3 配電柜巡檢的無人化

配電室巡檢，可以及時(shí)有效地發(fā)現(xiàn)或確定設(shè)備缺陷和隱患，是確保選煤廠正常生產(chǎn)工作不可或缺的一項(xiàng)重要環(huán)節(jié)。而配電系統(tǒng)智能化的主要目的是為了減員增效，實(shí)現(xiàn)配電室無人值守。因此，在改造方案中提出采用智能巡檢機(jī)器人替代傳統(tǒng)人工實(shí)現(xiàn)配電室無人值守巡檢監(jiān)測(cè)工作。

智能巡檢機(jī)器人系統(tǒng)主要由基礎(chǔ)平臺(tái)、巡檢機(jī)器人、巡檢監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、可視化等子系統(tǒng)組成。基礎(chǔ)平臺(tái)包括平臺(tái)硬件和平臺(tái)軟件，通過配置網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備提供各子系統(tǒng)相互之間通信的能力；平臺(tái)軟件主要由綜合管理、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析、告警管理等功能組成。智能軌道式巡檢機(jī)器人，主要由機(jī)器人主體、軌道系統(tǒng)以及整合各類傳感器和監(jiān)測(cè)設(shè)備；通過對(duì)控制系統(tǒng)、信號(hào)系統(tǒng)、機(jī)械系統(tǒng)、成像系統(tǒng)、預(yù)警系統(tǒng)等智能化集成，實(shí)現(xiàn)各種自動(dòng)化巡檢任務(wù)的執(zhí)行。巡檢數(shù)據(jù)包括由多類傳感器和可見光攝像機(jī)、紅外熱成像儀等監(jiān)測(cè)模塊組成，通過配置各類巡檢監(jiān)測(cè)能力對(duì)現(xiàn)場(chǎng)柜體和表計(jì)各巡檢點(diǎn)完成巡檢工作和數(shù)據(jù)采集。可視化部分包括控制工作臺(tái)、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)展示、告警數(shù)據(jù)展示、巡檢數(shù)據(jù)展示等功能。

圖2 智能化巡檢機(jī)器人

智能巡檢機(jī)器人的優(yōu)勢(shì)在于可以自動(dòng)完成各類設(shè)備的運(yùn)行狀況巡檢，通過通信網(wǎng)絡(luò)將配電室現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)控畫面及相關(guān)數(shù)據(jù)傳送給后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)，巡檢過程無需人工參與，不受環(huán)境危險(xiǎn)惡劣因素影響，從而達(dá)到快速、準(zhǔn)確、高效地完成巡檢工作。巡檢機(jī)器人的巡檢范圍如下：(1)配電室配電柜體；(2)配電柜體表計(jì)數(shù)據(jù)讀取(不含識(shí)別)；(3)環(huán)境監(jiān)測(cè)：溫濕度，煙霧，噪音；(4)聲光報(bào)警，現(xiàn)場(chǎng)拾音；(5)設(shè)備表面溫度。為了避免與工廠工作人員的工作面發(fā)生沖突，巡檢機(jī)器人一般采用軌道吊裝模式，并且巡檢機(jī)器人上安裝有行走小輪和升降功能，可以沿著軌道行走和上下巡檢配電柜抽屜單元。通常選煤廠大型配電室一般為雙排面對(duì)面布置，小型配電室多為單排一字布置，針對(duì)這一布置特點(diǎn)，機(jī)器人軌道設(shè)計(jì)為“S”形布置或“O”形，這樣便于機(jī)器人對(duì)低壓配電柜實(shí)現(xiàn)全方位的監(jiān)控。

3 應(yīng)用效果

低壓配電系統(tǒng)智能化改造已經(jīng)在某選煤廠投入了運(yùn)行。運(yùn)行效果如下：

(1)塑殼斷路器遠(yuǎn)程分合閘操作可以有效地提高選煤廠電氣檢修的工作效率，特別針對(duì)位置偏遠(yuǎn)的配電室，能夠有效降低電工的工作負(fù)荷。

(2)智能化電機(jī)保護(hù)器比傳統(tǒng)電機(jī)保護(hù)能夠提供更多的保護(hù)數(shù)據(jù)，工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議的支持提供了較傳統(tǒng)協(xié)議更高的傳輸速率，讓用戶能夠準(zhǔn)確、快速地采集自己需要的數(shù)據(jù)，確保設(shè)備的正常運(yùn)行。

(3)設(shè)備供電回路遠(yuǎn)程分合閘運(yùn)行時(shí)，智能巡檢機(jī)器人能夠自動(dòng)跟蹤監(jiān)視到設(shè)備回路，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)視設(shè)備回路供電狀態(tài)，確定設(shè)備回路的可靠供電。

通過運(yùn)行表明，3個(gè)低壓配電智能化改造措施相互配合，監(jiān)控管理效果理想，能夠提供有效、安全的配電管理，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) 語

在選煤廠智能化改造升級(jí)的項(xiàng)目中，由于低壓配電系統(tǒng)直接關(guān)系到生產(chǎn)可靠性、安全性，對(duì)該系統(tǒng)的無人化、智能化需求也十分普遍。根據(jù)市場(chǎng)的這種需求，眾多廠家也根據(jù)目前的實(shí)際情況，提出了自己的智能化改造方案。但選煤廠的智能化還處于探索階段，還需要驗(yàn)證和不斷地改進(jìn)。