阿海琺保護測控裝置在熱電廠綜合自動化系統中的應用

曹春華 顧鐵偉

（1.山東鋁業職業學院，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展為集“四遙”、保護、測量、自動裝置、故障錄播和管理于一體的先進的綜合自動化系統。通過變電站綜合自動化系統內各設備間相互交換信息，數據共享，完成變電站運行監視和控制任務。變電站綜合自動化替代了變電站常規二次設備，簡化了變電站二次接線。綜合自動化是提高變電站安全穩定運行水平、降低運行維護成本、提高經濟效益、向用戶提供高質量電能的一項重要技術措施。山鋁熱電廠建于1989年，其原發電、輸配電系統采用電磁式和晶體管型繼電器，繼電器動作靈敏性差，檢修維護工作量大，故障率較高，影響了設備的正常運行；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。此次綜合自動化系統改造涉及發電機、變壓器、出線及廠用線等，改造的主體為主控室。改造主要分微機保護測控裝置、監控自動化系統、勵磁設備、微機自動準同期設備、微機綜合防誤閉鎖裝置、計量系統和模擬屏等七部分，通過監控自動化系統有機聯系起來。在綜合自動化改造工程中，微機繼電保護裝置實現對各設備的保護、測控，是綜合自動化系統的主體。

1 熱電廠微機繼電保護改造規模和模式設計

1.1 微機繼電保護改造規模

本次改造主要包括發電（不包括發電機動力DCS操作系統）、廠用電和升壓站三部分。發電部分包括02#機組和 1#－4#發電機-變壓器組，02#機組已經配置微機保護裝置（本次改造只考慮網絡連接問題）。

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。

升壓站系統主要包括5條35kV饋線、3條35kV母線、兩條35kV并網線路和1條110kV并網線路。

1.2 微機繼電保護模式設計

要求微機保護測控設備性能可靠、原理先進、功能齊全、使用方便。支持多種標準規約，完成與監控系統實時通信。設備安裝采用集中分散結合式，主設備的保護測控設備在主控室集中組屏，其他安裝于現場配電室。

2 微機繼電保護配置

2.1 繼電保護設計方案

1）1#－4#發電機-變壓器組以機組為單位組裝微機保護測控屏，主要設置差動保護（包括差動斷線）、復合電壓閉鎖過流保護和失磁保護。

2）1#－4#變壓器主要設置變壓器差動保護（包括差動斷線）、瓦斯保護、復合電壓閉鎖過流保護，其中4#主變為3線圈變壓器，增加零序電流保護和110kV復合電壓閉鎖過流保護，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裝置在在主控室組屏安裝，主要設置差動保護（包括差動斷線）、過流保護、輕重瓦斯等繼電保護。

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

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

6）35kV I-III段母線微機保護測控裝置安裝于現場，主要設置母線縱聯差動保護，并與母線低電壓聯鎖出口跳閘。

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支母線保護裝于現場電壓互感器柜，并設置相關電動機低電壓保護及絕緣檢查。

8）8條廠用線路繼電保護裝置在在主控室組屏安裝，主要設置縱聯差動保護和過流保護。

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

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

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計。

2.2 微機繼電保護裝置選型和配置

綜合比較國內外多家微機保護裝置的產品性能和價格，最終選擇上海AREVA電力自動化有限公司生產的P63X、P12X、P14X等系列裝置。該裝置集測量、控制和繼電保護為一體，靈敏度、精度高，容量大，工藝先進，通過IEC60870-103規約與后臺通信，數據實時性較強，完全滿足現場設備的技術要求。

3 微機繼電保護網絡系統

3.1 系統功能

微機繼電保護網絡建立在綜合自動化基礎上，采用煙臺東方電子信息產業股份有限公司生產的DF1800監控系統，該系統集實時監控（SCADA），防誤閉鎖、保護通信與管理等功能一體化設計，還具備系統自診斷和自恢復和維護功能實時采集數據與處理、人際交換、典型操作票、在線統計計算及制表、報警處理、時鐘同步及GPS等功能。

3.2 系統結構

微機保護后臺系統主網主要分站控層和間隔層兩部分，采用雙以太網（A網和B網）主備冗余機構，采用TCP/IP網絡傳輸協議，主網連接的節點有兩臺 SCADA/歷史服務器、兩臺前置數據采集工作站（前置機）、3臺操作員站、1工程師工作站、1臺遠程維護站、GPS對時、設備和打印機等，主要負責中央控制層各個工作站之間的和來自加間隔層的全部數據的傳輸和各種訪問請求。

操作員工作站采用HPDC7700工作站，負責管理和顯示有關的運行信息，供運行人員對全廠電氣系統的運行情況進行監視和控制，包括對微機保護裝置的動作信號進行遠方復位、軟壓板的投退等。工程師站也采用HPDC7700工作站，負責全站的程序開發，系統診斷，控制系統狀態，數據庫和畫面的編輯及修改，還兼作繼電保護站，用于監視電氣系統所有繼電保護裝置的運行狀態，收集保護的事件記錄、報警信息以及故障錄波數據。

間隔層網絡系統主要分為廠用電系統、主控室微機測控保護系統、35kV系統、廠用段母線絕緣檢查系統以及主控室其他智能設備，其中 35kV系統和廠用電絕緣檢查系統是通過光纜與現場服務器實時通信，其他直流系統、電度表、模擬屏、中央信號屏、1#-3#發電機勵磁系統和主控室所有微機保護設備通過雙絞線網絡交換設備相連接。具體參見微機繼電保護網絡如圖1所示。

圖1 綜合自動化系統網絡圖

4 微機保護裝置與綜合自動化系統的通信

根據設計要求，微機繼電保護裝置選用IEC60870-5-103規約、采用 RS485串行通信方式與綜合自動化系統通信，以雙絞線為傳輸介質。IEC60870-5-103規約是IEC870標準配套標準，它詳細提供了繼電保護設備信息接口的規范。

IEC60870-5-103規約采用非平衡傳輸，控制系統組成主站，微機繼電保護設備為從站，即控制系統常常是始發站，繼電保護設備是從動站。

5 改造效果和存在問題

改造后，微機繼電保護裝置集測量、保護、控制功能與一體，簡化了二次回路接線，降低了故障率，減少了控制和保護屏的數量，對主控室重新進行了平面布置，微機繼電保護裝置測量精度高，大大減少維護人員校驗和維護工作量，設備故障錄波、事件查詢帶和自檢功能，為電力系統故障分析提供了可靠的數據。具有實時監測、操作、調整、自動抄表、繼電器遠方復位等功能的后臺監控系統，大大提高了熱電廠自動化程度，系統的防誤操作功能，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，部分微機保護器宜裝到現場開關柜上，節省電纜，更能體現分散式綜合自動化系統的優點。

2）未考慮到主控室服務器噪聲大，應采用消音柜。

3）DCS系統未能納入DF1800系統中，電氣運行值班員需同時對兩個系統監盤。

4）并網線高聯線和電鋁I、電鋁II因與動力廠有分歧，未能實現保護改造。

5）改造開始考慮不夠全面，應增加一塊中央信號屏。

6 結論

綜合自動化系統正在向著數字化、集成化、規范化的趨勢不斷發展，模式從集中控制、功能分散型向著分層網絡型發展。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。該系統投入運行以來，設備以及監控網絡運行穩定，為熱電廠的安全生產提供了保障。

[1]陳樹德.計算機繼電保護原理與技術[M].北京:中國電力出版社,1992.11.

[2]唐濤,諸偉楠,等. 發電廠與變電站自動化技術及其應用[M].北京:中國電力出版社,2005.2.

[3]DF1800電力自動化主站系統工程安裝手冊[Z].東方電子信息產業股份有限公司.