选煤厂低压配电智能化改造

李雨幕，王宇涵

(平顶山中选自控系统有限公司，河南 平顶山 467000)

近年来，随着煤炭企业不断降本增效，煤炭行业智能化升级改造的需求日益突出。同时计算机技术、工业通信技术、自动化技术的快速发展也为智能化选煤厂给予了技术支撑。低压配电系统作为选煤厂最基础、最重要的一部分，其智能化程度直接影响选煤厂的智能化程度。

1 选煤厂配电系统现状

选煤厂主要以带式运输机、泵、振动筛等低压电机设备为主，通过接触器控制设备的运行及停止。目前，选煤厂配电系统对于运行设备的电气保护以断路器和电机保护器组合为主，甚至部分选煤厂仍在使用热继电器保护电机。相较于石油化工等其他行业，配电系统的信息化程度较低。另外，早期建设的选煤厂由于改建、扩建等原因，配电室数量多，分布分散，维护巡检任务繁重。这样就造成选煤厂配电系统故障排除难度大、停送电周期长、电气人员冗余等问题。因此构建智能化无人值守配电室，实现选煤厂智能化成为发展的必然趋势。

2 选煤厂低压配电系统改造措施

2.1 塑壳断路器操作远程化

塑壳断路器是选煤厂低压配电系统中的基本元器件。塑壳断路器远程化操作，以引入断路器电动操作机构来实现对断路器的远程操作。同时，为了提高操作过程中的安全性和可靠性，对抽屉型柜体一般还要求：抽屉单元处于连接位置才允许合断路器；抽屉单元在非连接位断路器必须处于分闸状态。

目前，选煤厂低压配电柜主要以手动旋转手柄操作断路器为主。选煤厂早期低压柜体特征如表1。在使用过程中，连锁机构行程有4个位置：隔离、抽出、试验、连接。在连接位置，抽屉一次线路已经带电，可以正常工作；在试验位置，连锁机构微动开关动作，一次断开连接，只有二次控制回路有电；抽出、隔离位置，抽屉一次、二次均没有电。改造过程中，需要结合选煤厂原柜体的特征，更换原有抽屉单元的联锁机构，实现抽屉单元对电动操作机构、柜体的联锁，最终达到抽屉在连接位置才能够合断路器，非连接位断路器必须分闸的目的。对于MNS柜体，目前仍然是主流的抽屉型配电柜体，其配件较为齐全，抽屉单元内部空间也较GCS型柜体大，电动操作机构可以漏出柜门实现手动操作，便于升级改造；而GCS柜体由于故障率高、空间小等问题，普及率本身并不高，很多厂家已经不生产和提供相关配件，另外，其联锁机构体积较大，安装位置居中，电动操作机构无法漏出柜门，手动操作方式不太理想，改造升级较为困难。

表1 选煤厂抽屉单元特征

2.2 电机保护器的智能化

选煤厂运行设备以电机设备为主。目前，选煤厂对电机的保护以基本型电机保护器为主，也有部分老厂仍在使用热继电器保护电机。基本型电机保护器及热继电器只有基本的过电流保护功能，功能较为单一，已经无法实现选煤厂更高的要求[1]。另外，由于没有配备通信功能，也无法做到对电机运行状态的远程监视。

智能化电机保护器最基本的特点是具有可编程I/O点及通信功能，根据需要还可以配置电流、电压等电力参数测量功能，甚至可以实现联网诊断。选煤厂配电系统里，一般都是使用开关量信号实现设备的启动和停止，因此，可以利用智能化电机保护器的可编程I/O功能采集抽屉单元内元件的状态及驱动抽屉单元内元件的动作或停止。智能化电机保护器的通信功又按协议分为Modbus-RTU、ProfiNet、EtherNet 3种，在实际项目应用中ProfiNet及EtherNet通信效果较好。

在智能化配电系统里，智能化电机保护器可以视为一个仅需要控制和监视抽屉单元内部元件的微型PLC分站，与选煤厂PLC主站通过通信网络实现指令的传输，其可以将抽屉单元里采集的状态信号发送给主PLC，也可以实现主站PLC对抽屉单元内元件的控制，实现设备的运行(见示意图1)。同时，得益于通信、网络技术的发展，可以省去传统的硬链接(使用多芯控制电缆)，减少电缆的经济投入[2]。

图1 智能化电机保护器作用示意

2.3 配电柜巡检的无人化

配电室巡检，可以及时有效地发现或确定设备缺陷和隐患，是确保选煤厂正常生产工作不可或缺的一项重要环节。而配电系统智能化的主要目的是为了减员增效，实现配电室无人值守。因此，在改造方案中提出采用智能巡检机器人替代传统人工实现配电室无人值守巡检监测工作。

智能巡检机器人系统主要由基础平台、巡检机器人、巡检监测数据、可视化等子系统组成。基础平台包括平台硬件和平台软件，通过配置网络通信设备提供各子系统相互之间通信的能力；平台软件主要由综合管理、数据统计分析、告警管理等功能组成。智能轨道式巡检机器人，主要由机器人主体、轨道系统以及整合各类传感器和监测设备；通过对控制系统、信号系统、机械系统、成像系统、预警系统等智能化集成，实现各种自动化巡检任务的执行。巡检数据包括由多类传感器和可见光摄像机、红外热成像仪等监测模块组成，通过配置各类巡检监测能力对现场柜体和表计各巡检点完成巡检工作和数据采集。可视化部分包括控制工作台、监测数据展示、告警数据展示、巡检数据展示等功能。

图2 智能化巡检机器人

智能巡检机器人的优势在于可以自动完成各类设备的运行状况巡检，通过通信网络将配电室现场实时监控画面及相关数据传送给后台监控系统，巡检过程无需人工参与，不受环境危险恶劣因素影响，从而达到快速、准确、高效地完成巡检工作。巡检机器人的巡检范围如下：(1)配电室配电柜体；(2)配电柜体表计数据读取(不含识别)；(3)环境监测：温湿度，烟雾，噪音；(4)声光报警，现场拾音；(5)设备表面温度。为了避免与工厂工作人员的工作面发生冲突，巡检机器人一般采用轨道吊装模式，并且巡检机器人上安装有行走小轮和升降功能，可以沿着轨道行走和上下巡检配电柜抽屉单元。通常选煤厂大型配电室一般为双排面对面布置，小型配电室多为单排一字布置，针对这一布置特点，机器人轨道设计为“S”形布置或“O”形，这样便于机器人对低压配电柜实现全方位的监控。

3 应用效果

低压配电系统智能化改造已经在某选煤厂投入了运行。运行效果如下：

(1)塑壳断路器远程分合闸操作可以有效地提高选煤厂电气检修的工作效率，特别针对位置偏远的配电室，能够有效降低电工的工作负荷。

(2)智能化电机保护器比传统电机保护能够提供更多的保护数据，工业以太网协议的支持提供了较传统协议更高的传输速率，让用户能够准确、快速地采集自己需要的数据，确保设备的正常运行。

(3)设备供电回路远程分合闸运行时，智能巡检机器人能够自动跟踪监视到设备回路，实现远程监视设备回路供电状态，确定设备回路的可靠供电。

通过运行表明，3个低压配电智能化改造措施相互配合，监控管理效果理想，能够提供有效、安全的配电管理，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 语

在选煤厂智能化改造升级的项目中，由于低压配电系统直接关系到生产可靠性、安全性，对该系统的无人化、智能化需求也十分普遍。根据市场的这种需求，众多厂家也根据目前的实际情况，提出了自己的智能化改造方案。但选煤厂的智能化还处于探索阶段，还需要验证和不断地改进。