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有限公司，河南 平頂山 467000)

近年來，隨著煤炭企業不斷降本增效，煤炭行業智能化升級改造的需求日益突出。同時計算機技術、工業通信技術、自動化技術的快速發展也為智能化選煤廠給予了技術支撐。低壓配電系統作為選煤廠最基礎、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 選煤廠配電系統現狀

選煤廠主要以帶式運輸機、泵、振動篩等低壓電機設備為主，通過接觸器控制設備的運行及停止。目前，選煤廠配電系統對于運行設備的電氣保護以斷路器和電機保護器組合為主，甚至部分選煤廠仍在使用熱繼電器保護電機。相較于石油化工等其他行業，配電系統的信息化程度較低。另外，早期建設的選煤廠由于改建、擴建等原因，配電室數量多，分布分散，維護巡檢任務繁重。這樣就造成選煤廠配電系統故障排除難度大、停送電周期長、電氣人員冗余等問題。因此構建智能化無人值守配電室，實現選煤廠智能化成為發展的必然趨勢。

2 選煤廠低壓配電系統改造措施

2.1 塑殼斷路器操作遠程化

塑殼斷路器是選煤廠低壓配電系統中的基本元器件。塑殼斷路器遠程化操作，以引入斷路器電動操作機構來實現對斷路器的遠程操作。同時，為了提高操作過程中的安全性和可靠性，對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。

目前，選煤廠低壓配電柜主要以手動旋轉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，連鎖機構行程有4個位置：隔離、抽出、試驗、連接。在連接位置，抽屜一次線路已經帶電，可以正常工作；在試驗位置，連鎖機構微動開關動作，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，需要結合選煤廠原柜體的特征，更換原有抽屜單元的聯鎖機構，實現抽屜單元對電動操作機構、柜體的聯鎖，最終達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，抽屜單元內部空間也較GCS型柜體大，電動操作機構可以漏出柜門實現手動操作，便于升級改造；而GCS柜體由于故障率高、空間小等問題，普及率本身并不高，很多廠家已經不生產和提供相關配件，另外，其聯鎖機構體積較大，安裝位置居中，電動操作機構無法漏出柜門，手動操作方式不太理想，改造升級較為困難。

表1 選煤廠抽屜單元特征

2.2 電機保護器的智能化

選煤廠運行設備以電機設備為主。目前，選煤廠對電機的保護以基本型電機保護器為主，也有部分老廠仍在使用熱繼電器保護電機。基本型電機保護器及熱繼電器只有基本的過電流保護功能，功能較為單一，已經無法實現選煤廠更高的要求[1]。另外，由于沒有配備通信功能，也無法做到對電機運行狀態的遠程監視。

智能化電機保護器最基本的特點是具有可編程I/O點及通信功能，根據需要還可以配置電流、電壓等電力參數測量功能，甚至可以實現聯網診斷。選煤廠配電系統里，一般都是使用開關量信號實現設備的啟動和停止，因此，可以利用智能化電機保護器的可編程I/O功能采集抽屜單元內元件的狀態及驅動抽屜單元內元件的動作或停止。智能化電機保護器的通信功又按協議分為Modbus-RTU、ProfiNet、EtherNet 3種，在實際項目應用中ProfiNet及EtherNet通信效果較好。

在智能化配電系統里，智能化電機保護器可以視為一個僅需要控制和監視抽屜單元內部元件的微型PLC分站，與選煤廠PLC主站通過通信網絡實現指令的傳輸，其可以將抽屜單元里采集的狀態信號發送給主PLC，也可以實現主站PLC對抽屜單元內元件的控制，實現設備的運行(見示意圖1)。同時，得益于通信、網絡技術的發展，可以省去傳統的硬鏈接(使用多芯控制電纜)，減少電纜的經濟投入[2]。

圖1 智能化電機保護器作用示意

2.3 配電柜巡檢的無人化

配電室巡檢，可以及時有效地發現或確定設備缺陷和隱患，是確保選煤廠正常生產工作不可或缺的一項重要環節。而配電系統智能化的主要目的是為了減員增效，實現配電室無人值守。因此，在改造方案中提出采用智能巡檢機器人替代傳統人工實現配電室無人值守巡檢監測工作。

智能巡檢機器人系統主要由基礎平臺、巡檢機器人、巡檢監測數據、可視化等子系統組成。基礎平臺包括平臺硬件和平臺軟件，通過配置網絡通信設備提供各子系統相互之間通信的能力；平臺軟件主要由綜合管理、數據統計分析、告警管理等功能組成。智能軌道式巡檢機器人，主要由機器人主體、軌道系統以及整合各類傳感器和監測設備；通過對控制系統、信號系統、機械系統、成像系統、預警系統等智能化集成，實現各種自動化巡檢任務的執行。巡檢數據包括由多類傳感器和可見光攝像機、紅外熱成像儀等監測模塊組成，通過配置各類巡檢監測能力對現場柜體和表計各巡檢點完成巡檢工作和數據采集。可視化部分包括控制工作臺、監測數據展示、告警數據展示、巡檢數據展示等功能。

圖2 智能化巡檢機器人

智能巡檢機器人的優勢在于可以自動完成各類設備的運行狀況巡檢，通過通信網絡將配電室現場實時監控畫面及相關數據傳送給后臺監控系統，巡檢過程無需人工參與，不受環境危險惡劣因素影響，從而達到快速、準確、高效地完成巡檢工作。巡檢機器人的巡檢范圍如下：(1)配電室配電柜體；(2)配電柜體表計數據讀取(不含識別)；(3)環境監測：溫濕度，煙霧，噪音；(4)聲光報警，現場拾音；(5)設備表面溫度。為了避免與工廠工作人員的工作面發生沖突，巡檢機器人一般采用軌道吊裝模式，并且巡檢機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面布置，小型配電室多為單排一字布置，針對這一布置特點，機器人軌道設計為“S”形布置或“O”形，這樣便于機器人對低壓配電柜實現全方位的監控。

3 應用效果

低壓配電系統智能化改造已經在某選煤廠投入了運行。運行效果如下：

(1)塑殼斷路器遠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，特別針對位置偏遠的配電室，能夠有效降低電工的工作負荷。

(2)智能化電機保護器比傳統電機保護能夠提供更多的保護數據，工業以太網協議的支持提供了較傳統協議更高的傳輸速率，讓用戶能夠準確、快速地采集自己需要的數據，確保設備的正常運行。

(3)設備供電回路遠程分合閘運行時，智能巡檢機器人能夠自動跟蹤監視到設備回路，實現遠程監視設備回路供電狀態，確定設備回路的可靠供電。

通過運行表明，3個低壓配電智能化改造措施相互配合，監控管理效果理想，能夠提供有效、安全的配電管理，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 語

在選煤廠智能化改造升級的項目中，由于低壓配電系統直接關系到生產可靠性、安全性，對該系統的無人化、智能化需求也十分普遍。根據市場的這種需求，眾多廠家也根據目前的實際情況，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，還需要驗證和不斷地改進。