10 kV配電所微機繼電保護及監控系統設計及應用

王勇強　袁利賓　樊震宇

(安陽鋼鐵股份有限公司)

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10 kV配電所微機繼電保護及監控系統設計及應用

王勇強袁利賓樊震宇

(安陽鋼鐵股份有限公司)

介紹了10 kV配電所微機繼電保護及監控系統設計方案，通過采取面向對象的設計方法，采用分層、分布式開放的系統結構，在安鋼 360 m2燒結機系統10 kV中心配電所得到了良好的應用，配電所運行的安全性和可靠性得到了根本性的改善。

10 kV配電所微機繼電保護監控系統設計與應用

0　引言

安鋼煉鐵廠360 m2燒結機10 kV配電所微機繼電保護及監控系統投產以來，多次出現微機綜合保護裝置工作不正常，給相關高壓設備的正常起動和運行造成很大的安全隱患，危及安全生產，故對該配電所微機繼電保護和后臺監控系統進行重新設計。

1　當前現狀及存在的問題

安鋼 360 m2燒結機系統10 kV中心配電所是整個廠區的配電中心，該配電室所采用的二次繼電保護設備和自動監控技術的水平直接影響到全廠電力系統的安全、可靠、穩定、經濟運行及燒結系統的安全生產。

1.1微機繼電保護裝置方面

從投產以來，先后出現綜保通訊模塊工作不正常，液晶顯示屏幕字跡模糊重影現象。有些裝置也曾多次出現的誤動(通常拒動很少)、誤發、黑屏、亂碼及綜保內部元件損壞等現象，給設備的正常啟動和運行造成了很大設備安全隱患，給使用單位查找故障帶來很大的困難，重要的電動機誤跳閘，還可直接導致減負荷或跳機，有時侯現場故障拒動還會造成上級變電站越級跳閘，危及生產安全并可能造成較大的經濟損失。

由于誤動作、誤發具有隨機性、不重復性和難以捕捉的特點，而現場的測試手段有限，很多情況下原因不明，而誤動誤發的裝置經事后現場校驗多數情況下是正常的，這樣，一般進行更換保護裝置處理。因此，對于類似的故障，若不注意分析原因進行對癥處理，或設法提高保護裝置運行的穩定性，將給設備運行埋下安全隱患。

1.2通訊方面

原來前置通訊機利用的是工控機，所插CAN口通訊卡多次出現故障，如發送、接收收據不正常，甚至通訊卡經常燒毀，都給通訊及數據的召喚帶來困難，到改造前的一段時間，通訊接口及網絡基本處于癱瘓狀態。

1.3后臺監控系統管理軟件方面

后臺和前置機管理軟件雖然基本能實現SCADA功能，但其系統程序軟件設計存在不成熟、人機界面友好性差、統計報表不直觀和不易打印等缺點。

2　設計與實施

鑒于相關高壓設備的更新和在日常運行過程中存在的問題，在充分考察分析的基礎上，對360 m2燒結機高壓配電系統繼電保護和后臺監控系統進行重新設計，以適應360 m2燒結生產的需要。

2.1設計與創新

安鋼360 m2燒結中心配電站微機綜保及后臺監控的設計目標：改善變電站運行的安全性和可靠性，把安全上的風險控制在了源頭。使監控人員通過監示畫面掌握各個系統設備的運行狀況，做到發現問題及時處理，更好地協調生產。

設計思路：面向對象的設計方法，以用電間隔為基本單元，保護、測控功能綜合考慮，配合先進的網絡通訊功能，可實現遙測、遙信、遙控、遙調四遙功能。將間隔的控制、保護、故障錄波、事件記錄和運行支持系統的數據處理等功能，通過模塊化設計集成在一個統一的多功能數字裝置內，間隔內部和間隔間以及間隔同站級間的通信可統一用一層網即光纖以太網來實現。采用高集成化的系統，無疑能降低成本，提高系統可靠性，有利于實現統一的運行管理。

2.2變電站自動化設備選型

目前國內繼電保護自動化設備類型各式各樣，各家都有各自的特點，其具備的功能、性能、可靠性和價格都相差很大，沒有統一的標準。因此為了能夠滿足遠動信息采集和傳送的要求，結合安鋼其它廠礦在繼電保護領域的運行經驗，在現有產品的基礎上，我們選用600HB系列保護測控裝置構成綜合自動化系統用電間隔層的基本單元，按需要選擇各種單元后，配上MGLJ-600通訊服務器和WLD6000微機保護裝置及智能通訊卡，即構成變電所綜合自動化系統。

2.3后臺監控系統

2.3.1系統組網方案

與電力變電站自動化系統較為類似，也分為三層：站控層、通訊層、間隔層。

(1)站控層包括監控操作員站、工程師站、不間斷電源等，預留與工廠企業其他系統通訊接口。站控層采用分布式系統結構，提供多種組織形式，可以是單機系統，亦可以是多機系統。具有可靠性高，靈活性好，且方便系統擴展的特點。站控層為電站值班運行人員、調度運行人員提供電站控制、監視和管理功能，易于使用，界面友好。組件技術使用，實現軟件功能“即插即用”，能夠很好地滿足綜合自動化系統的需求。

(2)通訊層包括MGLJ 系列通訊服務器，工業以太網交換機、(超五類)屏蔽雙絞線C 光纖)等。通訊服務器主要負責與電能采集裝置、直流系統、UPS 等其他智能裝置通信，負責規約及通信方式的轉換。通訊層采用開放式網絡結構，考慮到今后變電站規模及功能擴展的可能需要，隨變電站規模和系統的擴大，不僅可以簡單的通過增加功能單元的方法實現，還能通過網絡拓展，使系統逐步擴展為完善的信息監控中心。支持單網或雙網結構，支持全以太網，也提供其它網絡；在通信層，總線網絡設備通過MGLJ 系列通訊服務器實現與站控層通訊，具有兩方面作用。其一，網絡開放性：便于連接不同制造廠家的設備，避免被拴于給定時間的特殊開發或受控于極少數供貨廠商；其二，網絡可擴。允許人們改變和修改部分系統而無需較大的費用。

(3)間隔層包含所有測控、保護裝置、自動控制裝置、直流系統等智能裝置組成。該保護、測控裝置解決了裝置在惡劣環境下(強電磁場干擾、潮濕、高溫)長期可靠運行的問題，通過保護、測控裝置有機結合，信息交換，簡化了設計，減少重復設備，減少了電纜。各單元相互獨立，功能上不依賴于監控計算機，增強了系統的可靠性和可用性。

2.3.2技術特點

采用完全分層、分布式開放系統結構，服務器、前置機、監控工作站、報表工作站、工程師兼培訓工作站、通信工作站、五防工作站等均采用WindowsXP 開放式操作系統，網絡協議為TCP / IP , 全圖形化操作。監控系統的全部微機智能設備都直接接入網絡，可獲得高速通訊能力和資源共享能力。各設備的運行信息可直接在網絡上的每一個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給運行設備。

(1)網絡上的每個接入設備都有特定的功能，實現功能的分布式架構，即使某個設備出現故障，不會影響整個系統的性能；

(2)重要設備(如服務器、前置機、通訊管理機等)可采用雙機熱備冗余配置方式，滿足了變電站無人值守對系統可靠性的要求；

(3)具有豐富的通訊規約，支持與遠程調度系統、站內模擬屏等系統進行通訊；

(4)冗余切換均由軟件完成，取消硬件切換裝置，將系統硬件故障率降至最低；

(5)站控層設備采用1000 M 工業以太網進行組網，保證了整個系統的實時性、可靠性和可擴充性；．支持雙網通訊，極大的提高了通訊可靠率和系統的穩定性；

(6)支持通訊規約庫，利用微軟的動態鏈接庫技術，對每一類規約分別生成動態庫，基類標準規約實現了大部分基礎數據解析功能，并且與通訊層及數據、報文處理及顯示分開，極大了提高了系統的通訊規約擴展性和模塊穩定性。

2.3.3WLD6000結構組成

WLD6000 后臺監控系統可以配置為單機模式或者網絡模式(單機模式不需要網絡)。對于網絡模式，系統的各個功能模塊/子系統根據用戶配置分布于網絡的各個計算機節點上，作為一個整體相互配合運行，并且網絡、計算機節點和系統主要功能模塊/子系統都支持熱主備冗余，以實現自動無縫切換，從而最大限度地規避了硬件環境對系統穩定性及實時性的影響。

(1)系統的配置/歷史數據庫選用大型商業數據庫軟件SQL Server 2000，數據保存量大，安全可靠，接口標準公開，存取快速，方便其它系統對數據的共享使用。

(2)系統的實時數據庫位于系統應用服務器的節點上，其它系統的節點通過網絡通信與實時數據庫進行數據交互。由于系統應用功能都被配置在應用服務器節點上運行，實現了實時庫本地訪問，并不會影響到其它系統節點對于實時數據庫的訪問效率，并且有助于提高數據傳輸的實時性和穩定性，降低網絡通信流量。實時數據庫支持雙機熱備冗余(自動切換)，主、備實時數據庫中的數據始終會保持一致，不會因為其中一臺應用服務器的退出而導致實時數據的丟失。實時數據庫的訪問接口標準公開，便于為其它系統提供實時數據。

整個軟件系統按功能劃分包括以下組件，如圖1所示。

圖1　軟件系統

2.3.4后臺監控主要實現的功能

WLD6000 自動化監控系統是廠站內或者調度自動化/集控站值班運行人員實現對站內或者區域內廠站進行監視控制的接口，通過數據通道與通訊中心、廠站端或者其它自動化系統進行通訊，完成對變電站、廠礦/發電廠廠用電、電網的監視、控制、測量和報警功能，并進一步實現計算、統計、記錄、管理等高級功能。

3　應用效果

3.1運行檢驗

360 m2燒結高壓室微機綜保及監控系統改造運行至今整個高壓系統工作狀況良好，對整個燒結系統供電的可靠性和安全性發揮了重要作用。主要表現在以下方面：

(1)變電所采用微機保護后，對各類故障及事故的準確程度和反應速度有了很大提高?；旧衔窗l生過保護拒動和誤動的情況，事故預告和事故跳閘準確性達到100%。

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

(3)改造后．對于該高壓室的運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、負荷變化曲線、負荷分析報表等全部被綜合自動化后臺系統強大的功能所取代，使得對于變電站的運行分析工作效率大大提高。

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

3.2經濟效益

360 m2燒結中心配電所微機綜保及監控系統改造，現已成功運行三年多。較改造之前設計更加合理，實際運行效果良好，事故停車較改造前大幅減少。從減少項目投資效益、節約人力成本、提高設備作業率、節約備件費等方面系統年總效益130萬元以上。

4　結束語

10 kV配電所微機繼電保護及監控系統通過設計改造及應用檢驗后完全達到了預期的目標，整個系統集保護、遙控、遙信、遙測、遙調功能于一體，達到了對變電站進行全方位的控制和管理，與系統網絡相連后，能實現變電站無人值班的功能。其主要功能主要體現在以下幾個方面：1)對各類故障及事故的反應速度和準確程度大大提高，從未發生過保護拒動和誤動的情況，事故跳閘和事故預告準確性達到100%；2)大大提高了高壓室運行管理的工作效率，原來完全依賴手工做出的各類負荷分析報表、負荷變化曲線、事故記錄等全部被綜合自動化后臺系統強大的功能所取代;3)變電站運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上的更新改造而提升了裝備檔次，從而把安全上的風險控制在了源頭。

[1]勞動部培訓司.企業供電系統及運行[M].中國勞動出版社,2004:213-289.

[2]范錫普.發電廠電氣部分[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，工程師，河南.安陽(455004)，安陽鋼鐵股份有限公司煉鐵廠;

2016—5—22