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选煤厂智能化供配电系统的研究与应用探析

发表时间：2020/3/3 来源：《电力设备》2019年第20期作者：刘倩

[导读] 摘要：某选煤厂原有的供配电系统保护功能较少，不具备供配电系统监控功能，停送电效率I 不高，需要进行智能化供配电系统改造。

        (平顶山中选自控系统有限公司河南省平顶山市 467000)
        摘要：某选煤厂原有的供配电系统保护功能较少，不具备供配电系统监控功能，停送电效率I 不高，需要进行智能化供配电系统改造。本文对选煤厂原供配电系统存在的问题和改造目标进行分析，并对如保进行智能化供配电系统改造和构建停送电管理流程进行深入地探讨。
        关键词：选煤厂；供配电；智能化
        随着选煤厂生产工艺的改进和优化，生产能力得到了显著的提升，但低压配电系统存在着电力设备老化、电气自动控制程度低等问题，时常出现电力设备损坏现象，直接影响着选煤厂的正常生产。随着智能控制技术水平的不断提升，工业通信技术的成熟，使得选煤厂供配电系统智能监控成为现实。
        1选煤厂原供配电系统存在的问题和改造目标
        某选煤厂原供配电系统中保护元件应用热过载继电器，电机保护功能少，电气控制水平低。还采用工作人员定期巡检方式，或利用操作面板上的电流表来对电气设备运行情况进行分析，监测控制方式简单，不具有较好的实用性。工作人员劳动强度大，还采取人工抄表方式，有着较高的差错率。需要一套智能化供配电监控系统，可以对电力设备进行实时监测，对电力设备的操作和维护更为便利，具有故障自动诊断和报警选装功能，可以达到选煤厂电力设备智能化管理的设计目标。改建的智能供配电系统需要具备生产现场运行数据采集和传输、更完善的供配电保护性能、远程控制分合闸、故障复位等功能，优化停送电管理流程，需要经过授权、操作和挂牌等操作。保证停送电操作具备较高的可靠性，可自动存储操作数据。
        2选煤厂智能化供配电系统改造
        供配电系统改造采用总线控制方式，也就是把保护控制、传感遥测等功能集中起来，在现场设置传感和执行装置，应用现场控制设备可以实现智能控制要求，实时监测和诊断供配电设备的运行情况，以集中控制代替原来的分散控制方式。运行数据的传输采用总线技术，分散的控制站点控制功能集成到主控制站内。
        2.1应用智能电气装置实现运行数据采集
        淘汰陈旧的热继电器保护方式，应用智能电气保护装置，可以实现对供配电系统运行数据采集、传输和处理，应用先进的控制算法和数据传输功能，来对电力设备进行监控。该装置内部集中控制芯片，并配备标准的数据通信接口，可以取代热过载继电器。可以对电机的运行电流和电压等参数进行采集，针对电动机产生堵转、不平衡、欠压、接地和过载等进行保护，采取DCS/PLC数据传输方式，可具备4-20mA和0-5V、0-10V标准模拟量信号的传输功能，还可以通过开关量输出报警或保护信号，配置RS-485/232和RJ45接口，串口支持Modbus协议，网口支持TCP/IP协议,可通过MSS来实现对供配电的集中控制。还可以通过智能保护装置来对运行参数设置和显示，开放性的总线接品，可以组建起完善的设备层网络。
        2.2智能供配电通讯网络构建
        选煤厂供配电系统中的智能保护装置选用通用的工业通信协议Modbus-RTU，具有通用串口的电气设备都可以应用该协议实现数据交互，工作人员根据操作手册就可完成参数设置，不需要再次编程处理，可以快速实现不同电保适护设备的数据通信。远程数据发送模块为Modbus协议中的数据主站，对从站通信地址进行分配后，可以向多个从站发出数据通信请求，为主从模式下的数据传输。从物理接口层面来看，RS485串口可以实现多节点的通信，数据传输距离较短，可以快速组建起分布式控制系统，可以采用物理接线的方法来建立起通信设备网。为了提升RS485通信接口数据传输距离，可以把物理接线设置到每个配电室内，把配电室作为通信设备的网络层，把配电室作为网络通信节点来建立起完整的工控网。也可以转换为工业以太多环网方式，利用以态网数据高速传输的特点来提高数据传输距离。可以应用以太网和现场总线控制结合的模式，在构建起的供配电控制网络基础上，采用以太网来实现远距离数据传输，采用TCP/IP协议来传输监控信息，采用网关来与供配电现场控制总线进行连接，具体的网络拓扑如图1所示。

        表1 智能化供配电系统网络拓扑图
        2.3控制系统硬件连接和远程控制的实现
        通过对选煤厂供配电控制系统的改造，采用智能监控方式把监测信息传输到配电室，利用安装到配电柜内的网关、中继器来保证数据可靠交互和远距离数据传输。把低压配电柜作为改造的基础条件，不对原主配电回路断路器进行更换，把控制信号引入到断路器脱扣线圈，利用智能保护装置输入信号进行控制。远程和本地控制方式对分合闸控制，需要安装电动操作机构，可以与多种型号的断路器配合使用。
        3停送电管理流程的构建
        为了保证选煤厂智能化供配电系统的停送电安全，需要建立起科学完善的停送电管理体制，结合工业网络控制架构和信息链系统，建立起网管式停送电管理流程。结合原来供配电工作票机制，在供配电控制网络中发出控制命令、给予维护授权、控制操作机构动作和动作反馈等，并对整个控制流程数据进行存储。如果值班工作人员需要停电维修，需要向调度管理部门提出维修申请，当调度管理人把电力设备序号、申请人姓名输入到控制软件，软件则会主动形成申请时间，核实身份并授权后把命令输送给值班管理室，值班工作人员确认以后则会接收到停电命令，然后就可以进行分闸操作，同时进行挂牌，智能供配电系统会对挂牌次数进行累计。值班工作人员完成操作以后需要把操作指令回复给调度室管理人员，调度室内的上位机系统会检测到复位命令并存储操作记录，调度室管理人员再安排人员到现场进行核实验电，对停电情况进行确认。如果现场的电力设备被维修完成，维修人员需要向调度管理中心来申请送电，管理人员需要通过控制软件输出送电控制指令和授权，维修人员摘牌的同时系统会扣除一次挂牌。如果挂牌次数不归零，值班工作人员需要回复系统消息，可以不执行远程合闸控制操作，如果挂牌次数为零，表明电力设备维修已经完成，值班工作人员方可以实现远程合闸控制，然后对调度管理人员回复运行情况，调度管理人员再派工作人员到现场进行试车确认。无论是否完成维修操作，需要经过调度管理部门授权后，方可以批准停送电申请。
        4效益分析
        选煤厂智能供配电现场总线系统采用了智能控制装置，可以完成运行数据采集、电力设备控制、运行异常报警和数据运算等功能，有效地降低了变送器数量，不需要单配置控制器、数学运算单元等，省去分布式工业控制系统的信号调理、隔离等流程，系统的接线数量变少，不再单独为PLC控制器组建控制网，减少了硬件投资。
        智能控制系统的投入应用有效地提升了选煤厂电力监测和保护的水平，可以提前发现供配电系统中存在的安全隐患，防止由于电气故障而导致的电力设备范围变大的问题。与传统的供配电控制系统进行比较来看，智能供配电系统由于电气故障导致的电力设备和元件损坏率降低了80%，电力设备故障导致的停电时间减小73小时。采用电能远程计量装置，可以对选煤厂用电进行科学化管理。对正常洗选作业用电行为进行规范，吨煤耗电量减小了0.312度，每年的可为选煤厂节省数十万元电费。
        参考文献：
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        [2]宁永安. 上湾选煤厂智能化系统的设计与实施[D].西安科技大学,2017.
        [3]王威.选煤厂供配电技术改造方案分析[J].江西煤炭科技,2017(01):88-89.
        [4]张扬扬.选煤厂配电及集控系统探讨[J].中小企业管理与科技(上旬刊),2015(08):193.