10 kV配電所微機(jī)繼電保護(hù)及監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)及應(yīng)用

王勇強(qiáng)　袁利賓　樊震宇

(安陽鋼鐵股份有限公司)

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10 kV配電所微機(jī)繼電保護(hù)及監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)及應(yīng)用

王勇強(qiáng)袁利賓樊震宇

(安陽鋼鐵股份有限公司)

介紹了10 kV配電所微機(jī)繼電保護(hù)及監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，通過采取面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)方法，采用分層、分布式開放的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，在安鋼 360 m2燒結(jié)機(jī)系統(tǒng)10 kV中心配電所得到了良好的應(yīng)用，配電所運(yùn)行的安全性和可靠性得到了根本性的改善。

10 kV配電所微機(jī)繼電保護(hù)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

0　引言

安鋼煉鐵廠360 m2燒結(jié)機(jī)10 kV配電所微機(jī)繼電保護(hù)及監(jiān)控系統(tǒng)投產(chǎn)以來，多次出現(xiàn)微機(jī)綜合保護(hù)裝置工作不正常，給相關(guān)高壓設(shè)備的正常起動(dòng)和運(yùn)行造成很大的安全隱患，危及安全生產(chǎn)，故對(duì)該配電所微機(jī)繼電保護(hù)和后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行重新設(shè)計(jì)。

1　當(dāng)前現(xiàn)狀及存在的問題

安鋼 360 m2燒結(jié)機(jī)系統(tǒng)10 kV中心配電所是整個(gè)廠區(qū)的配電中心，該配電室所采用的二次繼電保護(hù)設(shè)備和自動(dòng)監(jiān)控技術(shù)的水平直接影響到全廠電力系統(tǒng)的安全、可靠、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行及燒結(jié)系統(tǒng)的安全生產(chǎn)。

1.1微機(jī)繼電保護(hù)裝置方面

從投產(chǎn)以來，先后出現(xiàn)綜保通訊模塊工作不正常，液晶顯示屏幕字跡模糊重影現(xiàn)象。有些裝置也曾多次出現(xiàn)的誤動(dòng)(通常拒動(dòng)很少)、誤發(fā)、黑屏、亂碼及綜保內(nèi)部元件損壞等現(xiàn)象，給設(shè)備的正常啟動(dòng)和運(yùn)行造成了很大設(shè)備安全隱患，給使用單位查找故障帶來很大的困難，重要的電動(dòng)機(jī)誤跳閘，還可直接導(dǎo)致減負(fù)荷或跳機(jī)，有時(shí)侯現(xiàn)場故障拒動(dòng)還會(huì)造成上級(jí)變電站越級(jí)跳閘，危及生產(chǎn)安全并可能造成較大的經(jīng)濟(jì)損失。

由于誤動(dòng)作、誤發(fā)具有隨機(jī)性、不重復(fù)性和難以捕捉的特點(diǎn)，而現(xiàn)場的測試手段有限，很多情況下原因不明，而誤動(dòng)誤發(fā)的裝置經(jīng)事后現(xiàn)場校驗(yàn)多數(shù)情況下是正常的，這樣，一般進(jìn)行更換保護(hù)裝置處理。因此，對(duì)于類似的故障，若不注意分析原因進(jìn)行對(duì)癥處理，或設(shè)法提高保護(hù)裝置運(yùn)行的穩(wěn)定性，將給設(shè)備運(yùn)行埋下安全隱患。

1.2通訊方面

原來前置通訊機(jī)利用的是工控機(jī)，所插CAN口通訊卡多次出現(xiàn)故障，如發(fā)送、接收收據(jù)不正常，甚至通訊卡經(jīng)常燒毀，都給通訊及數(shù)據(jù)的召喚帶來困難，到改造前的一段時(shí)間，通訊接口及網(wǎng)絡(luò)基本處于癱瘓狀態(tài)。

1.3后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)管理軟件方面

后臺(tái)和前置機(jī)管理軟件雖然基本能實(shí)現(xiàn)SCADA功能，但其系統(tǒng)程序軟件設(shè)計(jì)存在不成熟、人機(jī)界面友好性差、統(tǒng)計(jì)報(bào)表不直觀和不易打印等缺點(diǎn)。

2　設(shè)計(jì)與實(shí)施

鑒于相關(guān)高壓設(shè)備的更新和在日常運(yùn)行過程中存在的問題，在充分考察分析的基礎(chǔ)上，對(duì)360 m2燒結(jié)機(jī)高壓配電系統(tǒng)繼電保護(hù)和后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，以適應(yīng)360 m2燒結(jié)生產(chǎn)的需要。

2.1設(shè)計(jì)與創(chuàng)新

安鋼360 m2燒結(jié)中心配電站微機(jī)綜保及后臺(tái)監(jiān)控的設(shè)計(jì)目標(biāo)：改善變電站運(yùn)行的安全性和可靠性，把安全上的風(fēng)險(xiǎn)控制在了源頭。使監(jiān)控人員通過監(jiān)示畫面掌握各個(gè)系統(tǒng)設(shè)備的運(yùn)行狀況，做到發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)處理，更好地協(xié)調(diào)生產(chǎn)。

設(shè)計(jì)思路：面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)方法，以用電間隔為基本單元，保護(hù)、測控功能綜合考慮，配合先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)通訊功能，可實(shí)現(xiàn)遙測、遙信、遙控、遙調(diào)四遙功能。將間隔的控制、保護(hù)、故障錄波、事件記錄和運(yùn)行支持系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理等功能，通過模塊化設(shè)計(jì)集成在一個(gè)統(tǒng)一的多功能數(shù)字裝置內(nèi)，間隔內(nèi)部和間隔間以及間隔同站級(jí)間的通信可統(tǒng)一用一層網(wǎng)即光纖以太網(wǎng)來實(shí)現(xiàn)。采用高集成化的系統(tǒng)，無疑能降低成本，提高系統(tǒng)可靠性，有利于實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的運(yùn)行管理。

2.2變電站自動(dòng)化設(shè)備選型

目前國內(nèi)繼電保護(hù)自動(dòng)化設(shè)備類型各式各樣，各家都有各自的特點(diǎn)，其具備的功能、性能、可靠性和價(jià)格都相差很大，沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。因此為了能夠滿足遠(yuǎn)動(dòng)信息采集和傳送的要求，結(jié)合安鋼其它廠礦在繼電保護(hù)領(lǐng)域的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，在現(xiàn)有產(chǎn)品的基礎(chǔ)上，我們選用600HB系列保護(hù)測控裝置構(gòu)成綜合自動(dòng)化系統(tǒng)用電間隔層的基本單元，按需要選擇各種單元后，配上MGLJ-600通訊服務(wù)器和WLD6000微機(jī)保護(hù)裝置及智能通訊卡，即構(gòu)成變電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)。

2.3后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)

2.3.1系統(tǒng)組網(wǎng)方案

與電力變電站自動(dòng)化系統(tǒng)較為類似，也分為三層：站控層、通訊層、間隔層。

(1)站控層包括監(jiān)控操作員站、工程師站、不間斷電源等，預(yù)留與工廠企業(yè)其他系統(tǒng)通訊接口。站控層采用分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，提供多種組織形式，可以是單機(jī)系統(tǒng)，亦可以是多機(jī)系統(tǒng)。具有可靠性高，靈活性好，且方便系統(tǒng)擴(kuò)展的特點(diǎn)。站控層為電站值班運(yùn)行人員、調(diào)度運(yùn)行人員提供電站控制、監(jiān)視和管理功能，易于使用，界面友好。組件技術(shù)使用，實(shí)現(xiàn)軟件功能“即插即用”，能夠很好地滿足綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的需求。

(2)通訊層包括MGLJ 系列通訊服務(wù)器，工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)、(超五類)屏蔽雙絞線C 光纖)等。通訊服務(wù)器主要負(fù)責(zé)與電能采集裝置、直流系統(tǒng)、UPS 等其他智能裝置通信，負(fù)責(zé)規(guī)約及通信方式的轉(zhuǎn)換。通訊層采用開放式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，考慮到今后變電站規(guī)模及功能擴(kuò)展的可能需要，隨變電站規(guī)模和系統(tǒng)的擴(kuò)大，不僅可以簡單的通過增加功能單元的方法實(shí)現(xiàn)，還能通過網(wǎng)絡(luò)拓展，使系統(tǒng)逐步擴(kuò)展為完善的信息監(jiān)控中心。支持單網(wǎng)或雙網(wǎng)結(jié)構(gòu)，支持全以太網(wǎng)，也提供其它網(wǎng)絡(luò)；在通信層，總線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備通過MGLJ 系列通訊服務(wù)器實(shí)現(xiàn)與站控層通訊，具有兩方面作用。其一，網(wǎng)絡(luò)開放性：便于連接不同制造廠家的設(shè)備，避免被拴于給定時(shí)間的特殊開發(fā)或受控于極少數(shù)供貨廠商；其二，網(wǎng)絡(luò)可擴(kuò)。允許人們改變和修改部分系統(tǒng)而無需較大的費(fèi)用。

(3)間隔層包含所有測控、保護(hù)裝置、自動(dòng)控制裝置、直流系統(tǒng)等智能裝置組成。該保護(hù)、測控裝置解決了裝置在惡劣環(huán)境下(強(qiáng)電磁場干擾、潮濕、高溫)長期可靠運(yùn)行的問題，通過保護(hù)、測控裝置有機(jī)結(jié)合，信息交換，簡化了設(shè)計(jì)，減少重復(fù)設(shè)備，減少了電纜。各單元相互獨(dú)立，功能上不依賴于監(jiān)控計(jì)算機(jī)，增強(qiáng)了系統(tǒng)的可靠性和可用性。

2.3.2技術(shù)特點(diǎn)

采用完全分層、分布式開放系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，服務(wù)器、前置機(jī)、監(jiān)控工作站、報(bào)表工作站、工程師兼培訓(xùn)工作站、通信工作站、五防工作站等均采用WindowsXP 開放式操作系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)協(xié)議為TCP / IP , 全圖形化操作。監(jiān)控系統(tǒng)的全部微機(jī)智能設(shè)備都直接接入網(wǎng)絡(luò)，可獲得高速通訊能力和資源共享能力。各設(shè)備的運(yùn)行信息可直接在網(wǎng)絡(luò)上的每一個(gè)工作站的顯示器上顯示，控制命令也可直接由各工作站下達(dá)給運(yùn)行設(shè)備。

(1)網(wǎng)絡(luò)上的每個(gè)接入設(shè)備都有特定的功能，實(shí)現(xiàn)功能的分布式架構(gòu)，即使某個(gè)設(shè)備出現(xiàn)故障，不會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)的性能；

(2)重要設(shè)備(如服務(wù)器、前置機(jī)、通訊管理機(jī)等)可采用雙機(jī)熱備冗余配置方式，滿足了變電站無人值守對(duì)系統(tǒng)可靠性的要求；

(3)具有豐富的通訊規(guī)約，支持與遠(yuǎn)程調(diào)度系統(tǒng)、站內(nèi)模擬屏等系統(tǒng)進(jìn)行通訊；

(4)冗余切換均由軟件完成，取消硬件切換裝置，將系統(tǒng)硬件故障率降至最低；

(5)站控層設(shè)備采用1000 M 工業(yè)以太網(wǎng)進(jìn)行組網(wǎng)，保證了整個(gè)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性、可靠性和可擴(kuò)充性；．支持雙網(wǎng)通訊，極大的提高了通訊可靠率和系統(tǒng)的穩(wěn)定性；

(6)支持通訊規(guī)約庫，利用微軟的動(dòng)態(tài)鏈接庫技術(shù)，對(duì)每一類規(guī)約分別生成動(dòng)態(tài)庫，基類標(biāo)準(zhǔn)規(guī)約實(shí)現(xiàn)了大部分基礎(chǔ)數(shù)據(jù)解析功能，并且與通訊層及數(shù)據(jù)、報(bào)文處理及顯示分開，極大了提高了系統(tǒng)的通訊規(guī)約擴(kuò)展性和模塊穩(wěn)定性。

2.3.3WLD6000結(jié)構(gòu)組成

WLD6000 后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)可以配置為單機(jī)模式或者網(wǎng)絡(luò)模式(單機(jī)模式不需要網(wǎng)絡(luò))。對(duì)于網(wǎng)絡(luò)模式，系統(tǒng)的各個(gè)功能模塊/子系統(tǒng)根據(jù)用戶配置分布于網(wǎng)絡(luò)的各個(gè)計(jì)算機(jī)節(jié)點(diǎn)上，作為一個(gè)整體相互配合運(yùn)行，并且網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算機(jī)節(jié)點(diǎn)和系統(tǒng)主要功能模塊/子系統(tǒng)都支持熱主備冗余，以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)無縫切換，從而最大限度地規(guī)避了硬件環(huán)境對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性及實(shí)時(shí)性的影響。

(1)系統(tǒng)的配置/歷史數(shù)據(jù)庫選用大型商業(yè)數(shù)據(jù)庫軟件SQL Server 2000，數(shù)據(jù)保存量大，安全可靠，接口標(biāo)準(zhǔn)公開，存取快速，方便其它系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)的共享使用。

(2)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫位于系統(tǒng)應(yīng)用服務(wù)器的節(jié)點(diǎn)上，其它系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)通過網(wǎng)絡(luò)通信與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。由于系統(tǒng)應(yīng)用功能都被配置在應(yīng)用服務(wù)器節(jié)點(diǎn)上運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)庫本地訪問，并不會(huì)影響到其它系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)對(duì)于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫的訪問效率，并且有助于提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性和穩(wěn)定性，降低網(wǎng)絡(luò)通信流量。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫支持雙機(jī)熱備冗余(自動(dòng)切換)，主、備實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)始終會(huì)保持一致，不會(huì)因?yàn)槠渲幸慌_(tái)應(yīng)用服務(wù)器的退出而導(dǎo)致實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的丟失。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫的訪問接口標(biāo)準(zhǔn)公開，便于為其它系統(tǒng)提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。

整個(gè)軟件系統(tǒng)按功能劃分包括以下組件，如圖1所示。

圖1　軟件系統(tǒng)

2.3.4后臺(tái)監(jiān)控主要實(shí)現(xiàn)的功能

WLD6000 自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)是廠站內(nèi)或者調(diào)度自動(dòng)化/集控站值班運(yùn)行人員實(shí)現(xiàn)對(duì)站內(nèi)或者區(qū)域內(nèi)廠站進(jìn)行監(jiān)視控制的接口，通過數(shù)據(jù)通道與通訊中心、廠站端或者其它自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行通訊，完成對(duì)變電站、廠礦/發(fā)電廠廠用電、電網(wǎng)的監(jiān)視、控制、測量和報(bào)警功能，并進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)計(jì)算、統(tǒng)計(jì)、記錄、管理等高級(jí)功能。

3　應(yīng)用效果

3.1運(yùn)行檢驗(yàn)

360 m2燒結(jié)高壓室微機(jī)綜保及監(jiān)控系統(tǒng)改造運(yùn)行至今整個(gè)高壓系統(tǒng)工作狀況良好，對(duì)整個(gè)燒結(jié)系統(tǒng)供電的可靠性和安全性發(fā)揮了重要作用。主要表現(xiàn)在以下方面：

(1)變電所采用微機(jī)保護(hù)后，對(duì)各類故障及事故的準(zhǔn)確程度和反應(yīng)速度有了很大提高?；旧衔窗l(fā)生過保護(hù)拒動(dòng)和誤動(dòng)的情況，事故預(yù)告和事故跳閘準(zhǔn)確性達(dá)到100%。

(2)改造后，由于高壓室所有故障和預(yù)告信號(hào)均采用了語音方式，使預(yù)告的及時(shí)性和準(zhǔn)確性大大提高，極大的避免了告警信息的漏失和運(yùn)行人員的誤判斷以及未及時(shí)知曉而導(dǎo)致的事故擴(kuò)大。

(3)改造后．對(duì)于該高壓室的運(yùn)行管理工作帶來了極大的便利，原來完全依賴手工做出的各類事故記錄、負(fù)荷變化曲線、負(fù)荷分析報(bào)表等全部被綜合自動(dòng)化后臺(tái)系統(tǒng)強(qiáng)大的功能所取代，使得對(duì)于變電站的運(yùn)行分析工作效率大大提高。

(4)改造后，將原使用的機(jī)械及電磁五防閉鎖系統(tǒng)更換為微機(jī)型五防閉鎖系統(tǒng)，使得正常操作時(shí)的安全性和準(zhǔn)確性得到了很大提高。原系統(tǒng)中所使用的電磁鎖由于故障頻繁，發(fā)生過由于閉鎖失靈人員誤入間隔操作造成的停電事故。改造后由于嚴(yán)格閉鎖及軟件操作的授權(quán)限制，使得此類事故得到有效杜絕。

3.2經(jīng)濟(jì)效益

360 m2燒結(jié)中心配電所微機(jī)綜保及監(jiān)控系統(tǒng)改造，現(xiàn)已成功運(yùn)行三年多。較改造之前設(shè)計(jì)更加合理，實(shí)際運(yùn)行效果良好，事故停車較改造前大幅減少。從減少項(xiàng)目投資效益、節(jié)約人力成本、提高設(shè)備作業(yè)率、節(jié)約備件費(fèi)等方面系統(tǒng)年總效益130萬元以上。

4　結(jié)束語

10 kV配電所微機(jī)繼電保護(hù)及監(jiān)控系統(tǒng)通過設(shè)計(jì)改造及應(yīng)用檢驗(yàn)后完全達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo)，整個(gè)系統(tǒng)集保護(hù)、遙控、遙信、遙測、遙調(diào)功能于一體，達(dá)到了對(duì)變電站進(jìn)行全方位的控制和管理，與系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)相連后，能實(shí)現(xiàn)變電站無人值班的功能。其主要功能主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：1)對(duì)各類故障及事故的反應(yīng)速度和準(zhǔn)確程度大大提高，從未發(fā)生過保護(hù)拒動(dòng)和誤動(dòng)的情況，事故跳閘和事故預(yù)告準(zhǔn)確性達(dá)到100%；2)大大提高了高壓室運(yùn)行管理的工作效率，原來完全依賴手工做出的各類負(fù)荷分析報(bào)表、負(fù)荷變化曲線、事故記錄等全部被綜合自動(dòng)化后臺(tái)系統(tǒng)強(qiáng)大的功能所取代;3)變電站運(yùn)行的安全性和可靠性得到了根本性的改善，使該變電站由于技術(shù)上的更新改造而提升了裝備檔次，從而把安全上的風(fēng)險(xiǎn)控制在了源頭。

[1]勞動(dòng)部培訓(xùn)司.企業(yè)供電系統(tǒng)及運(yùn)行[M].中國勞動(dòng)出版社,2004:213-289.

[2]范錫普.發(fā)電廠電氣部分[M].中國電力出版社，2002:194-205.

DESIGN AND APPLICATION OF THE MICROCOMPUTER RELAY PROTECTION AND MONITORING SYSTEM FOR 10 kV POWER DISTRIBUTION

Wang YongqiangYuan LibinFan Zhenyu

(Anyang Iron and Steel Stock Co., Ltd)

The design plan of the microcomputer relay protection and monitoring system for 10 kV power distribution were introduced, the object-oriented design method and the hierarchical and distributed open system structure were adopted in the 10 kV distribution for Anyang steel's 360 m2sintering system, the security and reliability of distribution operation were improved.

10 kV substationmicrocomputer relay protectionmonitoring systemdesign and application

強(qiáng)，工程師，河南.安陽(455004)，安陽鋼鐵股份有限公司煉鐵廠;

2016—5—22