浅谈电解铝厂330kV变电整流所综合自动化系统

浅谈电解铝厂330kV变电整流所综合自动化系统【摘要】本文以我公司铝镁合金330kV变电整流所为例，介绍综合自动化系统在整流所内的应用。综合自动化系统采用数字式微机继电保护和微机监控系统以实现综合自动化和能源管理，系统具有高可靠性，技术先进，扩展性强，升级方便，方便维护，具有五防及四遥功能。【关键词】变电整流所、综合自动化系统、保护、监控通常电解铝厂变电整流所的综合自动化系统涵盖330kV开关站、调压整流变压器、整流器、动力变压器、滤波补偿装置、10kV总配、分配等。330kV配电系统为双母线带母联接线形式，330kV间隔包括2回进线、1回母联、2回PT、2回动力变压器出线、6~8回调压整流变压器出线。电解直流系列一般由6~8套整流机组，组成等效72~96相整流系统。每套整流装置由一台调压整流变压器、两台整流柜及相应的辅助设备构成一套整流系统，并分别配置于独立的间隔内，每台整流机组设置一台PLC控制系统，采集整流柜信号并对整流机组进行控制，设一台总PLC用于整流系统的总控和总调，各机组PLC与总PLC通讯，总PLC与综合自动化系统进行通讯实现相应保护和控制功能，2台330kV/10kV动力变压器为10KV总配电室供电，10kV配电系统为单母线分段接线，10kV总配为全厂10kV分配供电。全厂的10KV分配电室一般有：电解10KV、空压站10kV、铸造10kV、阳极组装10kV、碳素厂10kV配电室等。2系统结构及特点综合自动化系统采用双机、双网、双服务器、星形拓扑分层分布式结构，以Windows作为操作平台，TCPIP为通讯协议，双通道传输信号，具有极高的可靠性、可用率、冗余度，能实现网络上的文件传输资源共享、数据库查询、集中监控等多种功能，系统结构采用分层分布式结构，分为站控层、通讯管理层、现2.1站控层站控层配置2台核心监控主机和2台专用数据库服务器，网络采用以太网方式，负责各类数据的采集、分析、处理、命令的发布、数据库的建立及管理，并提供用户人机界面、数据报表。2台监控主机实现系统监控、操作功能，具有对下行命令进行操作的权限，两台主机具有完全相同的功能，同时工作，任何一台故障，不需要切换，不影响系统的正常运行：2台专用数据库服务器完成系统的数据保存、管理功能(互为备用；此外，设一台工程师站完成监视、修改保护定值，保护录波数据处理，在线调试等功能，设3台操作员工作站。2.2通讯管理层管理层通过多台智能通信管理单元向下将分站微机继电保护装置、监控装置、智能IED装置，向上通过光纤将站控层监控主机以网络通讯方式连接起来，实现对全站信息和数据的统一管理、监控、规约转换功能。多台通讯管理器具有完全现场控制层主要由330kV保护、测控系统、10kV总配、分配的保护测控系统、其他智能IED设备和通信网络系统的全部微机智能监控装置组成，完成电气设备的各类保护、现场遥信、遥测数据的采集、遥控命令的执行，并通过通讯接口执行数据的处理及传送，向监控主机发送各类原始数据。3系统的配置3.1站控层设备站控层为有人值班系统，站控层设备安装在中央主控室，完成综合自动化装置的所有测量、控制、保护等功能。3.1.1330kV站和10KV总配常规设置模拟控制屏，屏上安装相应的显示仪表、位置指示器、控制开关及调压开关位置显示等，直观显示整个电气系统运行状态。带CPU和通讯功能的模拟控制屏与监控系统通过通讯方式与监控主机交换数据。屏上各回路参数及状态信号由监控主机输出，输出直接控制监控装置出口。模似控制屏上不仅有330kV系统10kV总配的监示功能，还设有断路器、隔离开关的合跳闸功能；主变调压、五防控制操作、模拟屏操作/监控微机操作选择等；3.1.2主控系统采用双机双网冗余结构，网络系统采用双网双通信冗余结构，支持高速以太网(100M,TCP/IP),配置2台数据服务器，2台监控主机，3台操作员工作站，1个工程师站，1台系统事故报警针式打印机，一套独立的微机五防综合控制系统等组成，可以实现变电整流所综合自动化的全部监控以及打印报表、曲线、事件记录等功能；3.1.3工程师站配置一台高性能的服务器、一套输入、输出及显示设备以实建立开放型生产管理信息网络数据库，存储实时、历史数据；数据经过处理和组织以图形和报表等方式形象直观地表达出来：当生产出现问题或事故时，能及时准确地调出相关数据进行分析；改变传统的管理模式，由事后处理为事先管理：实时历史数据库能加入关系型数据库中，以便今后能与信息网络实现无缝联3.1.4UPS电源容量满足系统电源的要求，并保证一定的富裕容量，含免维护电池、充电器、整流器、逆变器、静态开关等，交流失电后保证能继续使用4.53.1.5为了统一系统时间，配置二台带避雷装置的GPS和北斗同步时钟，实现对330kV系统、10kV总配及各分配的微机继电保护装置、智能监控装置的3.1.6系统以Windows为操作系统平台，全中文Windows界面，两台监控主机通过Windows联网，互为热备用(冗余),监控系统能严格遵循行业标准和生产标准。系统所有服务器装设防火墙和杀毒软件，以保证监控系统的安全可靠运行：3.1.7所有总控单元，保护管理单元、保护监控通信单元、智能通讯转换单元、集线器等均要求具有2个以上的通信接口。3.2通信管理层设备系统主要以二台智能通讯管理器为核心、通过光纤或屏蔽双绞线与各个现场控制层的通讯控制器连接器连接；上连监控层，下连现场控制层，构成整个通讯网络。二台智能通讯管理器采用32位CPU的专门数据通讯设备，具有2个以上以太网接口，16个RS232/RS422/RS485可选的智能通信口，也可以PLC构成。每台智能通讯管理器通过两路以太网与监控主机相连，330kV开关站的间隔、10kV总配和分配的微机保护装置通过若干个集线器分别与二台智能通讯器相连，各个监控装置通过连接器分别与智能通讯管理器相连。二台智能通讯管理器与330kV微机保护用集线及监控装置用连接器以集中组屏的方式，配置在主控室。10kV配电室微机保护装置用集线器及监控装置用连接器均集中组屏，10kV总配配置在主控室，电解、空压站、铸造、阳极组装、碳素厂10kV分配在就地配置。智能仪表智能通讯管理器具备广泛的规约库以支持常见各个品牌的微部颁CDT、IEC60870-103、IEC60870-101、IEC60870-104、IEC61850等。并提供软件工具以提供用户今后自己编写所需要的驱动程序。为避免在故障状态下的信息堵塞，保护监控装置与通讯管理器的连接采用直接通讯的方案，不通过第三方实现规约转换。智能通讯管理器必须预留与电力调度部门的通讯接口，按电力部门调度所通讯规约接入系统，需要传送的信息在数据库中做好，并能满足电力载波、微波、光纤、电缆等不同通讯方式的要求。通讯管理层的连接介质采用屏蔽双绞线与光纤相结合的方式。在局部范围内采用屏蔽双绞线，如主控室内、各个10kV配电室内；而在各个10kV配电室与主控室、主控室与整流机组PLC之间则采用光纤连接，以增强抗干扰能力。3.3现场控制层设备3.3.1330kV配电系统。总体要求是采取分布式，单元化配置方式，微机保护装置和监控装置严格分开设置，330kV系统微机保护装置按照双保护设置，配置独立的两套微机保护装置(每个330KV间隔设置A,B2面独立的保护监控屏柜),采用单回路监控装置，实现遥测、遥控、遥信、遥调功能，显示被监控对象的一次主接线图、实时运行参数，包括模拟量及开关量信息，每个保护监控装置具有双通讯接口，可分别与双网同时相连。每个保护监控装置除遥控功能依赖通讯网外，遥测、遥信、事故报警、记录功能可完全不依赖通讯网络和计算机，并可在通讯网恢复后自动向上层传送数据。具有高速记录电压/电流功率波动过程功能，3.3.210KV配电系统各回路采用保护测控一体化装置，安装在10kV开关柜上，各10kV配电室的智能通讯管理机就地安装在配电室的通讯自动化屏内，通过双光纤以太网与10KV监控主机网络相连。3.3.3整流器PLC控制系统每套整流器配1组PLC控制系统，完成对调变整流变的油风冷却器、纯水冷却装置、直流刀开关的控制、负责机组及辅助设备的模拟量、开关量的采集以及单机组稳流控制功能：同时设1台总调控PLC,完成对直流系列的联控、联调的功能，整个整流系统组成N+1组PLC控制系统。PLC控制系统通过4微机保护装置的功能配置主要保护功能有：电流速断保护、二段定时限过电流保护、复合电压启动的过流保护，母线纵联差动保护等。每个间隔设2套独立的保护装置，每套保护配置独立的三相操作箱，保护可同时作用于330kV保护路器的两组跳闸线圈。主要保护功能有：电流速断保护、二段定时限过电流保护、复合电压启动的过流保护，纵联差动保护等，每个间隔设2套独立的保护装置，每套保护配置独立的三相操作箱，保护可同时作用于330kV断路器的两组跳闸线圈。主要保护功能有：变压器纵联差动保护、复合电压启动的过电流保护、过负荷保护、主变瓦斯保护、主变有载分接开关瓦斯保护、压力释放保护、变压器超温保护、接地保护(含间隙零序保护和零序过压保护)微机保护装置为主保护和后备保护一体，每个间隔设2套独立的保护装置。非电量保护配置12路非电量保护装置。使用独立的电源回路(包括直流空气小开关及其直流电源监视回路)和出口跳闸回路，且与电气量保护分开，在保护柜上的安装位置也应相对独立。任何保护动作时应发告警信号，并能提供保护动作的空接点输出。每套保护配置独立的三相操作箱，保护可同时作用于330kV断路器的两组跳闸线圈。4.4330KV调压、整流变压器主要保护功能有：调压变电流速断保护、调压变二段定时限过电流保护、调压变复合电压启动的过流保护、调压变过负荷保护、调压变压器瓦斯保护、调压变有载分接开关瓦斯保护、调压变压力释放保护：整流变电流速断保护、整流变二段定时限过流保护、整流变反时限过流保护、整流变过负荷保护、整流变压器瓦斯保护、整流变压器压力释放保护：直流系列离极保护、整流器保护(由整流器PLC控制系统完成，但需可通过接口动作于330kV侧断路器)。整变与调变分别设置独立的双套保护装置。非电量保护配置12路非电量保护装置。使用独立的电源回路(包括直流空气小开关及其直流电源监视回路)和出口跳闸回路，且与电气量保护分开，在保护柜上的安装位置也相对独立。任何保护动作时发告警信号，并提供保护动作的空接点输出。每套保护配置独立的三相操作箱，保护可同时作用于330kV断路器的两组跳闸线圈。4.5整流机组滤波装置(35kV电压等级)每套整流机组滤波主回路配置1台微机线路保护监控装置，每个滤波补偿装置的3回滤波分支各配置1台微机保护装置。每机组滤波保护监控装置地保护、低电压保护、过电压保护、滤波分支5次、7次、11次谐波过流、速断保护、电容器不平衡保护、故障录波等。5监控系统的功能5.1数据采集功能监控单元要求测量全部电气参数。电气参数包括三相交流电量：U,I,P,Q,时，直流电压小时：采集断路器和隔离开关状态，保护信号和接点状态等各种状态等各种状态量；用接线图、棒图、曲线图、地理图等显示实时主接线图，主要5.2事故报警和记录功1ms顺序事件记录(SOE),开关量变位报警，分类记录报警事件的时间和事件，报警事件启动事故追忆，控制操作记录，保护动作记录，系统设置记录，通讯故障记录，电压电流故障录波，微机上设置独立的报警事故画面，监控主机设定U,I,F,Q,KWH,COS,KVARH,F的上限和下限，上上限下下限的限值，越限报警；5.3统计分析，报表，打印统计，根据用户提供的报表格式和计算方式统计分析生成报表，具有画面打印，各种报表打印功能：运行日报、月报，电度日报，月报等的定时及召唤打印，时间打印，历史数据库保留3年；5.4遥测，遥信，遥控，遥调功能支持多种协议，实现与电力调度端的通迅；具有远程维护功能：可查看遥测、遥信信息，可查看保护动作事件，可远程对系统各种参数进行查询和修改，可查看保护自检信息，可进行远方信号复归改，可查看保护自检信息，可进行远方信号复归；对330KV开关站、10KV总配所有开关具有远方计算机和就地两种控制方式，在计算机控制方式下，能通过键盘输入操作指令和鼠标点击菜单命令输入操作指令；多级口令，控制五防闭锁功能，各项操作均有确认信息，经确认方能动6系统组屏原则6.1总则：可根据当地环境、气候条件进行分散或者混合组屏。6.2分散组屏：对于四季温差不高、污染小、环境较为清洁的变电整流所，如开关装置采用GIS,可采用保护、监控装置接地化原则进行组屏，330kV系线保护监控装置布置于GIS间隔内，整流变压器、动力变压器保护监控装置布置于机组间隔内，10KV系统保护监控装置布置于10KV开关柜上，采用这种方式可大量减少电缆数量，节约投资，但是保护、监控装混合组屏方式较为合理。即330kV系统保护监控装置集中组屏，安装于中央控制室，10KV系统保护监控装置布置于10KV开关柜上，既考虑了环境影响，相对来说又节约了投资。7其它7.1所有站控层的测量、控制、保护单元具备与GPS和北斗时钟系统进行校7.2所有保护单元出口需有硬压板作保护的切接。7.3保护监控装置必须具有独立DI输入，不得把同回路的DI、DO、AI混合接入一个保护监控装置中，要求DI输入采用数字式光耦处理技术，完全滤掉暂7.4后台系统、操作台、模拟屏、330kV部分控制屏布置在主控室；10kV总配保护、监控单元及通讯处理器等设备安装在就地开关柜上，不另配置屏体；公共通讯处理器、GPS、以太网交换机等网络设备安装于模拟屏内。8系统达到的主要性能指标