斜溝煤礦選煤廠低壓停送電系統遠程智能改造

楊正東

(山西焦煤 西山煤電 斜溝煤礦 選煤廠，山西 興縣 033602)

0 引言

斜溝煤礦選煤廠是與斜溝礦井配套建設的礦井型選煤廠,年處理原煤15 Mt,原料煤為礦井生產原煤。斜溝煤礦選煤廠供電系統按二級負荷考慮供電,高壓供電電壓等級為10 kV,低壓供電電壓等級為660 V,共配置高壓配電室3個、低壓配電室23個。高、低壓配電室之間距離較遠,停送電需要電工、調度員、崗位司機三方面相互配合,停送電過程時常出現申請難、找人難、審批難等情況且人為干擾因素大,存在安全隱患。

斜溝煤礦選煤廠原低壓配電系統存在的問題有:①停送電必須手動操作、現場確認、操作工常穿梭于配電室、值班室、設備現場等多個地點,存在費時費力、效率低下等問題;②停送電作業流程繁瑣且需多部門、多級人員參與,存在申請單不規范、申請單流轉率低、審批時間長的問題[1,2];③存在停送電記錄信息不完整、信息追索困難的問題。

本文以斜溝煤礦選煤廠為例,基于PLC、遠程控制技術、Modbus TCP通訊技術對原低壓配電系統進行優化改造,達到安全、智能供電的目的。

1 低壓遠程智能停送電系統組成

斜溝煤礦選煤廠低壓遠程智能停送電系統組成如圖1所示,主要包括管理層、執行層和設備層。其中,管理層負責停送電申請提交、審批、停送電記錄查詢和驗電信息更新,負責對用戶進行信息管理、權限管理;該層還可以通過配置的人機界面動態、實時地查看停送電狀態。執行層布置有PLC核心處理系統,以Modbus TCP通訊模式接收管理層下發的停送電指令[3,4],驅動各配電室的斷路器、接觸器、閘開關等電氣元器件動作,同時采集設備帶電狀態、設備電力數據回傳至管理層。設備層包括產品倉660 V配電室、產品倉380 V配電室和920配電室等配電室,將各配電室當前狀態信息以Modbus TCP通訊反饋至執行層。

圖1 斜溝煤礦選煤廠低壓遠程智能停送電系統組成框圖

2 硬件選型

斜溝煤礦選煤廠低壓遠程智能停送電系統硬件組成如圖2所示,停送電指令可由手持終端以無線通訊模式傳送至基站,由基站將指令傳送至Modbus TCP網絡;也可由PC終端直接將停送電指令傳送至Modbus TCP網絡。PLC控制系統的核心處理器為AB 1756-L75 PLC并配置1756-EN2TER模塊,支持Modbus TCP通訊,通過該模塊可與人員識別系統、配電管理終端、手持后臺服務器、智能配電管理服務器以及調度終端等設備通訊[5,6]。人臉識別系統用于控制出入配電室的人員,只有擁有對應權限的人員才可以出入配電室。配電室內配置配電管理終端和巡檢攝像頭,可對低壓開關柜進行巡檢;進行遠程分合閘操作時,可以借助巡檢攝像頭將現場畫面反饋至管理層的人機界面,實現遠程安全自主停送電。手持后臺服務器、智能配電管理服務器用于存儲低壓系統遠程智能停送電系統的所有數據,包括停送電指令、電氣元器件執行結果、實時狀態、電力數據、停送電申請流程、停送電審批流程、停送電記錄以及用戶數據等。

斜溝煤礦選煤廠低壓系統遠程智能停送電硬件還包括安裝與配電室各回路的斷路器、接觸器等,如:①進線回路的CW6框架斷路器內含智能控制器以及支持Modbus TCP通訊的FBT/W6-T模塊,采用高精度熱敏電阻間接測量觸頭溫度以及觸頭磨損系數,實現進線回路設備的遙測、遙控、遙信以及遙調功能;②饋線回路的CM5Z塑殼斷路器內含iPN26T智能脫扣器、Modbus TCP通訊模塊,可實現饋線回路的狀態監測、智能保護、智能控制以及維護管理;③電動機回路的微機電動機綜合保護器WPJ1-PD內含電流互感器、零序電流互感器,支持Modbus TCP通訊,可實現電動機三相電流、三相電壓等狀態監測,實現三相不平衡、斷相、過載和啟動超時等保護。

3 軟件組成

斜溝煤礦選煤廠低壓遠程智能停送電系統軟件組成及功能如圖3所示,分為前端應用、后端應用以及輔助應用三部分。

圖3 斜溝煤礦選煤廠低壓遠程智能停送電系統軟件組成及功能框圖

改造后的低壓遠程智能停送電系統軟件具體流程如下:

步驟1:作業人員經手持終端或PC終端申請停送電,需作業人員自己確認避免誤申請。

步驟2:低壓遠程智能停送電系統(簡稱系統)向車間主任/值長實時發送停送電審核申請并實時提醒。

步驟3:車間主任/值長對接收到的停送電申請進行審核并確保清晰掌握作業內容,并將審核結果發送至系統。

步驟4:系統接收到審核同意結果后,在自檢具備停送電條件時,發送停送電指令至操作工處,實行點對點精準傳輸(手動模式);或者發送停送電指令到執行單元(自動模式)。

步驟5:經人員識別系統確認操作工信息后執行停送電操作,同時上傳操作人員信息至系統;或由操作機構自動執行停送電操作,由系統自動采集設備帶電狀態。

步驟6:系統與PLC經三次握手確認設備停送電狀態。

步驟7:系統發送設備供電狀態變更通知至作業人員處。

步驟8:由數據服務器記錄上述每個步驟的時間、人員以及操作內容。

4 應用分析

為驗證改造后的低壓遠程智能停送電系統的可靠性和適用性,在斜溝煤礦選煤廠進行工程實踐應用。以控制選煤廠裝車系統的1#～4#給煤機為例,低壓遠程智能停送電系統的停送電申請、審核統計數據如表1所示,指令執行過程數據統計如表2所示。

表1 停送電申請、審核統計數據

表2 停送電指令執行過程數據統計

分析表1、表2可知:低壓遠程智能停送電系統投入使用后,停送電流程用時由原來的約30 min壓縮至約10 min,有效解決了停送電作業時間滯后、通訊延遲、效率低下等問題,實現了停送電管理智能化;降低了低壓保護誤動作頻次,極大地減少了越級跳閘現象。該方案在斜溝煤礦選煤廠已經投入運行6個月,用電設備故障率降低了約60%,損壞率降低了約75%,因故障及設備損壞的系統停運時間明顯降低,保證了停送電作業的安全性。原斜溝煤礦選煤廠低壓配電系統巡檢以人工現場巡檢為主,應用該方案后,轉變為在線巡檢為主,現場巡檢頻次由每班一次減少為每周一次,實現了低壓配電室少人值守,可有效減少崗位人員7名;停送電過程的無紙化審批每年可節約4.3萬余張用紙;降低了操作工的勞動強度,提升了工作效率,使其有更多的精力來做好安全確認,安全性大大提高。

5 結論

改造后的斜溝煤礦選煤廠低壓遠程智能停送電系統具有多種安全保障、權責清晰、系統智能以及少人值守的特點,提高了選煤廠低壓配電設備的安全性,可提前預防用電隱患與故障,保障了選煤廠用電安全。同時,實現了選煤廠低壓配電系統的智能化閉環管理,在提高作業效率的同時降低了操作工的勞動強度,社會經濟效益良好。