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為兼顧原有低壓配電系統(tǒng)和生產(chǎn)集控系統(tǒng)，在此次系統(tǒng)改造升級(jí)中，繼續(xù)沿用原有上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，并在此基礎(chǔ)上開發(fā)數(shù)字化配電管理系統(tǒng)；PLC控制系統(tǒng)由西門子S7—300升級(jí)至S7—1500，饋線柜全部更換為支持工業(yè)以太網(wǎng)的MNS3.0數(shù)字開關(guān)柜，進(jìn)線柜、補(bǔ)償柜、變壓器繼續(xù)保留，柜內(nèi)電氣設(shè)備全部更換為智能設(shè)備。
在智慧選煤廠建設(shè)加速推進(jìn)的背景下，建設(shè)基于工業(yè)以太網(wǎng)的數(shù)字化配電管理系統(tǒng)勢(shì)在必行。國電建投內(nèi)蒙古能源有限公司、鄂爾多斯應(yīng)用技術(shù)學(xué)院的研究人員劉建、白雪梅、于大偉，在2021年第12期《電氣技術(shù)》上撰文，選用支持Modbus/TCP協(xié)議的智能電氣設(shè)備，搭建從智能電氣設(shè)備到配電管理系統(tǒng)的一體化工業(yè)以太網(wǎng)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)高速傳輸。低壓配電管理系統(tǒng)不僅具有“遙測(cè)、遙控、遙信、遙調(diào)”功能，還具有停送電審批、能耗統(tǒng)計(jì)、設(shè)備維護(hù)、報(bào)警與事件、操作記錄等管理功能。
本文以選煤廠末煤低壓配電系統(tǒng)改造項(xiàng)目為背景，論述采用智能電氣設(shè)備和工業(yè)以太網(wǎng)搭建數(shù)字化低壓配電管理系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法，數(shù)字化低壓配電管理系統(tǒng)可以有效解決原有系統(tǒng)存在的問題，并為實(shí)現(xiàn)與智慧工廠管理平臺(tái)的無縫集成奠定基礎(chǔ)。
智能電氣
設(shè)備選擇采用微處理器技術(shù)開發(fā)的具有標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)以太網(wǎng)接口的設(shè)備，以斷路器、電動(dòng)機(jī)綜合保護(hù)器等智能設(shè)備為通信節(jié)點(diǎn)構(gòu)建工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)。通過以太網(wǎng)把現(xiàn)場(chǎng)電氣設(shè)備采集的大量數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳送至PLC控制系統(tǒng)和配電管理系統(tǒng)中，搭建“智能電氣設(shè)備-數(shù)字開關(guān)柜-配電管理系統(tǒng)”從下至上的三位一體工業(yè)以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)。
末煤低壓配電系統(tǒng)由一臺(tái)10kV/0.69kV干式變壓器負(fù)責(zé)供電，變壓器容量800kVA，采用IT供電方式，中性點(diǎn)經(jīng)高電阻接地。系統(tǒng)母線電壓為690V，單母線段獨(dú)立運(yùn)行，由一面進(jìn)線柜、一面電容補(bǔ)償柜和三面饋線柜組成，主要負(fù)荷有4臺(tái)皮帶機(jī)和2臺(tái)刮板機(jī)，單臺(tái)設(shè)備大功率不超過132kW，采用直接起動(dòng)方式。配電柜采用MNS2.0柜型，進(jìn)線柜安裝CW1框架斷路器，饋線抽屜內(nèi)安裝CM1塑殼斷路器、電動(dòng)機(jī)綜合保護(hù)器、接觸器等電氣設(shè)備，低壓配電系統(tǒng)與工藝控制共用一套PLC和上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。
選煤廠生產(chǎn)設(shè)備以皮帶機(jī)、刮板機(jī)、破碎機(jī)、泵類等重負(fù)荷設(shè)備為主，設(shè)備需頻繁帶載起停；生產(chǎn)與輸送環(huán)節(jié)較多，各低壓配電系統(tǒng)隨車間分散布置；加工與運(yùn)送高硬度物料，大量設(shè)備因磨損須每日停電檢修。
原有低壓配電系統(tǒng)存在的問題主要有：①大量電氣參數(shù)未采集至上位機(jī)系統(tǒng)，無法集中監(jiān)測(cè)各配電系統(tǒng)運(yùn)行狀況，主要依靠人員定期巡檢，無法及時(shí)發(fā)現(xiàn)并消除隱患；②日常停送電需要電工去往各個(gè)配電室就地手動(dòng)操作完成，時(shí)間成本高，工作效率極低，且存在人工誤操作風(fēng)險(xiǎn)；③塑殼斷路器保護(hù)功能配置不豐富，無法靈活調(diào)整定值，設(shè)備重載起車或嚴(yán)重卡堵時(shí)易發(fā)生誤動(dòng)作、越級(jí)跳閘等故障；④PLC模塊和配電柜之間通過控制電纜連接，二次接線繁雜，故障率較高。
數(shù)字開關(guān)柜選用集成以太網(wǎng)口的柜型，柜內(nèi)電氣設(shè)備通過柜體與柜外交換機(jī)實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)直連，PLC與配電管理系統(tǒng)之間采用原有以太網(wǎng)通信，各節(jié)點(diǎn)交換機(jī)和智能電氣設(shè)備均選用具有以太網(wǎng)冗余功能的設(shè)備
工業(yè)以太網(wǎng)是以太網(wǎng)技術(shù)和通用工業(yè)協(xié)議的結(jié)合，為滿足高實(shí)時(shí)性的工業(yè)應(yīng)用需求，著名自動(dòng)化公司和標(biāo)準(zhǔn)化組織紛紛提出了各種工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，受到廣泛支持的有Modbus/TCP、ProfiNet、Ethernet/IP等。該項(xiàng)目選用支持Modbus/TCP協(xié)議的智能電氣設(shè)備，對(duì)于支持Modbus/RTU協(xié)議的設(shè)備，可經(jīng)過通信模塊轉(zhuǎn)換為Modbus/TCP協(xié)議后接入工業(yè)以太網(wǎng)中。