新景礦洗煤廠低壓配電系統智能化改造

張 凱

（陽煤集團新景公司洗煤廠，山西 陽泉 045000）

1 概 述

陽煤集團新景公司洗煤廠，屬礦井型選煤廠，由北京華宇工程有限公司平頂山選煤設計院設計，設計洗選能力為360萬t/a，并于1997年10月建成投產，通過近年來改擴建工程，設計能力已上升至800萬t/a。采用全重介洗選加工工藝，全廠由原煤準備篩分系統、塊煤重介淺槽排矸系統、末煤重介旋流器分選系統、煤泥水處理系統和產品儲運系統五大系統組成。入選煤種為無煙煤，主要產品有洗中塊、洗小塊、1#噴粉煤、2#噴粉煤、4#噴粉煤、末原煤，其中主導產品1#噴粉煤因低灰、低磷、低硫、低揮發分，可磨性好等特性而遠銷日本、韓國、巴西等地。

隨著生產能力的不斷提高，新景公司洗煤廠原低壓配電系統存在諸多問題，例如系統設備嚴重老化，系統保護裝置功能少，管理控制能力不足，在生成過程中經常造電氣設備損害，嚴重影響了本洗煤廠的生產運行。隨著計算機、智能化、網絡化水平不斷提高，工業通信化技術在快速發展，為智能化管理、監控低壓配電給予了技術支撐[1]。本文采用現有的智能化控制技術對新景洗煤廠的低壓配套系統進行升級改造。

2 存在問題及改造目標

新景洗煤廠原低壓配電系統保護元件仍然采用保護功能較為單一且技術相當落后的熱過載繼電器[2]；電機的綜合保護裝置分散，不能統一集中監控；廠變壓器保護基本為零；仍采用人員定期巡檢或者通過安裝在配電室的電機綜合保護裝置評判線路、設備等運行狀況，該監控方式效果差，效率低下，跟進性落后；電能計量儀表技術落后，功能老舊，采用人工讀表、抄表的方式，不僅速度慢，而且錯誤率極高，常常達不到生產考核標準。原配套的低壓配電系統暴漏出來的這些問題，嚴重制約了新景洗煤廠的經濟效益。

針對以上原配套的低壓配電系統缺陷，決定對新景洗煤廠配電系統進行改造研究。升級的低壓配電系統不僅要具有智能化監控，還要實現遠距離傳輸控制[3]。低壓配電智能化監控系統應具有檢測功能齊全、可操作性強、安全可靠、管理方便等特點，而且必須滿足完善的故障評判、報警、執行動作等功能，實現實時監測，自動控制低壓運行的設備關停，來達到智能化管理的目的。通過現場采集設備運行的狀況，實時傳輸給控制終端，實現遠程故障修復、保護操作等功能；以表格、曲線、報表的形式顯示監測量；并通過網絡發布，實現多終端監視功能，實現各層管理人員的遠程監視。

3 改造方案及實施

本次升級改造方案決定采用總線控制的方式，傳感器采集現場數據，采集到的數據傳輸到分析系統進行分析，保護和控制功能實現智能化運行。智能化控制終端發出指令，現場設備完成基本的控制保護功能，實時檢測、診斷設備運行情況。“分散控制”被“現場控制”取代，數據采用“總線”傳輸，“集中控制站”由“虛擬的分散控制站”代替。

3.1 核心智能化電機保護裝置采集數據

圖1 低壓配電系統智能化綜保原理圖

為了代替功能單一的熱過載繼電器，本次選擇具有微處理器的技術的智能化配電控制元件，該元件具有標準的通訊接口，能夠準確采集電機運行的實時電流和電壓數據，綜合保護電機啟動超時、堵轉、電流過載、線路短路、電壓過壓和欠壓、電流欠流等情況。升級低壓配電的電機保護裝置，該保護裝置稱為電機智能綜合保護裝置，升級版的保護裝置具有采集數據、分析數據、處理數據、輸出數據等強大功能；與PLC控制器相連接，實現RS-385及時通訊，還能與Modbus-RTU協議進行交換，給操作者提供了極大的便利，控制效率顯著提高。電機智能綜合保護裝置能夠現場查詢參數、修改參數，具備總線連接接口，構建了設備層、傳輸層以及控制層的網絡。智能化綜保原理圖見圖1所示。

3.2 構建通訊網絡

選用Modbus-RTU作為低壓配電智能化保護裝置的通訊協議。為了方便使用、配置，該協議具有RS242/385接口，只要Modbus協議設備擁有該接口，就能實現與現場總線互連[4]。Modbus主從通訊傳輸模式選擇RTU（Remote Terminal Unit）型，優點在于主站通過發送通信指令就可以使所有從站的主設備根據信息幀地址選擇適合其的從設備。

RS242/385接口在通訊物理接口方面，具有傳輸效率高、損失率小、可進行遠距離通訊、節點較多、構成分布系統較方便等優勢。低壓配電智能化保護系統采用RS242/385物理接口，構建現場設備網絡快，接線口用于各個配電室，這樣可以形成以配電室為單元的設備網絡層，另外，通訊節點采用以太環網，利用以太環網高速大量的特性解決信息損耗的問題。整個系統通訊網絡在TCP/IP協議、以太環網的基礎上，快速的實現控制終端與現場設備層的網絡溝通。

3.3 改造方案

1）對已經安裝并且運行的蒼南系列綜保，通過RS-385總線采用Modbus-RTU通訓協議采集各綜合保護器參數，就近接入到本室集中控制系統的MODBUS模塊上。實現上位機遠程讀取數據，并通過OPC協議實現數據共享。采用環網式集中控制電機保護系統如圖2所示。

圖2 環網式集中控制電機保護系統

2）新增加的電機綜合保護器，采用華控偉業產品，通過現場的每臺電機在柜內加裝一臺電機智能綜合監控器，將電機保護器的實時運行數據通過CAN總線傳輸到各配電室PLC分站。配電室配備觸摸顯示屏與PLC分站連接，實時顯示電機的運行狀況。電機監控系統將各電機設備的實時動態運行狀況通過中間信號采集及轉換單元匯總上傳至上位機，從而構建起一套“終端分散保護+中間局部監測+全廠集中監測”的完整系統，使得機電設備的運行有全面的保護做保障，同時還可實現配電室內監測分站和集控室上位機對設備的參數設置、運行動態監測、故障原因分析、保護記錄的查閱、電度計量及相關報表匯總等功能。本系統提供OPC接口，以便全廠信息管理系統采集數據。“終端分散保護+中間局部監測+全廠集中監測”的完整系統見圖3。

圖3 低壓配電智能化監控系統

3）系統組成。

電機綜合監控器根據需要，機電綜合監控器為每臺機電設備均配備，并安裝在相應的配電柜里，進行實時監控。一旦三相電流、電壓發生故障，綜合監控器就執行保護動作。

監測分站。在配電室里安裝有監測分站及配套光電發射轉換器、光纖終端盒等信號中繼單元。采用CAN通訊方式的下行接口，電機綜合監控器與屏蔽雙絞線相連接；采用自適應的以太環網通訊方式的上行接口，不同的中繼單元與相應的類型雙絞線連接，再由光電轉換器把電信號轉變成光信號進行通訊。

上位機。上位機安裝在集控室，電機運行參數在監測分站控制下，運行情況被四芯多模光纖纜匯總至總單元，此時光信號在總單元里的光電轉換器，再次轉換為電信號，不同類型雙絞線把該信號通過以太環網的模式傳輸給交換機，交換機輸出端與工控機相連，進而信號被傳輸到廠局域網。

4）單臺電機的綜合監測保護。①單臺電機的綜合保護及監測通過電機綜合監控器來完成；②電機綜合監控器對電機運行中遇到的電流失衡、過流、短路、過載、欠壓、漏電、堵轉、輕載、啟動時間超長等故障進行監測報警保護，且保護動作有記錄存儲并將所有數據上傳給三相電力設備監控儀；③與監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，漏電保護參數按照電機的啟動和運行階段的機械特性分別設置；④電機綜合監控器監測并顯示電機實時運行的三相電壓、三相電流、漏電電流、三相有功功率、總有功功率、總無功功率、總功率因素等數據參數，具有計量功能，可統計有功電度、無功電度及電機累計運行時間；⑤電機綜合監控器有故障記錄、查詢功能、降壓起動轉換控制功能、CAN通訊功能。

3.4 生產實踐

低壓配電系統改造的智能化監控裝置在新景礦洗煤廠進行了試運行。通過運行表明，智能監控裝置功能齊全，彌補了原配套的低壓配電保護裝置的不足。該低壓配電智能化監控管理效果理想，良好的保護了供電使用，達到了洗煤廠生產能力要求，提高了供電系統的安全性、可靠性。

4 結 論

為解決新景公司洗煤廠原低壓配電系統保護元件保護功能單一、技術落后，電機的綜合保護裝置分散，變壓器保護力度不夠，人員巡檢和人工抄表的方式等缺陷，通過對配電系統進行升級改造，采用總線控制的方式，智能化控制、檢測、保護現場設備運行，分散控制，總線傳輸數據低壓配電監控管理系統。該監控管理系統試運行效果良好，實現了升級改造目的。