王宇涵

（平頂山中選自控系統(tǒng)有限公司，河南平頂山 467000）

隨著智能化、自動化技術的發(fā)展，電力系統(tǒng)也在積極發(fā)展電氣設備的智能化。選煤廠中傳統(tǒng)低壓配電柜形式較多，但配電柜的智能化程度低，信息分析能力較為落后，維護人員責任較重。因此，采用新的低壓配電保護技術，對傳統(tǒng)配電柜技術進行改進，對于提高低壓配電網(wǎng)的安全可靠性，建立一個具有智能化、自動化、信息化的綜合系統(tǒng)，保障配電系統(tǒng)和選煤生產(chǎn)的正常安全運行具有重要意義。

1 傳統(tǒng)配電系統(tǒng)的特點

圖1 傳統(tǒng)電機回路控制原理示意

該系統(tǒng)中如果需要后臺支持，也是通過網(wǎng)關將電機保護器支持的協(xié)議轉(zhuǎn)換成工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議，并上傳至后臺系統(tǒng)。目前大多數(shù)配電設備僅支持現(xiàn)場總線協(xié)議，如MODBUSRTU、PROFIBUS DP等。然而這些通信規(guī)約或多或少存在一定的短板：MODBUS RTU協(xié)議傳輸數(shù)據(jù)太慢，PROFIBUS DP通信的數(shù)據(jù)內(nèi)容有限。這些解決方案雖然從低壓開關柜到后臺系統(tǒng)走的也是工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議，但由于底層設備僅支持現(xiàn)場總線協(xié)議，網(wǎng)關到底層設備仍然是現(xiàn)場總線協(xié)議，應用上還是受到現(xiàn)場總線的制約，而無法達到 “工業(yè)4.0”的智能生產(chǎn)需求［1］。該系統(tǒng)的特點如下：

（1）電動機保護器功能較為單一，效率低、信息量低，無法滿足智能化選煤廠的要求。

（2）受限的通信數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)量無法支持大數(shù)據(jù)分析。網(wǎng)關僅用于協(xié)議指令的轉(zhuǎn)換，后臺系統(tǒng)仍然需要逐一訪問底層設備，因此系統(tǒng)的響應速率較慢。

（3）增加通信層級，通信風險提高。整個系統(tǒng)因增加網(wǎng)關而增加了通信環(huán)節(jié)。

（4）調(diào)試時間長，費用高。由于低壓綜合保護后臺系統(tǒng)和選煤廠控制系統(tǒng)屬于不同的供應商，兩者之間相互獨立隸屬于不同的廠家，資金投入較高。

2 新型智能配電系統(tǒng)

新的選煤廠配電系統(tǒng)設計方案主要以配有電動機操作機構(gòu)的配電開關（或部分具有通信功能的開關）、網(wǎng)絡儀表、智能馬達保護器、通信適配器、網(wǎng)關等元件及組態(tài)軟件構(gòu)成。與傳統(tǒng)的選煤廠配電系統(tǒng)相比，主要是引進了配有電動機操作機構(gòu)的配電開關及羅克韋爾公司的智能馬達保護器E300。

2.1 新型配電單元組成

新型配電單元引入了電動機操作機構(gòu)的塑殼斷路器，可以實現(xiàn)低壓配電的遠程分合閘功能，減少了人力投入，使傳統(tǒng)配電系統(tǒng)中純粹的人工送電成為歷史。其控制電路如圖2所示。E300智能馬達保護器根據(jù)工作電壓不同有6種配置。以選煤廠常用的控制電壓AC220V為例，其擁有4個繼電器輸入點，3個繼電器輸出點，同時E300自帶以太網(wǎng)接口，方便調(diào)試、控制和監(jiān)測。模塊化的設計提供了很多解決方案應對具體需要，同時提供全面的診斷信息監(jiān)控電機性能和預警用戶可能的電機問題。

圖2 電動操作機構(gòu)控制示意

由智能馬達保護器E300提供2個繼電器輸出信號控制具有電動操作機構(gòu)斷路器的合閘和分閘，同時控制回路中的3個輸入信號均在配電抽屜中直接引入到E300智能馬達保護器中，另外1個繼電器輸出點控制接觸器的吸合，這些功能都在配電柜的抽屜單元內(nèi)完成。配電柜的抽屜單元對外只通過1根網(wǎng)線直接連接到選煤廠的PLC控制系統(tǒng)，省掉傳統(tǒng)的硬接線。智能馬達保護器E300通過網(wǎng)絡通信接收和發(fā)送控制系統(tǒng)PLC的相關信息，控制及監(jiān)控電機運行，減少了傳統(tǒng)選煤廠配電系統(tǒng)中控制電纜的敷設，只需通過1根網(wǎng)線或通信光纜即可滿足選煤廠生產(chǎn)的需要，同時，大量電機運行信息的采集也為智能化選煤廠的實現(xiàn)提供了基礎。

3、有關宏觀決策，廢水、廢氣、固體廢物、噪聲、區(qū)域生態(tài)、土壤環(huán)境等污染控制技術、清潔生產(chǎn)技術和工藝、環(huán)境監(jiān)測與分析技術、環(huán)境經(jīng)濟、環(huán)境影響評價、環(huán)境管理等的最新研究成果的論文；

2.2 新型配電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成

智能配電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可分為系統(tǒng)軟件管理層、通信網(wǎng)絡層、現(xiàn)場設備層3層結(jié)構(gòu)。

（1）設備層：該層只需通過E300智能馬達保護器，即可實現(xiàn)對電機電壓、電流等電機運行數(shù)據(jù)的采集及保護電機的正常運行，替代了傳統(tǒng)配電系統(tǒng)中的電壓表、電流表、電機綜合保護器等電氣元件。

（2）傳輸層：E300智能馬達保護器的Enther Net／IP通信模塊傳輸速率快，可靠性好，同時支持星型、線型和環(huán)型以太網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)。并采用工業(yè)級的千兆／百兆工業(yè)以太網(wǎng)交換機，減少干擾，可以完成E300智能馬達保護器與上位機的數(shù)據(jù)交互。

（3）管理層：通過PLC控制器的Enther Net通信模塊，直接采集智能馬達保護器E300傳遞上來的電機運行信息，如電壓、電流、脫扣狀態(tài)、脫扣原因、過載脫扣時間、脫扣記錄等。同時，羅克韋爾公司的上位機軟件Factory talk集成有智能馬達保護器E300的網(wǎng)絡編輯和參數(shù)設置功能（如圖3），并且上位機軟件提供了友好的人機界面，通過對監(jiān)測數(shù)據(jù)的采集、存儲，生成各種圖表和曲線，完成對現(xiàn)場設備狀態(tài)的實時、多維度展示，最終實現(xiàn)對設備的智能化管理。

圖3 E300智能馬達保護器設置畫面

2.3 新型配電系統(tǒng)的特點

相對于傳統(tǒng)的配電系統(tǒng)，新型配電系統(tǒng)最大限度地將網(wǎng)絡通訊理念植入到底層設備層之中，而且由于頂層管理層和底層設備層來自于同一廠家，使得整個系統(tǒng)更加統(tǒng)一完整，可靠性更高。

基于E300的新型智能配電系統(tǒng)采用了工業(yè)以太網(wǎng)技術，其通信速率更快，可以直接將大量數(shù)據(jù)實時發(fā)送給PLC控制系統(tǒng)，可以實時反映當前的生產(chǎn)狀況，并進行數(shù)據(jù)的分析和發(fā)布，非常適應未來智能化選煤廠的要求。其主要特點：

（1）可以遠程控制配電單元的停送電；

（2）信息采集和指令下達通過網(wǎng)絡通訊實現(xiàn)，實現(xiàn)了信息化和標準化；

（3）完善的電氣數(shù)據(jù)處理后臺，保障了電力參數(shù)的及時、準確、全面；

（4）網(wǎng)絡通信發(fā)生故障時仍可實現(xiàn) Hands／Off／Auto控制，電機也能受控停機。

主要優(yōu)點：

（1）縮短設計周期，減少前期設計工作量，使設計標準化；

（2）減少 DCS／PLC 的 I／O 模塊， 減少控制電纜的使用，降低控制系統(tǒng)的成本；

（3）縮短安裝調(diào)試時間，降低施工成本和后期運營成本；

（4）能夠發(fā)現(xiàn)和預防生產(chǎn)設備的故障風險，降低生產(chǎn)成本；

（5）減少電力巡檢維護人員及工作量，降低人工成本；

（6）實現(xiàn)低壓電力系統(tǒng)參數(shù)的全面采集，實現(xiàn)工廠數(shù)字化、信息化。［2］

3 技術優(yōu)勢對比

E300智能馬達保護器支持Enther Net通信協(xié)議。該通信協(xié)議較以前的方案擁有更高的傳輸速率，能夠?qū)崿F(xiàn)即時可靠的大數(shù)據(jù)采集，有利于實現(xiàn)選煤廠智能化。與傳統(tǒng)配電系統(tǒng)相比，正是由于大數(shù)據(jù)量采集的實現(xiàn)，在安全性、效率及互通性方面都有了很大提升，具體見表1。但是，大數(shù)據(jù)量采集功能的實現(xiàn)有賴于選煤廠控制系統(tǒng)PLC高性能的CPU，因此對PLC的CPU要求較高。

表1 配電系統(tǒng)技術優(yōu)勢對比