大型煉油項目電氣SCADA系統的應用

王宗景

(中國石化工程建設公司,北京 100101)

0 引 言

隨著電力自動化技術的發展,目前電力監控技術已經廣泛應用于各級電壓等級的供配電自動監測,實現“四遙”(遙信、遙測、遙控、遙調)功能,極大地減輕了電力調度和電氣操作值班人員的勞動強度,提高了電力監控的運行水平。近些年來,電氣SCADA系統已經在國內煉油化工行業有了廣泛的應用,幾乎國內所有煉化企業的新建或改造項目中,供電系統都配套相應的SCADA系統,大大提高了供電系統在監控、操作上的自動化水平,提升了運行人員的工作效率、準確性和安全性。尤其,從2002年開始接連興建了若干個千萬噸級的煉油企業,在這些百億元以上的投資項目中,一次性為其配套全廠電氣SCADA系統成為了必然。這樣做的好處有以下幾個方面。

a)可以大幅提高全廠供電系統在監控、操作上的自動化水平,滿足了現代煉油企業所要求的工業先進性。

b)一次性新上全部的廠內電氣 SCADA系統,使全廠SCADA系統的軟、硬件能夠統一設計、采購、施工、調試,盡量避免接口和兼容性問題,保證了系統的穩定性。

c)長期來看,有利于提高操作人員的工作效率、降低工作失誤率、減少定員、提高企業效益。

因此,目前電氣SCADA系統已成為煉油企業供電系統工程設計的必然選擇。

1 系統應用

該文以青島10 Mt/a大煉油項目為例,介紹電氣SCADA系統的應用。

1.1 電氣主接線簡介

電氣SCADA系統的構成是與全廠供電系統的結構息息相關的,青島煉化屬大型煉化企業,廠內設一座110 kV總變電所、3座35 kV區域變電所和23座6 kV變電所。35 kV區域變電所和6 kV變電所內的各電壓等級均采用單母線分段的供電形式,每個35 kV區域變電所的電源均引自110 kV總變電所,6 kV變電所的電源均引自所在區域的35 kV區域變電所。即35 kV區域變電所為6 kV變電所提供電源,6 kV變電所分別位于各生產裝置或公用工程單元內,直接為相應用電設備供電。廠內的電氣SCADA系統因三個不同區域的35 kV區域變電所分為獨立的三套SCADA系統和一套電氣監控中心的調度系統,這里以其中一套系統,即35 kV區域變電所(一)SS-1162及其下屬6 kV變電所為例,對 SCADA系統的應用進行介紹。

1.2 拓撲結構簡介

每個35 kV區域變電所內設置一個分站,每個6 kV變電所內設置一個子站。分站與子站的硬件配置不同,但均要實現對站內所有必要的電氣設備的監控。分站及重要的子站均采用雙站控單元雙網絡配置,其他非重要子站采用單通信管理機配置。分站采用“雙機四顯”配置,重要的子站采用“雙機雙顯”配置,其他非重要子站依據空間布局決定是否采用后臺機。分站與子站之間均采用冗余回路的光纜進行通信。該廠的一號35 kV區域變電所的SCADA拓撲結構如圖1所示,其下屬6 kV變電所的典型電氣SCADA拓撲結構如圖2所示。

圖1 35 kV區域變電所SS-1162的電氣SCADA拓撲結構

圖2 6 kV變電所的典型電氣SCADA拓撲結構

系統采用了成熟先進的分層分布、開放式結構設計,按間隔劃分、單元化設計、分布式處理。系統按功能分為控制室內的站控層和開關室內的間隔層?？刂茖訛槿驹O備監視、測量、控制、管理中心,并與遠方進行數據通信。系統的信息數據上行流向是一次、二次設備—綜保裝置—6 kV子站SCADA系統—35 kV區域SCADA系統;控制命令下行流向是全廠電氣監控中心—35 kV區域SCADA系統—6 kV子站SCADA系統—綜保裝置—綜保裝置執行控制命令完成對一次設備的操作。

間隔層采用集測量、控制、保護及通信“四合一”的分散式測控保護單元,負責采集各種實時信息、監測、保護及控制一次設備的運行,自動協調就地操作與站控層的操作要求,保證設備安全運行,在站控層及網絡失效的情況下,間隔層能獨立完成監測、控制和保護功能。遵循盡可能分散就地處理的原則,10/6 kV系統的測控及保護單元分散布置在各開關柜上。

站控層與間隔層的通信以串口通信為主,站控層是以太網的計算機監控系統。分站站控層主干網為雙以太網結構,子站站控層主干網為單以太網結構。

總站與分站間采用雙纜雙通道、分站與子站的通信采用單纜雙通道,長距離傳輸采用光纜。

1.3 主要技術特點

a)無人值班設計。該SCADA系統的分站及子站均為無人值班站,斷路器正常投、切均由監控系統或就地操作。該系統可通過計算機和人機接口系統及時地向值班人員提供詳細的信息,為變配電所的安全、可靠、經濟運行提供了強有力的保證。

b)可靠性高。微機監控系統集保護、控制、監測、通信為一體,軟硬件的配置都采用了當前主流產品。監控系統需具備20%的擴充余量,重要環節采用了冗余設置,數據采集實現雙機并聯獨立通道。軟、硬件結構采用模塊化設計,方便運行維護和擴展。各部件有自恢復功能和斷電保護措施,出現死鎖和斷電時不丟失內存中已有累計數據和重要的生成數據。出現故障元件時,能發出報警,并將有故障部分隔離使其他部分能正常工作。

c)強大接口能力。系統的結構采用開放式分布式結構,網絡的接口符合國際標準和工業標準。通信 規 約 支 持 Modbus,Spabus,Profibus, IEC60870-5-103,IEC60870-5-102,IEC60870-5-101, IEC60870-5-104等常用規約,完全滿足了與站內各類智能設備或系統的通信。系統還為變配電室與上級變電站和全廠電氣監控中心的遙信、遙測預留相應的通信接口。

d)友好人機界面。該系統具備友好的人機界面、簡便實用的專家管理系統及操作指南,具備了智能模擬操作及防誤閉鎖功能。

1.4 主要功能

a)保護信息。傳送事件報告,包括跳閘時間(響應時間1 ms)、跳閘元件、測距、故障波形,掉電信息能保留;傳送自檢報告,包括內部自檢和輸入信號、控制電源和控制回路的檢查;修改時鐘及對時;接受投、退保護命令;實時顯示保護裝置工作狀態。

b)自動控制。傳送事件報告,包括跳、合閘時間(響應時間1ms),跳、合閘元件,掉電信息的保留;傳送自檢報告,包括內部自檢和輸入信號、控制電源和控制回路的檢查;修改時鐘及對時;接受投、退自動裝置命令;實時顯示保護裝置工作狀態。

c)數據采集。完成各種所需的開關量和模擬量的采集(交流直接采樣)。

d)數據處理。重要參數越限監視和處理;對母線電壓、直流電壓越限;變壓器及電動機過負荷等監視;數據統計和處理;對測量值日、月最大值、最小值和實時值的統計;電量統計;開關正常和事故分合閘統計。

e)事件記錄。對開關變位、保護及自動裝置動作(事故和預告信號事件)進行事件前、后的記錄(響應時間1 ms)。

f)控制與操作閉鎖。遙控對象:6 kV,10 kV, 35 kV進線及母線分段斷路器合、分閘;自動裝置遠方投、退和操作。

g)人機界面。監控主機(上位機)能接收所有狀態量、測量值、電度量、繼電保護工況和動作信息等,并對其進行分類、存儲、顯示、打印、報警,同時根據各種級別密碼實現不同權限的遠方或站內控制、參數設置和遙調等。

h)自診斷功能。所有數據采集、控制、保護等主要元件模塊故障時,能自動診斷出故障部位,報警和閉鎖故障元件,保證其他部分正常工作,并將故障內容及發生時間登錄在事件一覽表中。該系統具有失電保護、通電自檢、自復位至原來運行狀態的能力。

2 應用結果和未來發展

投運一年多來,該SCADA系統對全廠電氣的連續穩定運行起到了關鍵性的作用,系統運行可靠、實時性強、防誤操作功能強,用戶界面友好,易學易用,能夠滿足供配電系統對數據采集、實時監控、防誤操作的需要。該系統的應用獲得了業主的一致好評。同時一次投資也為業主節約了綜合投資成本,大大提高了自動化水平,減輕了工作人員的勞動強度,提高了工作效率,也充分保證了生產的安全性,為企業電力操作安全管理提供了低成本高可靠性的手段。

同時,也應看到由于國內各廠商的水平參差不齊,有些產品還存在許多需要改進的地方,目前國際上一些先進技術還需跟蹤研究。未來的電氣SCADA產品還需要在以下幾個方面得到提高。

a)應具有更良好的人機界面。電氣SCADA產品面對的幾乎都不是專業計算機用戶,因此需要提供易學、易懂、易于操作的用戶界面,用戶不需要很強的計算機專業知識即可使用和維護系統。

b)應具有更良好的可移植性。SCADA產品應獨立于硬件平臺,只要新的硬件平臺支持系統軟件的運行,SCADA系統不需要做修改,就能在新的平臺上運行。

c)應具有更良好的通用性。SCADA系統需要大量推廣,而各用戶又有不同的要求,因此結構靈活多變,具有很好的適應性,能滿足用戶的多種要求,SCADA系統應提供一系列的實用工具,由用戶使用這些工具來構筑系統。

d)應具有更良好的實用性。SCADA系統是一個實時監控系統,首先能保證系統功能的穩定、準確,實時響應符合電網調度自動化系統實用化的要求,在這個根本性的基礎上,最好根據用戶的具體要求,提供各種可能的功能擴充。

e)應具有更良好的開放性。向用戶提供不同層次的接口,用戶通過這些接口可以參與系統功能的二次開發,滿足不同用戶的不同要求。

f)應將五防系統(防止帶負荷分、合隔離開關;防止誤分、誤合斷路器、負荷開關、接觸器;防止接地開關處于閉合位置時關合斷路器、負荷開關;防止在帶電時誤合接地開關;防止誤入帶電室。)嵌入監控系統?；谝氲牟僮饕巹t和實時信息,系統能有效地防止操作中各種誤操作項的出現,保證操作的正確性。

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