斜沟煤矿选煤厂低压停送电系统远程智能改造

2024-01-03杨正东

机械工程与自动化 2023年6期

杨正东

(山西焦煤西山煤电斜沟煤矿选煤厂，山西兴县 033602)

0 引言

斜沟煤矿选煤厂是与斜沟矿井配套建设的矿井型选煤厂,年处理原煤15 Mt,原料煤为矿井生产原煤。斜沟煤矿选煤厂供电系统按二级负荷考虑供电,高压供电电压等级为10 kV,低压供电电压等级为660 V,共配置高压配电室3个、低压配电室23个。高、低压配电室之间距离较远,停送电需要电工、调度员、岗位司机三方面相互配合,停送电过程时常出现申请难、找人难、审批难等情况且人为干扰因素大,存在安全隐患。

斜沟煤矿选煤厂原低压配电系统存在的问题有:①停送电必须手动操作、现场确认、操作工常穿梭于配电室、值班室、设备现场等多个地点,存在费时费力、效率低下等问题;②停送电作业流程繁琐且需多部门、多级人员参与,存在申请单不规范、申请单流转率低、审批时间长的问题[1,2];③存在停送电记录信息不完整、信息追索困难的问题。

本文以斜沟煤矿选煤厂为例,基于PLC、远程控制技术、Modbus TCP通讯技术对原低压配电系统进行优化改造,达到安全、智能供电的目的。

1 低压远程智能停送电系统组成

斜沟煤矿选煤厂低压远程智能停送电系统组成如图1所示,主要包括管理层、执行层和设备层。其中,管理层负责停送电申请提交、审批、停送电记录查询和验电信息更新,负责对用户进行信息管理、权限管理;该层还可以通过配置的人机界面动态、实时地查看停送电状态。执行层布置有PLC核心处理系统,以Modbus TCP通讯模式接收管理层下发的停送电指令[3,4],驱动各配电室的断路器、接触器、闸开关等电气元器件动作,同时采集设备带电状态、设备电力数据回传至管理层。设备层包括产品仓660 V配电室、产品仓380 V配电室和920配电室等配电室,将各配电室当前状态信息以Modbus TCP通讯反馈至执行层。

图1 斜沟煤矿选煤厂低压远程智能停送电系统组成框图

2 硬件选型

斜沟煤矿选煤厂低压远程智能停送电系统硬件组成如图2所示,停送电指令可由手持终端以无线通讯模式传送至基站,由基站将指令传送至Modbus TCP网络;也可由PC终端直接将停送电指令传送至Modbus TCP网络。PLC控制系统的核心处理器为AB 1756-L75 PLC并配置1756-EN2TER模块,支持Modbus TCP通讯,通过该模块可与人员识别系统、配电管理终端、手持后台服务器、智能配电管理服务器以及调度终端等设备通讯[5,6]。人脸识别系统用于控制出入配电室的人员,只有拥有对应权限的人员才可以出入配电室。配电室内配置配电管理终端和巡检摄像头,可对低压开关柜进行巡检;进行远程分合闸操作时,可以借助巡检摄像头将现场画面反馈至管理层的人机界面,实现远程安全自主停送电。手持后台服务器、智能配电管理服务器用于存储低压系统远程智能停送电系统的所有数据,包括停送电指令、电气元器件执行结果、实时状态、电力数据、停送电申请流程、停送电审批流程、停送电记录以及用户数据等。

斜沟煤矿选煤厂低压系统远程智能停送电硬件还包括安装与配电室各回路的断路器、接触器等,如:①进线回路的CW6框架断路器内含智能控制器以及支持Modbus TCP通讯的FBT/W6-T模块,采用高精度热敏电阻间接测量触头温度以及触头磨损系数,实现进线回路设备的遥测、遥控、遥信以及遥调功能;②馈线回路的CM5Z塑壳断路器内含iPN26T智能脱扣器、Modbus TCP通讯模块,可实现馈线回路的状态监测、智能保护、智能控制以及维护管理;③电动机回路的微机电动机综合保护器WPJ1-PD内含电流互感器、零序电流互感器,支持Modbus TCP通讯,可实现电动机三相电流、三相电压等状态监测,实现三相不平衡、断相、过载和启动超时等保护。

3 软件组成

斜沟煤矿选煤厂低压远程智能停送电系统软件组成及功能如图3所示,分为前端应用、后端应用以及辅助应用三部分。

图3 斜沟煤矿选煤厂低压远程智能停送电系统软件组成及功能框图

改造后的低压远程智能停送电系统软件具体流程如下:

步骤1:作业人员经手持终端或PC终端申请停送电,需作业人员自己确认避免误申请。

步骤2:低压远程智能停送电系统(简称系统)向车间主任/值长实时发送停送电审核申请并实时提醒。

步骤3:车间主任/值长对接收到的停送电申请进行审核并确保清晰掌握作业内容,并将审核结果发送至系统。

步骤4:系统接收到审核同意结果后,在自检具备停送电条件时,发送停送电指令至操作工处,实行点对点精准传输(手动模式);或者发送停送电指令到执行单元(自动模式)。

步骤5:经人员识别系统确认操作工信息后执行停送电操作,同时上传操作人员信息至系统;或由操作机构自动执行停送电操作,由系统自动采集设备带电状态。

步骤6:系统与PLC经三次握手确认设备停送电状态。

步骤7:系统发送设备供电状态变更通知至作业人员处。

步骤8:由数据服务器记录上述每个步骤的时间、人员以及操作内容。

4 应用分析

为验证改造后的低压远程智能停送电系统的可靠性和适用性,在斜沟煤矿选煤厂进行工程实践应用。以控制选煤厂装车系统的1#～4#给煤机为例,低压远程智能停送电系统的停送电申请、审核统计数据如表1所示,指令执行过程数据统计如表2所示。

表1 停送电申请、审核统计数据

表2 停送电指令执行过程数据统计

分析表1、表2可知:低压远程智能停送电系统投入使用后,停送电流程用时由原来的约30 min压缩至约10 min,有效解决了停送电作业时间滞后、通讯延迟、效率低下等问题,实现了停送电管理智能化;降低了低压保护误动作频次,极大地减少了越级跳闸现象。该方案在斜沟煤矿选煤厂已经投入运行6个月,用电设备故障率降低了约60%,损坏率降低了约75%,因故障及设备损坏的系统停运时间明显降低,保证了停送电作业的安全性。原斜沟煤矿选煤厂低压配电系统巡检以人工现场巡检为主,应用该方案后,转变为在线巡检为主,现场巡检频次由每班一次减少为每周一次,实现了低压配电室少人值守,可有效减少岗位人员7名;停送电过程的无纸化审批每年可节约4.3万余张用纸;降低了操作工的劳动强度,提升了工作效率,使其有更多的精力来做好安全确认,安全性大大提高。