金曉宇，尉曉瓏

(呂臨能化公司 選煤廠，山西 呂梁 033000)

傳統(tǒng)配電系統(tǒng)獨(dú)立，信息孤立；監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)不全面，無法實(shí)時(shí)監(jiān)控；日常的巡檢維護(hù)需要投入大量的人力物力；事前無預(yù)警，事后查找問題及檢修處理速度慢等。隨著現(xiàn)代化信息技術(shù)日漸完善，智能化配電管理系統(tǒng)得到迅速發(fā)展[1-2]，極大地提高了配電管理水平。

呂臨能化公司選煤廠隸屬于山西焦煤霍州煤電集團(tuán)，是一座處理能力為10 Mt/a的大型煉焦煤選煤廠。該廠占地面積18公頃，工業(yè)廠區(qū)占地面積大，配套建有4座大型變電所、12個(gè)配電室，分布范圍廣、距離遠(yuǎn)。目前停送電檢修及故障處理采用人工停送電和設(shè)備故障復(fù)位，設(shè)備檢修及維護(hù)時(shí)都需要辦理諸多的停送電審批手續(xù)并人工進(jìn)行配電室停、送電操作，對(duì)比較偏遠(yuǎn)的配電室進(jìn)行停送電作業(yè)時(shí)，勞動(dòng)強(qiáng)度大、耗費(fèi)時(shí)間長(zhǎng)、效率低，無法滿足選煤廠正常生產(chǎn)的要求。此外，采用人員定期巡檢查看安裝在現(xiàn)場(chǎng)配電柜上的綜合保護(hù)器來判斷設(shè)備運(yùn)行情況是否正常,配電系統(tǒng)監(jiān)控方式原始落后,實(shí)時(shí)性差，亟待對(duì)現(xiàn)有的配電系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化升級(jí)。

1 系統(tǒng)建設(shè)目標(biāo)

針對(duì)目前存在的問題，呂臨能化選煤廠決定對(duì)現(xiàn)有配電系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化升級(jí)，建立智能配電管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)應(yīng)具有完善的檢測(cè)、操作功能，滿足系統(tǒng)安全可靠、管理便捷的要求，實(shí)現(xiàn)配電系統(tǒng)運(yùn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、故障判斷等功能，達(dá)到配電設(shè)備運(yùn)行的自動(dòng)化、智能化管理的目的。智能配電管理系統(tǒng)主要功能包括：完善配電系統(tǒng)的保護(hù)功能；實(shí)現(xiàn)配電回路運(yùn)行參數(shù)的實(shí)時(shí)性檢測(cè)和遠(yuǎn)程分合閘、遠(yuǎn)程故障復(fù)位操作等功能；完善停送電操作管理流程，實(shí)現(xiàn)授權(quán)、操作、掛牌等功能。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

結(jié)合現(xiàn)有配電系統(tǒng)和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際需求，利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、PLC控制技術(shù)進(jìn)行智能配電管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

1)通過增加通訊數(shù)據(jù)分站，實(shí)現(xiàn)在線、及時(shí)、準(zhǔn)確采集、監(jiān)測(cè)配電室相關(guān)運(yùn)行參數(shù)。

2)通過對(duì)目前斷路器操作機(jī)構(gòu)升級(jí)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程對(duì)配電柜進(jìn)行停送電操作和基本故障信號(hào)復(fù)位。

3)通過在配電柜的抽屜主觸頭安裝無線溫度傳感器，實(shí)現(xiàn)出現(xiàn)溫升異常情況時(shí)系統(tǒng)主動(dòng)報(bào)警，消除安全隱患。

4)通過增設(shè)視頻軌道機(jī)器人實(shí)現(xiàn)自動(dòng)巡檢和定位，代替人員巡檢，實(shí)現(xiàn)出現(xiàn)故障能夠遠(yuǎn)程定位，真正達(dá)到配電室無人值守。

5)通過對(duì)配電室數(shù)字化升級(jí)、軟件系統(tǒng)集成，實(shí)現(xiàn)手機(jī)APP審批用電工作流程，提高工作效率。

3 系統(tǒng)組成

智能配電管理系統(tǒng)主要由設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)和參數(shù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、PLC綜合遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)、無線測(cè)溫系統(tǒng)、視頻軌道機(jī)器人自動(dòng)巡檢和定位系統(tǒng)、網(wǎng)管式停送電系統(tǒng)和電子掛牌系統(tǒng)等組成。

3.1 設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)和參數(shù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

在現(xiàn)有配電柜的綜合保護(hù)器上增加通訊數(shù)據(jù)分站,通過安裝數(shù)據(jù)采集軟件KEPsever從通訊數(shù)據(jù)分站獲取設(shè)備的電壓、電流、功率等參數(shù)以及運(yùn)行狀態(tài)、數(shù)據(jù)等全系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)。

上位機(jī)通過OPC服務(wù)器直接采集KEPsever獲得的相關(guān)數(shù)據(jù)，最終實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程在線、及時(shí)、準(zhǔn)確采集、監(jiān)測(cè)配電室用電設(shè)備的電壓、電流、功率等參數(shù)以及檢測(cè)配電室設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、數(shù)據(jù)以及全系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)，見圖1.

圖1 設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)和參數(shù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)圖

3.2 PLC綜合遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)

1)斷路器操作機(jī)構(gòu)升級(jí)。

目前的設(shè)備停送電作業(yè)是通過人工操作機(jī)械手柄實(shí)現(xiàn)的，這種操作對(duì)于距離較遠(yuǎn)的配電室，會(huì)出現(xiàn)停送電不及時(shí)的情況，停送電效率低，一定程度上降低了生產(chǎn)效率。為了提高停送電的便捷性和生產(chǎn)效率，將手動(dòng)操作機(jī)構(gòu)升級(jí)為電動(dòng)操作機(jī)構(gòu)，通過遠(yuǎn)程控制在集控室就能實(shí)現(xiàn)斷路器的合閘和分閘，見圖2.

圖2 電動(dòng)操作機(jī)構(gòu)控制示意圖

電動(dòng)操作機(jī)構(gòu)采用先進(jìn)的開關(guān)電源技術(shù)，利用小型永磁式直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)進(jìn)行電動(dòng)閉合、斷開和再扣操作的配套機(jī)構(gòu)。該機(jī)構(gòu)體積小、安裝方便、工作穩(wěn)定，分合、脫扣顯示直觀，并可進(jìn)行手動(dòng)操作[3-4].

2)PLC系統(tǒng)優(yōu)化。

在PLC柜增加一個(gè)集中/就地轉(zhuǎn)換開關(guān)，正常工作狀態(tài)下，此轉(zhuǎn)換開關(guān)處于“集中”位置，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方控制。當(dāng)PLC系統(tǒng)故障時(shí)，轉(zhuǎn)換開關(guān)打到“就地”位置，實(shí)現(xiàn)在配電柜旁的現(xiàn)場(chǎng)操作。

在現(xiàn)有的抽屜面板上，保留合分閘指示燈，并增加合閘和分閘按鈕，目的是當(dāng)PLC出現(xiàn)癱瘓時(shí)，能通過抽屜面板上的合分閘按鈕實(shí)現(xiàn)設(shè)備的停送電功能，防止PLC癱瘓后，設(shè)備的停送電無法實(shí)現(xiàn)[5].

3.3 無線測(cè)溫系統(tǒng)

為了避免配電室火災(zāi)事故的發(fā)生，在配電柜抽屜里安裝無線測(cè)溫傳感器，并將每個(gè)回路的ABC三相的工作溫度實(shí)時(shí)上傳至計(jì)算機(jī)，該溫度信息通過計(jì)算機(jī)能夠顯示歷史溫度曲線，一旦出現(xiàn)溫度超限狀況或溫度變化異常，系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警信息，人為干預(yù)消除潛在的故障，避免火災(zāi)事故的發(fā)生[6].

3.4 視頻軌道機(jī)器人自動(dòng)巡檢和定位系統(tǒng)

為充分了解配電室的信息，在配電室安裝視頻軌道機(jī)器人以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)巡視，視頻軌道機(jī)器人自動(dòng)巡檢和定位系統(tǒng)原理圖見圖3，根據(jù)需要或配電回路報(bào)警實(shí)現(xiàn)配電柜具體回路的精準(zhǔn)定位，方便遠(yuǎn)程觀察配電或故障情況。當(dāng)配電室遠(yuǎn)程操作或配電系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，巡檢機(jī)器人會(huì)快速定位至事件發(fā)生地點(diǎn)進(jìn)行視頻監(jiān)控抓拍并聯(lián)動(dòng)語音系統(tǒng)進(jìn)行報(bào)警，真正實(shí)現(xiàn)配電室無人值守。

圖3 視頻軌道機(jī)器人自動(dòng)巡檢和定位系統(tǒng)原理圖

軌道式智能巡檢機(jī)器人系統(tǒng)通過搭載視頻設(shè)備和傳感器，沿軌道對(duì)電力設(shè)備進(jìn)行巡檢，能夠?qū)崿F(xiàn)配電室內(nèi)設(shè)備全方位、全自主智能巡檢和監(jiān)控，也可以人工操作獲取需要檢測(cè)設(shè)備的重要信息，提高了檢測(cè)的范圍、巡檢效率和智能化水平。軌道式智能巡檢機(jī)器人系統(tǒng)的應(yīng)用可有效降低設(shè)備維護(hù)成本，提高設(shè)備巡檢、設(shè)備管理的自動(dòng)化和智能化水平，為智能配電和無人值守站提供新型的技術(shù)檢測(cè)手段和可靠的安全保障。

3.5 網(wǎng)管式停送電系統(tǒng)

為確保實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程停送電的安全可靠,基于完善的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架及系統(tǒng)信息鏈,構(gòu)建網(wǎng)管式停送電管理流程。

網(wǎng)管式停送電管理流程是根據(jù)傳統(tǒng)的工作票機(jī)制,使其在網(wǎng)絡(luò)通訊中依托手機(jī)微信，通過云技術(shù)接收信號(hào)和發(fā)送指令，協(xié)同PLC控制系統(tǒng)控制斷路器上的電動(dòng)操作機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)申請(qǐng)、審批、允許、操作及整個(gè)事件的記錄等作業(yè)。

通過網(wǎng)管式停送電系統(tǒng)，即可用電腦端、手機(jī)端完成用電、停電、送電流程審批作業(yè)，實(shí)現(xiàn)靈活的審批流程、便捷的無紙化操作。同時(shí)所有操作將會(huì)被自動(dòng)記錄，可查詢?yōu)g覽、打印、全程可追溯。指尖上的辦公縮減了流程運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間，實(shí)現(xiàn)了即時(shí)辦公，提升了工作效率。

3.6 電子掛牌系統(tǒng)

電子掛牌系統(tǒng)通過手機(jī)實(shí)現(xiàn)電子掛牌，同時(shí)為了安全管理的需要，在配電室內(nèi)增加液晶顯示屏顯示配電室重要的信息，實(shí)現(xiàn)了停送電掛牌無人化，避免了人工誤操作，防止意外事故的發(fā)生。電子掛牌系統(tǒng)界面見圖4.

圖4 電子掛牌系統(tǒng)界面圖

4 實(shí)施效果

4.1 創(chuàng)新管理模式

智能配電管理系統(tǒng)投用后可通過PLC系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)后臺(tái)電腦終端和手機(jī)APP掌握配電回路運(yùn)行和故障信號(hào)，并結(jié)合軌道機(jī)器人定位到故障回路，代替人工巡視及觀察，遠(yuǎn)程分析和觀察配電回路運(yùn)行情況。通過該系統(tǒng)能方便、快捷、遠(yuǎn)程實(shí)現(xiàn)停電、送電、故障復(fù)位和事故分析等功能，解決了偏遠(yuǎn)配電室停送電距離遠(yuǎn)、效率低等對(duì)生產(chǎn)的影響。此外，停電、送電審批可完全通過手機(jī)APP完成，縮減了流程運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間，實(shí)現(xiàn)了無紙化操作辦公，提升了工作效率。

4.2 提升安全管理水平

智能配電管理系統(tǒng)投用后，實(shí)現(xiàn)了配電系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和配電室無人則安的本質(zhì)安全目標(biāo)，并且通過在配電柜抽屜里安裝無線測(cè)溫傳感器，可預(yù)防配電事故及火災(zāi)事故的發(fā)生，提升了選煤廠配電系統(tǒng)的安全管理水平。

4.3 經(jīng)濟(jì)效益

智能配電管理系統(tǒng)建設(shè)，提高了生產(chǎn)系統(tǒng)的運(yùn)行效率，減少了設(shè)備的空載運(yùn)行時(shí)間，降低了設(shè)備的折舊費(fèi)用。此外，智能配電管理系統(tǒng)的投用實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程停送電和故障復(fù)位，節(jié)約了人工成本。

5 結(jié) 語

智能配電管理系統(tǒng)的使用提升了選煤廠停送電操作的安全性，有效節(jié)約了人力資源，提升了工作效率，真正實(shí)現(xiàn)了配電室無人化，提升了選煤廠供配電高效化、自動(dòng)化、智能化水平。