曹春華 顧鐵偉

（1.山東鋁業(yè)職業(yè)學(xué)院，山東 淄博 255051；2.山鋁熱電廠，山東 淄博 255051）

目前變電站自動化已發(fā)展為集“四遙”、保護(hù)、測量、自動裝置、故障錄播和管理于一體的先進(jìn)的綜合自動化系統(tǒng)。通過變電站綜合自動化系統(tǒng)內(nèi)各設(shè)備間相互交換信息，數(shù)據(jù)共享，完成變電站運行監(jiān)視和控制任務(wù)。變電站綜合自動化替代了變電站常規(guī)二次設(shè)備，簡化了變電站二次接線。綜合自動化是提高變電站安全穩(wěn)定運行水平、降低運行維護(hù)成本、提高經(jīng)濟(jì)效益、向用戶提供高質(zhì)量電能的一項重要技術(shù)措施。山鋁熱電廠建于1989年，其原發(fā)電、輸配電系統(tǒng)采用電磁式和晶體管型繼電器，繼電器動作靈敏性差，檢修維護(hù)工作量大，故障率較高，影響了設(shè)備的正常運行；并且繼電器無故障錄波和查詢功能，故障后不能正確及時判斷故障性質(zhì)。此次綜合自動化系統(tǒng)改造涉及發(fā)電機(jī)、變壓器、出線及廠用線等，改造的主體為主控室。改造主要分微機(jī)保護(hù)測控裝置、監(jiān)控自動化系統(tǒng)、勵磁設(shè)備、微機(jī)自動準(zhǔn)同期設(shè)備、微機(jī)綜合防誤閉鎖裝置、計量系統(tǒng)和模擬屏等七部分，通過監(jiān)控自動化系統(tǒng)有機(jī)聯(lián)系起來。在綜合自動化改造工程中，微機(jī)繼電保護(hù)裝置實現(xiàn)對各設(shè)備的保護(hù)、測控，是綜合自動化系統(tǒng)的主體。

1 熱電廠微機(jī)繼電保護(hù)改造規(guī)模和模式設(shè)計

1.1 微機(jī)繼電保護(hù)改造規(guī)模

本次改造主要包括發(fā)電（不包括發(fā)電機(jī)動力DCS操作系統(tǒng)）、廠用電和升壓站三部分。發(fā)電部分包括02#機(jī)組和 1#－4#發(fā)電機(jī)-變壓器組，02#機(jī)組已經(jīng)配置微機(jī)保護(hù)裝置（本次改造只考慮網(wǎng)絡(luò)連接問題）。

廠用電部分包括6.0kV I-VIII共8條廠用線、1#－5#共5臺廠用變壓器、10臺輔助變壓器、1臺高壓廠用變壓器、6.0kV I段和6.3kV段8條母線、1條高壓備用電源，3條6.0kV備用分支電源。

升壓站系統(tǒng)主要包括5條35kV饋線、3條35kV母線、兩條35kV并網(wǎng)線路和1條110kV并網(wǎng)線路。

1.2 微機(jī)繼電保護(hù)模式設(shè)計

要求微機(jī)保護(hù)測控設(shè)備性能可靠、原理先進(jìn)、功能齊全、使用方便。支持多種標(biāo)準(zhǔn)規(guī)約，完成與監(jiān)控系統(tǒng)實時通信。設(shè)備安裝采用集中分散結(jié)合式，主設(shè)備的保護(hù)測控設(shè)備在主控室集中組屏，其他安裝于現(xiàn)場配電室。

2 微機(jī)繼電保護(hù)配置

2.1 繼電保護(hù)設(shè)計方案

1）1#－4#發(fā)電機(jī)-變壓器組以機(jī)組為單位組裝微機(jī)保護(hù)測控屏，主要設(shè)置差動保護(hù)（包括差動斷線）、復(fù)合電壓閉鎖過流保護(hù)和失磁保護(hù)。

2）1#－4#變壓器主要設(shè)置變壓器差動保護(hù)（包括差動斷線）、瓦斯保護(hù)、復(fù)合電壓閉鎖過流保護(hù)，其中4#主變?yōu)?線圈變壓器，增加零序電流保護(hù)和110kV復(fù)合電壓閉鎖過流保護(hù)，控制對象增加110kV隔離刀閘、接地刀閘。

3）1#中間變壓器繼電保護(hù)裝置在在主控室組屏安裝，主要設(shè)置差動保護(hù)（包括差動斷線）、過流保護(hù)、輕重瓦斯等繼電保護(hù)。

4）35kV饋線和并網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線路保護(hù)測控裝置安裝于現(xiàn)場開關(guān)柜。其中電東線路、電鋁III、電南I-III線路5條饋出線路主要設(shè)置速斷保護(hù)、定時限過流II段、定時限過流III段保護(hù)和自動重合閘，電鋁I和電鋁 II 兩條并網(wǎng)線路與對測動力廠配合設(shè)置縱差動保護(hù)、方向過流I段和方向過流II段保護(hù)、低周低壓等繼電保護(hù)。

5）II、III期備用電源在在主控室組屏安裝繼電保護(hù)裝置，主要設(shè)置線路縱差保護(hù)、過流保護(hù)和分支過流保護(hù)，同時還有備自投裝置。

6）35kV I-III段母線微機(jī)保護(hù)測控裝置安裝于現(xiàn)場，主要設(shè)置母線縱聯(lián)差動保護(hù)，并與母線低電壓聯(lián)鎖出口跳閘。

7）35kV I-III段母線、6.0kV I-VIII段母線和6.3kV IV-V段母線共有15支母線保護(hù)裝于現(xiàn)場電壓互感器柜，并設(shè)置相關(guān)電動機(jī)低電壓保護(hù)及絕緣檢查。

8）8條廠用線路繼電保護(hù)裝置在在主控室組屏安裝，主要設(shè)置縱聯(lián)差動保護(hù)和過流保護(hù)。

9）110kV高聯(lián)線路繼電保護(hù)裝置在在主控室組屏安裝，并與線路對側(cè)配合，設(shè)置高頻保護(hù)、距離保護(hù)、零序保護(hù)、綜合重合閘保護(hù)。

10）所有廠用變壓器、備用變壓器和輔助變壓器繼電保護(hù)裝置在主控室組屏安裝，主要設(shè)置電流速斷保護(hù)、過流和瓦斯保護(hù)。

11）6.0kVI-III段、380V I-III段備用分支電源按著明備用自投方式設(shè)計；4#廠用變壓器與5#廠用變壓器之間的互為備用，采用暗備用自投方式設(shè)計。

2.2 微機(jī)繼電保護(hù)裝置選型和配置

綜合比較國內(nèi)外多家微機(jī)保護(hù)裝置的產(chǎn)品性能和價格，最終選擇上海AREVA電力自動化有限公司生產(chǎn)的P63X、P12X、P14X等系列裝置。該裝置集測量、控制和繼電保護(hù)為一體，靈敏度、精度高，容量大，工藝先進(jìn)，通過IEC60870-103規(guī)約與后臺通信，數(shù)據(jù)實時性較強(qiáng)，完全滿足現(xiàn)場設(shè)備的技術(shù)要求。

3 微機(jī)繼電保護(hù)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

3.1 系統(tǒng)功能

微機(jī)繼電保護(hù)網(wǎng)絡(luò)建立在綜合自動化基礎(chǔ)上，采用煙臺東方電子信息產(chǎn)業(yè)股份有限公司生產(chǎn)的DF1800監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)集實時監(jiān)控（SCADA），防誤閉鎖、保護(hù)通信與管理等功能一體化設(shè)計，還具備系統(tǒng)自診斷和自恢復(fù)和維護(hù)功能實時采集數(shù)據(jù)與處理、人際交換、典型操作票、在線統(tǒng)計計算及制表、報警處理、時鐘同步及GPS等功能。

3.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

微機(jī)保護(hù)后臺系統(tǒng)主網(wǎng)主要分站控層和間隔層兩部分，采用雙以太網(wǎng)（A網(wǎng)和B網(wǎng)）主備冗余機(jī)構(gòu)，采用TCP/IP網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議，主網(wǎng)連接的節(jié)點有兩臺 SCADA/歷史服務(wù)器、兩臺前置數(shù)據(jù)采集工作站（前置機(jī)）、3臺操作員站、1工程師工作站、1臺遠(yuǎn)程維護(hù)站、GPS對時、設(shè)備和打印機(jī)等，主要負(fù)責(zé)中央控制層各個工作站之間的和來自加間隔層的全部數(shù)據(jù)的傳輸和各種訪問請求。

操作員工作站采用HPDC7700工作站，負(fù)責(zé)管理和顯示有關(guān)的運行信息，供運行人員對全廠電氣系統(tǒng)的運行情況進(jìn)行監(jiān)視和控制，包括對微機(jī)保護(hù)裝置的動作信號進(jìn)行遠(yuǎn)方復(fù)位、軟壓板的投退等。工程師站也采用HPDC7700工作站，負(fù)責(zé)全站的程序開發(fā)，系統(tǒng)診斷，控制系統(tǒng)狀態(tài)，數(shù)據(jù)庫和畫面的編輯及修改，還兼作繼電保護(hù)站，用于監(jiān)視電氣系統(tǒng)所有繼電保護(hù)裝置的運行狀態(tài)，收集保護(hù)的事件記錄、報警信息以及故障錄波數(shù)據(jù)。

間隔層網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)主要分為廠用電系統(tǒng)、主控室微機(jī)測控保護(hù)系統(tǒng)、35kV系統(tǒng)、廠用段母線絕緣檢查系統(tǒng)以及主控室其他智能設(shè)備，其中 35kV系統(tǒng)和廠用電絕緣檢查系統(tǒng)是通過光纜與現(xiàn)場服務(wù)器實時通信，其他直流系統(tǒng)、電度表、模擬屏、中央信號屏、1#-3#發(fā)電機(jī)勵磁系統(tǒng)和主控室所有微機(jī)保護(hù)設(shè)備通過雙絞線網(wǎng)絡(luò)交換設(shè)備相連接。具體參見微機(jī)繼電保護(hù)網(wǎng)絡(luò)如圖1所示。

圖1 綜合自動化系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)圖

4 微機(jī)保護(hù)裝置與綜合自動化系統(tǒng)的通信

根據(jù)設(shè)計要求，微機(jī)繼電保護(hù)裝置選用IEC60870-5-103規(guī)約、采用 RS485串行通信方式與綜合自動化系統(tǒng)通信，以雙絞線為傳輸介質(zhì)。IEC60870-5-103規(guī)約是IEC870標(biāo)準(zhǔn)配套標(biāo)準(zhǔn)，它詳細(xì)提供了繼電保護(hù)設(shè)備信息接口的規(guī)范。

IEC60870-5-103規(guī)約采用非平衡傳輸，控制系統(tǒng)組成主站，微機(jī)繼電保護(hù)設(shè)備為從站，即控制系統(tǒng)常常是始發(fā)站，繼電保護(hù)設(shè)備是從動站。

5 改造效果和存在問題

改造后，微機(jī)繼電保護(hù)裝置集測量、保護(hù)、控制功能與一體，簡化了二次回路接線，降低了故障率，減少了控制和保護(hù)屏的數(shù)量，對主控室重新進(jìn)行了平面布置，微機(jī)繼電保護(hù)裝置測量精度高，大大減少維護(hù)人員校驗和維護(hù)工作量，設(shè)備故障錄波、事件查詢帶和自檢功能，為電力系統(tǒng)故障分析提供了可靠的數(shù)據(jù)。具有實時監(jiān)測、操作、調(diào)整、自動抄表、繼電器遠(yuǎn)方復(fù)位等功能的后臺監(jiān)控系統(tǒng)，大大提高了熱電廠自動化程度，系統(tǒng)的防誤操作功能，有力保證了運行人員安全操作。各部分通過東方電子 DF1800后臺連接為一個統(tǒng)一的整體，自動化程度顯著提高。主控室外觀裝修和控制盤布置相得益彰，給人煥然一新的感覺。但改造過程中也存在一些美中不足的地方。

1）主控室盤面較多，部分微機(jī)保護(hù)器宜裝到現(xiàn)場開關(guān)柜上，節(jié)省電纜，更能體現(xiàn)分散式綜合自動化系統(tǒng)的優(yōu)點。

2）未考慮到主控室服務(wù)器噪聲大，應(yīng)采用消音柜。

3）DCS系統(tǒng)未能納入DF1800系統(tǒng)中，電氣運行值班員需同時對兩個系統(tǒng)監(jiān)盤。

4）并網(wǎng)線高聯(lián)線和電鋁I、電鋁II因與動力廠有分歧，未能實現(xiàn)保護(hù)改造。

5）改造開始考慮不夠全面，應(yīng)增加一塊中央信號屏。

6 結(jié)論

綜合自動化系統(tǒng)正在向著數(shù)字化、集成化、規(guī)范化的趨勢不斷發(fā)展，模式從集中控制、功能分散型向著分層網(wǎng)絡(luò)型發(fā)展。我廠的變電站自動化改造具有改造的高度型和前瞻性，具有一定的代表性。該系統(tǒng)投入運行以來，設(shè)備以及監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)運行穩(wěn)定，為熱電廠的安全生產(chǎn)提供了保障。

[1]陳樹德.計算機(jī)繼電保護(hù)原理與技術(shù)[M].北京:中國電力出版社,1992.11.

[2]唐濤,諸偉楠,等. 發(fā)電廠與變電站自動化技術(shù)及其應(yīng)用[M].北京:中國電力出版社,2005.2.

[3]DF1800電力自動化主站系統(tǒng)工程安裝手冊[Z].東方電子信息產(chǎn)業(yè)股份有限公司.