大型煉油項目電氣SCADA系統(tǒng)的應(yīng)用

王宗景

(中國石化工程建設(shè)公司,北京 100101)

0 引 言

隨著電力自動化技術(shù)的發(fā)展,目前電力監(jiān)控技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各級電壓等級的供配電自動監(jiān)測,實現(xiàn)“四遙”(遙信、遙測、遙控、遙調(diào))功能,極大地減輕了電力調(diào)度和電氣操作值班人員的勞動強(qiáng)度,提高了電力監(jiān)控的運行水平。近些年來,電氣SCADA系統(tǒng)已經(jīng)在國內(nèi)煉油化工行業(yè)有了廣泛的應(yīng)用,幾乎國內(nèi)所有煉化企業(yè)的新建或改造項目中,供電系統(tǒng)都配套相應(yīng)的SCADA系統(tǒng),大大提高了供電系統(tǒng)在監(jiān)控、操作上的自動化水平,提升了運行人員的工作效率、準(zhǔn)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(yè),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(tǒng)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(tǒng)在監(jiān)控、操作上的自動化水平,滿足了現(xiàn)代煉油企業(yè)所要求的工業(yè)先進(jìn)性。

b)一次性新上全部的廠內(nèi)電氣 SCADA系統(tǒng),使全廠SCADA系統(tǒng)的軟、硬件能夠統(tǒng)一設(shè)計、采購、施工、調(diào)試,盡量避免接口和兼容性問題,保證了系統(tǒng)的穩(wěn)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(yè)效益。

因此,目前電氣SCADA系統(tǒng)已成為煉油企業(yè)供電系統(tǒng)工程設(shè)計的必然選擇。

1 系統(tǒng)應(yīng)用

該文以青島10 Mt/a大煉油項目為例,介紹電氣SCADA系統(tǒng)的應(yīng)用。

1.1 電氣主接線簡介

電氣SCADA系統(tǒng)的構(gòu)成是與全廠供電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)息息相關(guān)的,青島煉化屬大型煉化企業(yè),廠內(nèi)設(shè)一座110 kV總變電所、3座35 kV區(qū)域變電所和23座6 kV變電所。35 kV區(qū)域變電所和6 kV變電所內(nèi)的各電壓等級均采用單母線分段的供電形式,每個35 kV區(qū)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(qū)域的35 kV區(qū)域變電所。即35 kV區(qū)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(chǎn)裝置或公用工程單元內(nèi),直接為相應(yīng)用電設(shè)備供電。廠內(nèi)的電氣SCADA系統(tǒng)因三個不同區(qū)域的35 kV區(qū)域變電所分為獨立的三套SCADA系統(tǒng)和一套電氣監(jiān)控中心的調(diào)度系統(tǒng),這里以其中一套系統(tǒng),即35 kV區(qū)域變電所(一)SS-1162及其下屬6 kV變電所為例,對 SCADA系統(tǒng)的應(yīng)用進(jìn)行介紹。

1.2 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)簡介

每個35 kV區(qū)域變電所內(nèi)設(shè)置一個分站,每個6 kV變電所內(nèi)設(shè)置一個子站。分站與子站的硬件配置不同,但均要實現(xiàn)對站內(nèi)所有必要的電氣設(shè)備的監(jiān)控。分站及重要的子站均采用雙站控單元雙網(wǎng)絡(luò)配置,其他非重要子站采用單通信管理機(jī)配置。分站采用“雙機(jī)四顯”配置,重要的子站采用“雙機(jī)雙顯”配置,其他非重要子站依據(jù)空間布局決定是否采用后臺機(jī)。分站與子站之間均采用冗余回路的光纜進(jìn)行通信。該廠的一號35 kV區(qū)域變電所的SCADA拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示,其下屬6 kV變電所的典型電氣SCADA拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖1 35 kV區(qū)域變電所SS-1162的電氣SCADA拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

圖2 6 kV變電所的典型電氣SCADA拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

系統(tǒng)采用了成熟先進(jìn)的分層分布、開放式結(jié)構(gòu)設(shè)計,按間隔劃分、單元化設(shè)計、分布式處理。系統(tǒng)按功能分為控制室內(nèi)的站控層和開關(guān)室內(nèi)的間隔層?？刂茖訛槿驹O(shè)備監(jiān)視、測量、控制、管理中心,并與遠(yuǎn)方進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。系統(tǒng)的信息數(shù)據(jù)上行流向是一次、二次設(shè)備—綜保裝置—6 kV子站SCADA系統(tǒng)—35 kV區(qū)域SCADA系統(tǒng);控制命令下行流向是全廠電氣監(jiān)控中心—35 kV區(qū)域SCADA系統(tǒng)—6 kV子站SCADA系統(tǒng)—綜保裝置—綜保裝置執(zhí)行控制命令完成對一次設(shè)備的操作。

間隔層采用集測量、控制、保護(hù)及通信“四合一”的分散式測控保護(hù)單元,負(fù)責(zé)采集各種實時信息、監(jiān)測、保護(hù)及控制一次設(shè)備的運行,自動協(xié)調(diào)就地操作與站控層的操作要求,保證設(shè)備安全運行,在站控層及網(wǎng)絡(luò)失效的情況下,間隔層能獨立完成監(jiān)測、控制和保護(hù)功能。遵循盡可能分散就地處理的原則,10/6 kV系統(tǒng)的測控及保護(hù)單元分散布置在各開關(guān)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(wǎng)的計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。分站站控層主干網(wǎng)為雙以太網(wǎng)結(jié)構(gòu),子站站控層主干網(wǎng)為單以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)。

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(shù)特點

a)無人值班設(shè)計。該SCADA系統(tǒng)的分站及子站均為無人值班站,斷路器正常投、切均由監(jiān)控系統(tǒng)或就地操作。該系統(tǒng)可通過計算機(jī)和人機(jī)接口系統(tǒng)及時地向值班人員提供詳細(xì)的信息,為變配電所的安全、可靠、經(jīng)濟(jì)運行提供了強(qiáng)有力的保證。

b)可靠性高。微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)集保護(hù)、控制、監(jiān)測、通信為一體,軟硬件的配置都采用了當(dāng)前主流產(chǎn)品。監(jiān)控系統(tǒng)需具備20%的擴(kuò)充余量,重要環(huán)節(jié)采用了冗余設(shè)置,數(shù)據(jù)采集實現(xiàn)雙機(jī)并聯(lián)獨立通道。軟、硬件結(jié)構(gòu)采用模塊化設(shè)計,方便運行維護(hù)和擴(kuò)展。各部件有自恢復(fù)功能和斷電保護(hù)措施,出現(xiàn)死鎖和斷電時不丟失內(nèi)存中已有累計數(shù)據(jù)和重要的生成數(shù)據(jù)。出現(xiàn)故障元件時,能發(fā)出報警,并將有故障部分隔離使其他部分能正常工作。

c)強(qiáng)大接口能力。系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)采用開放式分布式結(jié)構(gòu),網(wǎng)絡(luò)的接口符合國際標(biāo)準(zhǔn)和工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。通信 規(guī) 約 支 持 Modbus,Spabus,Profibus, IEC60870-5-103,IEC60870-5-102,IEC60870-5-101, IEC60870-5-104等常用規(guī)約,完全滿足了與站內(nèi)各類智能設(shè)備或系統(tǒng)的通信。系統(tǒng)還為變配電室與上級變電站和全廠電氣監(jiān)控中心的遙信、遙測預(yù)留相應(yīng)的通信接口。

d)友好人機(jī)界面。該系統(tǒng)具備友好的人機(jī)界面、簡便實用的專家管理系統(tǒng)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(hù)信息。傳送事件報告,包括跳閘時間(響應(yīng)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(nèi)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(hù)命令;實時顯示保護(hù)裝置工作狀態(tài)。

b)自動控制。傳送事件報告,包括跳、合閘時間(響應(yīng)時間1ms),跳、合閘元件,掉電信息的保留;傳送自檢報告,包括內(nèi)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(hù)裝置工作狀態(tài)。

c)數(shù)據(jù)采集。完成各種所需的開關(guān)量和模擬量的采集(交流直接采樣)。

d)數(shù)據(jù)處理。重要參數(shù)越限監(jiān)視和處理;對母線電壓、直流電壓越限;變壓器及電動機(jī)過負(fù)荷等監(jiān)視;數(shù)據(jù)統(tǒng)計和處理;對測量值日、月最大值、最小值和實時值的統(tǒng)計;電量統(tǒng)計;開關(guān)正常和事故分合閘統(tǒng)計。

e)事件記錄。對開關(guān)變位、保護(hù)及自動裝置動作(事故和預(yù)告信號事件)進(jìn)行事件前、后的記錄(響應(yīng)時間1 ms)。

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

g)人機(jī)界面。監(jiān)控主機(jī)(上位機(jī))能接收所有狀態(tài)量、測量值、電度量、繼電保護(hù)工況和動作信息等,并對其進(jìn)行分類、存儲、顯示、打印、報警,同時根據(jù)各種級別密碼實現(xiàn)不同權(quán)限的遠(yuǎn)方或站內(nèi)控制、參數(shù)設(shè)置和遙調(diào)等。

h)自診斷功能。所有數(shù)據(jù)采集、控制、保護(hù)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(nèi)容及發(fā)生時間登錄在事件一覽表中。該系統(tǒng)具有失電保護(hù)、通電自檢、自復(fù)位至原來運行狀態(tài)的能力。

2 應(yīng)用結(jié)果和未來發(fā)展

投運一年多來,該SCADA系統(tǒng)對全廠電氣的連續(xù)穩(wěn)定運行起到了關(guān)鍵性的作用,系統(tǒng)運行可靠、實時性強(qiáng)、防誤操作功能強(qiáng),用戶界面友好,易學(xué)易用,能夠滿足供配電系統(tǒng)對數(shù)據(jù)采集、實時監(jiān)控、防誤操作的需要。該系統(tǒng)的應(yīng)用獲得了業(yè)主的一致好評。同時一次投資也為業(yè)主節(jié)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(qiáng)度,提高了工作效率,也充分保證了生產(chǎn)的安全性,為企業(yè)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(yīng)看到由于國內(nèi)各廠商的水平參差不齊,有些產(chǎn)品還存在許多需要改進(jìn)的地方,目前國際上一些先進(jìn)技術(shù)還需跟蹤研究。未來的電氣SCADA產(chǎn)品還需要在以下幾個方面得到提高。

a)應(yīng)具有更良好的人機(jī)界面。電氣SCADA產(chǎn)品面對的幾乎都不是專業(yè)計算機(jī)用戶,因此需要提供易學(xué)、易懂、易于操作的用戶界面,用戶不需要很強(qiáng)的計算機(jī)專業(yè)知識即可使用和維護(hù)系統(tǒng)。

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

c)應(yīng)具有更良好的通用性。SCADA系統(tǒng)需要大量推廣,而各用戶又有不同的要求,因此結(jié)構(gòu)靈活多變,具有很好的適應(yīng)性,能滿足用戶的多種要求,SCADA系統(tǒng)應(yīng)提供一系列的實用工具,由用戶使用這些工具來構(gòu)筑系統(tǒng)。

d)應(yīng)具有更良好的實用性。SCADA系統(tǒng)是一個實時監(jiān)控系統(tǒng),首先能保證系統(tǒng)功能的穩(wěn)定、準(zhǔn)確,實時響應(yīng)符合電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)實用化的要求,在這個根本性的基礎(chǔ)上,最好根據(jù)用戶的具體要求,提供各種可能的功能擴(kuò)充。

e)應(yīng)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(tǒng)功能的二次開發(fā),滿足不同用戶的不同要求。

f)應(yīng)將五防系統(tǒng)(防止帶負(fù)荷分、合隔離開關(guān);防止誤分、誤合斷路器、負(fù)荷開關(guān)、接觸器;防止接地開關(guān)處于閉合位置時關(guān)合斷路器、負(fù)荷開關(guān);防止在帶電時誤合接地開關(guān);防止誤入帶電室。)嵌入監(jiān)控系統(tǒng)。基于引入的操作規(guī)則和實時信息,系統(tǒng)能有效地防止操作中各種誤操作項的出現(xiàn),保證操作的正確性。

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