新景矿洗煤厂低压配电系统智能化改造

张 凯

（阳煤集团新景公司洗煤厂，山西 阳泉 045000）

1 概 述

阳煤集团新景公司洗煤厂，属矿井型选煤厂，由北京华宇工程有限公司平顶山选煤设计院设计，设计洗选能力为360万t/a，并于1997年10月建成投产，通过近年来改扩建工程，设计能力已上升至800万t/a。采用全重介洗选加工工艺，全厂由原煤准备筛分系统、块煤重介浅槽排矸系统、末煤重介旋流器分选系统、煤泥水处理系统和产品储运系统五大系统组成。入选煤种为无烟煤，主要产品有洗中块、洗小块、1#喷粉煤、2#喷粉煤、4#喷粉煤、末原煤，其中主导产品1#喷粉煤因低灰、低磷、低硫、低挥发分，可磨性好等特性而远销日本、韩国、巴西等地。

随着生产能力的不断提高，新景公司洗煤厂原低压配电系统存在诸多问题，例如系统设备严重老化，系统保护装置功能少，管理控制能力不足，在生成过程中经常造电气设备损害，严重影响了本洗煤厂的生产运行。随着计算机、智能化、网络化水平不断提高，工业通信化技术在快速发展，为智能化管理、监控低压配电给予了技术支撑[1]。本文采用现有的智能化控制技术对新景洗煤厂的低压配套系统进行升级改造。

2 存在问题及改造目标

新景洗煤厂原低压配电系统保护元件仍然采用保护功能较为单一且技术相当落后的热过载继电器[2]；电机的综合保护装置分散，不能统一集中监控；厂变压器保护基本为零；仍采用人员定期巡检或者通过安装在配电室的电机综合保护装置评判线路、设备等运行状况，该监控方式效果差，效率低下，跟进性落后；电能计量仪表技术落后，功能老旧，采用人工读表、抄表的方式，不仅速度慢，而且错误率极高，常常达不到生产考核标准。原配套的低压配电系统暴漏出来的这些问题，严重制约了新景洗煤厂的经济效益。

针对以上原配套的低压配电系统缺陷，决定对新景洗煤厂配电系统进行改造研究。升级的低压配电系统不仅要具有智能化监控，还要实现远距离传输控制[3]。低压配电智能化监控系统应具有检测功能齐全、可操作性强、安全可靠、管理方便等特点，而且必须满足完善的故障评判、报警、执行动作等功能，实现实时监测，自动控制低压运行的设备关停，来达到智能化管理的目的。通过现场采集设备运行的状况，实时传输给控制终端，实现远程故障修复、保护操作等功能；以表格、曲线、报表的形式显示监测量；并通过网络发布，实现多终端监视功能，实现各层管理人员的远程监视。

3 改造方案及实施

本次升级改造方案决定采用总线控制的方式，传感器采集现场数据，采集到的数据传输到分析系统进行分析，保护和控制功能实现智能化运行。智能化控制终端发出指令，现场设备完成基本的控制保护功能，实时检测、诊断设备运行情况。“分散控制”被“现场控制”取代，数据采用“总线”传输，“集中控制站”由“虚拟的分散控制站”代替。

3.1 核心智能化电机保护装置采集数据

图1 低压配电系统智能化综保原理图

为了代替功能单一的热过载继电器，本次选择具有微处理器的技术的智能化配电控制元件，该元件具有标准的通讯接口，能够准确采集电机运行的实时电流和电压数据，综合保护电机启动超时、堵转、电流过载、线路短路、电压过压和欠压、电流欠流等情况。升级低压配电的电机保护装置，该保护装置称为电机智能综合保护装置，升级版的保护装置具有采集数据、分析数据、处理数据、输出数据等强大功能；与PLC控制器相连接，实现RS-385及时通讯，还能与Modbus-RTU协议进行交换，给操作者提供了极大的便利，控制效率显著提高。电机智能综合保护装置能够现场查询参数、修改参数，具备总线连接接口，构建了设备层、传输层以及控制层的网络。智能化综保原理图见图1所示。

3.2 构建通讯网络

选用Modbus-RTU作为低压配电智能化保护装置的通讯协议。为了方便使用、配置，该协议具有RS242/385接口，只要Modbus协议设备拥有该接口，就能实现与现场总线互连[4]。Modbus主从通讯传输模式选择RTU（Remote Terminal Unit）型，优点在于主站通过发送通信指令就可以使所有从站的主设备根据信息帧地址选择适合其的从设备。

RS242/385接口在通讯物理接口方面，具有传输效率高、损失率小、可进行远距离通讯、节点较多、构成分布系统较方便等优势。低压配电智能化保护系统采用RS242/385物理接口，构建现场设备网络快，接线口用于各个配电室，这样可以形成以配电室为单元的设备网络层，另外，通讯节点采用以太环网，利用以太环网高速大量的特性解决信息损耗的问题。整个系统通讯网络在TCP/IP协议、以太环网的基础上，快速的实现控制终端与现场设备层的网络沟通。

3.3 改造方案

1）对已经安装并且运行的苍南系列综保，通过RS-385总线采用Modbus-RTU通训协议采集各综合保护器参数，就近接入到本室集中控制系统的MODBUS模块上。实现上位机远程读取数据，并通过OPC协议实现数据共享。采用环网式集中控制电机保护系统如图2所示。

图2 环网式集中控制电机保护系统

2）新增加的电机综合保护器，采用华控伟业产品，通过现场的每台电机在柜内加装一台电机智能综合监控器，将电机保护器的实时运行数据通过CAN总线传输到各配电室PLC分站。配电室配备触摸显示屏与PLC分站连接，实时显示电机的运行状况。电机监控系统将各电机设备的实时动态运行状况通过中间信号采集及转换单元汇总上传至上位机，从而构建起一套“终端分散保护+中间局部监测+全厂集中监测”的完整系统，使得机电设备的运行有全面的保护做保障，同时还可实现配电室内监测分站和集控室上位机对设备的参数设置、运行动态监测、故障原因分析、保护记录的查阅、电度计量及相关报表汇总等功能。本系统提供OPC接口，以便全厂信息管理系统采集数据。“终端分散保护+中间局部监测+全厂集中监测”的完整系统见图3。

图3 低压配电智能化监控系统

3）系统组成。

电机综合监控器根据需要，机电综合监控器为每台机电设备均配备，并安装在相应的配电柜里，进行实时监控。一旦三相电流、电压发生故障，综合监控器就执行保护动作。

监测分站。在配电室里安装有监测分站及配套光电发射转换器、光纤终端盒等信号中继单元。采用CAN通讯方式的下行接口，电机综合监控器与屏蔽双绞线相连接；采用自适应的以太环网通讯方式的上行接口，不同的中继单元与相应的类型双绞线连接，再由光电转换器把电信号转变成光信号进行通讯。

上位机。上位机安装在集控室，电机运行参数在监测分站控制下，运行情况被四芯多模光纤缆汇总至总单元，此时光信号在总单元里的光电转换器，再次转换为电信号，不同类型双绞线把该信号通过以太环网的模式传输给交换机，交换机输出端与工控机相连，进而信号被传输到厂局域网。

4）单台电机的综合监测保护。①单台电机的综合保护及监测通过电机综合监控器来完成；②电机综合监控器对电机运行中遇到的电流失衡、过流、短路、过载、欠压、漏电、堵转、轻载、启动时间超长等故障进行监测报警保护，且保护动作有记录存储并将所有数据上传给三相电力设备监控仪；③与监控器漏电功能配套使用的漏电电流互感器安装在配电柜内，漏电保护参数按照电机的启动和运行阶段的机械特性分别设置；④电机综合监控器监测并显示电机实时运行的三相电压、三相电流、漏电电流、三相有功功率、总有功功率、总无功功率、总功率因素等数据参数，具有计量功能，可统计有功电度、无功电度及电机累计运行时间；⑤电机综合监控器有故障记录、查询功能、降压起动转换控制功能、CAN通讯功能。

3.4 生产实践

低压配电系统改造的智能化监控装置在新景矿洗煤厂进行了试运行。通过运行表明，智能监控装置功能齐全，弥补了原配套的低压配电保护装置的不足。该低压配电智能化监控管理效果理想，良好的保护了供电使用，达到了洗煤厂生产能力要求，提高了供电系统的安全性、可靠性。

4 结 论

为解决新景公司洗煤厂原低压配电系统保护元件保护功能单一、技术落后，电机的综合保护装置分散，变压器保护力度不够，人员巡检和人工抄表的方式等缺陷，通过对配电系统进行升级改造，采用总线控制的方式，智能化控制、检测、保护现场设备运行，分散控制，总线传输数据低压配电监控管理系统。该监控管理系统试运行效果良好，实现了升级改造目的。