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(shè)計院設(shè)計，設(shè)計洗選能力為360萬t/a，并于1997年10月建成投產(chǎn)，通過近年來改擴建工程，設(shè)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(zhǔn)備篩分系統(tǒng)、塊煤重介淺槽排矸系統(tǒng)、末煤重介旋流器分選系統(tǒng)、煤泥水處理系統(tǒng)和產(chǎn)品儲運系統(tǒng)五大系統(tǒng)組成。入選煤種為無煙煤，主要產(chǎn)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(dǎo)產(chǎn)品1#噴粉煤因低灰、低磷、低硫、低揮發(fā)分，可磨性好等特性而遠銷日本、韓國、巴西等地。

隨著生產(chǎn)能力的不斷提高，新景公司洗煤廠原低壓配電系統(tǒng)存在諸多問題，例如系統(tǒng)設(shè)備嚴(yán)重老化，系統(tǒng)保護裝置功能少，管理控制能力不足，在生成過程中經(jīng)常造電氣設(shè)備損害，嚴(yán)重影響了本洗煤廠的生產(chǎn)運行。隨著計算機、智能化、網(wǎng)絡(luò)化水平不斷提高，工業(yè)通信化技術(shù)在快速發(fā)展，為智能化管理、監(jiān)控低壓配電給予了技術(shù)支撐[1]。本文采用現(xiàn)有的智能化控制技術(shù)對新景洗煤廠的低壓配套系統(tǒng)進行升級改造。

2 存在問題及改造目標(biāo)

新景洗煤廠原低壓配電系統(tǒng)保護元件仍然采用保護功能較為單一且技術(shù)相當(dāng)落后的熱過載繼電器[2]；電機的綜合保護裝置分散，不能統(tǒng)一集中監(jiān)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(shè)備等運行狀況，該監(jiān)控方式效果差，效率低下，跟進性落后；電能計量儀表技術(shù)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(chǎn)考核標(biāo)準(zhǔn)。原配套的低壓配電系統(tǒng)暴漏出來的這些問題，嚴(yán)重制約了新景洗煤廠的經(jīng)濟效益。

針對以上原配套的低壓配電系統(tǒng)缺陷，決定對新景洗煤廠配電系統(tǒng)進行改造研究。升級的低壓配電系統(tǒng)不僅要具有智能化監(jiān)控，還要實現(xiàn)遠距離傳輸控制[3]。低壓配電智能化監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)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(zhí)行動作等功能，實現(xiàn)實時監(jiān)測，自動控制低壓運行的設(shè)備關(guān)停，來達到智能化管理的目的。通過現(xiàn)場采集設(shè)備運行的狀況，實時傳輸給控制終端，實現(xiàn)遠程故障修復(fù)、保護操作等功能；以表格、曲線、報表的形式顯示監(jiān)測量；并通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)布，實現(xiàn)多終端監(jiān)視功能，實現(xiàn)各層管理人員的遠程監(jiān)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(xiàn)場數(shù)據(jù)，采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)椒治鱿到y(tǒng)進行分析，保護和控制功能實現(xiàn)智能化運行。智能化控制終端發(fā)出指令，現(xiàn)場設(shè)備完成基本的控制保護功能，實時檢測、診斷設(shè)備運行情況?！胺稚⒖刂啤北弧艾F(xiàn)場控制”取代，數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)

圖1 低壓配電系統(tǒng)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(shù)的智能化配電控制元件，該元件具有標(biāo)準(zhǔn)的通訊接口，能夠準(zhǔn)確采集電機運行的實時電流和電壓數(shù)據(jù)，綜合保護電機啟動超時、堵轉(zhuǎn)、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(shù)據(jù)、分析數(shù)據(jù)、處理數(shù)據(jù)、輸出數(shù)據(jù)等強大功能；與PLC控制器相連接，實現(xiàn)RS-385及時通訊，還能與Modbus-RTU協(xié)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(xiàn)場查詢參數(shù)、修改參數(shù)，具備總線連接接口，構(gòu)建了設(shè)備層、傳輸層以及控制層的網(wǎng)絡(luò)。智能化綜保原理圖見圖1所示。

3.2 構(gòu)建通訊網(wǎng)絡(luò)

選用Modbus-RTU作為低壓配電智能化保護裝置的通訊協(xié)議。為了方便使用、配置，該協(xié)議具有RS242/385接口，只要Modbus協(xié)議設(shè)備擁有該接口，就能實現(xiàn)與現(xiàn)場總線互連[4]。Modbus主從通訊傳輸模式選擇RTU（Remote Terminal Unit）型，優(yōu)點在于主站通過發(fā)送通信指令就可以使所有從站的主設(shè)備根據(jù)信息幀地址選擇適合其的從設(shè)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(jié)點較多、構(gòu)成分布系統(tǒng)較方便等優(yōu)勢。低壓配電智能化保護系統(tǒng)采用RS242/385物理接口，構(gòu)建現(xiàn)場設(shè)備網(wǎng)絡(luò)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(shè)備網(wǎng)絡(luò)層，另外，通訊節(jié)點采用以太環(huán)網(wǎng)，利用以太環(huán)網(wǎng)高速大量的特性解決信息損耗的問題。整個系統(tǒng)通訊網(wǎng)絡(luò)在TCP/IP協(xié)議、以太環(huán)網(wǎng)的基礎(chǔ)上，快速的實現(xiàn)控制終端與現(xiàn)場設(shè)備層的網(wǎng)絡(luò)溝通。

3.3 改造方案

1）對已經(jīng)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(xùn)協(xié)議采集各綜合保護器參數(shù)，就近接入到本室集中控制系統(tǒng)的MODBUS模塊上。實現(xiàn)上位機遠程讀取數(shù)據(jù)，并通過OPC協(xié)議實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。采用環(huán)網(wǎng)式集中控制電機保護系統(tǒng)如圖2所示。

圖2 環(huán)網(wǎng)式集中控制電機保護系統(tǒng)

2）新增加的電機綜合保護器，采用華控偉業(yè)產(chǎn)品，通過現(xiàn)場的每臺電機在柜內(nèi)加裝一臺電機智能綜合監(jiān)控器，將電機保護器的實時運行數(shù)據(jù)通過CAN總線傳輸?shù)礁髋潆娛襊LC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(jiān)控系統(tǒng)將各電機設(shè)備的實時動態(tài)運行狀況通過中間信號采集及轉(zhuǎn)換單元匯總上傳至上位機，從而構(gòu)建起一套“終端分散保護+中間局部監(jiān)測+全廠集中監(jiān)測”的完整系統(tǒng)，使得機電設(shè)備的運行有全面的保護做保障，同時還可實現(xiàn)配電室內(nèi)監(jiān)測分站和集控室上位機對設(shè)備的參數(shù)設(shè)置、運行動態(tài)監(jiān)測、故障原因分析、保護記錄的查閱、電度計量及相關(guān)報表匯總等功能。本系統(tǒng)提供OPC接口，以便全廠信息管理系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)。“終端分散保護+中間局部監(jiān)測+全廠集中監(jiān)測”的完整系統(tǒng)見圖3。

圖3 低壓配電智能化監(jiān)控系統(tǒng)

3）系統(tǒng)組成。

電機綜合監(jiān)控器根據(jù)需要，機電綜合監(jiān)控器為每臺機電設(shè)備均配備，并安裝在相應(yīng)的配電柜里，進行實時監(jiān)控。一旦三相電流、電壓發(fā)生故障，綜合監(jiān)控器就執(zhí)行保護動作。

監(jiān)測分站。在配電室里安裝有監(jiān)測分站及配套光電發(fā)射轉(zhuǎn)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(jiān)控器與屏蔽雙絞線相連接；采用自適應(yīng)的以太環(huán)網(wǎng)通訊方式的上行接口，不同的中繼單元與相應(yīng)的類型雙絞線連接，再由光電轉(zhuǎn)換器把電信號轉(zhuǎn)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(shù)在監(jiān)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(zhuǎn)換器，再次轉(zhuǎn)換為電信號，不同類型雙絞線把該信號通過以太環(huán)網(wǎng)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?shù)綇S局域網(wǎng)。

4）單臺電機的綜合監(jiān)測保護。①單臺電機的綜合保護及監(jiān)測通過電機綜合監(jiān)控器來完成；②電機綜合監(jiān)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(zhuǎn)、輕載、啟動時間超長等故障進行監(jiān)測報警保護，且保護動作有記錄存儲并將所有數(shù)據(jù)上傳給三相電力設(shè)備監(jiān)控儀；③與監(jiān)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(nèi)，漏電保護參數(shù)按照電機的啟動和運行階段的機械特性分別設(shè)置；④電機綜合監(jiān)控器監(jiān)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(shù)據(jù)參數(shù)，具有計量功能，可統(tǒng)計有功電度、無功電度及電機累計運行時間；⑤電機綜合監(jiān)控器有故障記錄、查詢功能、降壓起動轉(zhuǎn)換控制功能、CAN通訊功能。

3.4 生產(chǎn)實踐

低壓配電系統(tǒng)改造的智能化監(jiān)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(jiān)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(jiān)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(chǎn)能力要求，提高了供電系統(tǒng)的安全性、可靠性。

4 結(jié) 論

為解決新景公司洗煤廠原低壓配電系統(tǒng)保護元件保護功能單一、技術(shù)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(tǒng)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(xiàn)場設(shè)備運行，分散控制，總線傳輸數(shù)據(jù)低壓配電監(jiān)控管理系統(tǒng)。該監(jiān)控管理系統(tǒng)試運行效果良好，實現(xiàn)了升級改造目的。