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1  引言

    發電廠的繼電保護系統在整個電廠設計中占有重要的地位。本設計方案采用美國GE公司繼電保護產品構成保護系統，還采用了SIEMENS公司生產的PLC完成廠用電備自投、現場設備開關量的采集、遙控等功能。整個保護系統由兩臺互為熱備用的上位機監視控制，監控程序采用的是國產“組態王”（KingView）軟件，該軟件便于掌握，開發周期短，內部嵌入了多種通訊規約，開發用戶可以從中任意選擇，十分靈活。

2  發電廠保護配置方案

    該發電廠有2臺發電機，機端額定電壓為10kV，經兩繞組的主變與系統10kV母線相連并網。廠用變為4臺，正常運行3臺，另1臺作為全廠熱備用。

        2臺發電機的保護裝置采用的是SR489，主要完成的功能為：定子差動，負序過流、電壓制動過電流，失磁，100％定子接地，頻率、電壓異常，失步保護等，此外還完成了一些監視功能，如：斷路器失靈、跳閘線圈監視、PT斷線監視、電壓反相序等。通過SR489自帶的多個數字量、模擬量輸入還可以實現電超速保護、定子溫度過熱保護和過勵磁保護等。與同類保護相比，SR489采用了多CPU結構，將主保護和后備保護集于一身，有完善的功能、較高的可靠性和性價比。當然這是以可靠的生產工藝和高質量的產品為前提的。在完成保護的同時，SR489還要完成發電機出口電壓、負荷電流的測量工作，將測量數據傳送給上位機進行實時顯示。

    變壓器保護采用的是URT60，主要完成的功能為：差動（帶諧波制動的比例差動和瞬時差動）、復合電壓啟動過電流、過負荷、頻率和電壓異常保護等。完成的監視功能有：PT斷線監視、跳閘線圈監視。通過數字量輸入節點實現變壓器本體保護如：輕瓦斯、重瓦斯保護，油溫過高保護，本體溫度過高保護等。在配置變壓器保護過程中，除作為主保護的差動保護外，其它類型的保護和監視功能完全是使用柔性元件和柔性邏輯方程組合完成的，有很大的靈活性和廣泛的組合空間。在完成保護的同時，URT60還要負責采集主變低壓側的電壓、電流量以及高壓側的電流量，經RS485接口送上位機進行顯示。

    并網線保護采用的是SR760。該系列的保護設備有兩類，SR750和SR760，二者功能完全一樣，只不過后者比前者增加了四輪自動重合閘功能。SR760完成的保護功能為：帶電壓閉鎖的方向過電流保護，頻率、電壓異常保護，方向接地保護等。完成的監視和測量功能與上類似，此處不再贅述。

    廠用變和各電壓等級的聯絡線、聯絡開關采用的保護設備是MIF，完成的主要功能為：瞬時過電流保護和帶延時的定時限過流保護、多條國際標準曲線的反時限過電流保護以及接地過電流保護。MIF只能完成過電流保護，不測量電壓信號，故它只能采集三相電流信號。

3  廠用電源備自投設計

    備自投在發電廠中占有重要地位，它有力的保證了供電連續性和可靠性。該熱電公司采用的是進線備自投方式，一臺廠用變帶電運行作為其它三臺廠用變的熱備用。在本設計方案中采用的是SIEMENS生產的S7-200 PLC，結合電源監察的電流、電壓繼電器共同完成，備自投邏輯為：

    ?  檢母線三相無壓、無流（設定一個小的延時，躲開保護動作的時間）；

    ?  切除進線變壓器，如果檢測到開關已經斷開，這一步可以跳過；

    ?  發出備用母線合閘命令，該命令只在一個整定的延時內有效，過了這個延時后就不能再合閘；

    ?  監視合閘后的母線電流，如果大于整定門檻值則跳開母線開關，閉鎖備自投。

    該方案設計簡單可靠，邏輯關系明確，節省了投資，簡化了設備之間的接線，經現場運行驗證該設計方案可完全滿足現場運行要求。

4  PLC在現場控制中的應用

    本設計方案的一個明顯的特點是大規模采用了PLC進行現場控制。PLC以其可靠的邏輯、靈活的組合、低價位、小體積而在工業控制中獲得廣泛的應用。本方案中，PLC主要實現以下功能：采集各保護單元的報警和跳閘信號供上位機在輪詢時獲取事件信號；執行上位機的遙控命令；采集其它數字量節點的輸入信號，接至跳、合閘回路完成相應的操作；完成廠用電源備自投。在方案的設計中，對于PLC的使用可以進行全局規劃，既要充分利用各保護裝置自身所帶的數字量輸入節點，又要保證收集到盡可能多的有效信息，還要節約PLC的點數。

5  監控系統

5.1  監控系統硬件結構

    本系統硬件主要包括：2臺IPC-610研華工控機、2臺HP激光打印機、1臺UPS電源2kVA，1臺S7-200系列 PLC，保護裝置：2臺SR489、2臺SR760、2臺URT60、9臺MIF。監控系統的結構如圖1所示。

圖1   監控系統框圖

5.2  監控系統軟件功能

    為了實現整個保護控制系統的遙控、遙信和遙測，必須建立可靠而有效的通訊系統。對于這樣一套全部采用進口設備的保護方案來說，完善的通訊系統還可以較好的克服進口設備英文操作界面可讀性不高的缺陷，便于現場運行人員及時發現、解決問題有重要意義。

    本系統根據需要選用了國產的“組態王”軟件。該軟件為用戶提供了自由的組態平臺，尤其針對國際知名品牌的設備而設計的通訊規約，大大縮短了軟件開發周期，適用于中小規模工業監控機，價格低廉?！敖M態王”配有加密鎖，支持工程加密；驅動程序較為豐富，如支持DDE、板卡、OPC服務器、PLC、智能儀表、智能模塊等；支持ActiveX控件、配方管理、數據庫訪問、網絡功能、冗余功能。其擴展性強，可與管理計算機或控制計算機聯網通信。

    本系統使用的GE保護裝置都具有2個485通信口，1個232通信口（用于完成本地通訊，使用便攜式計算機可以方便的完成設備的定值設置、修改以及數據查詢任務），支持Modbus協議。此外，S7-200系列的PLC支持PPI、自由口及Modbus協議。為了保證監控的可靠性，上位機采用了雙機熱備用方式。

    整個通訊系統采用輪詢方式，由于PLC收集了現場的報警和跳閘信號，地位較其它設備重要，故要增加對PLC的輪詢頻率，具體做法是：對地址為1的設備輪詢完畢，接著詢問PLC，獲取開關量信息；再對地址為2的裝置進行輪詢，完畢后再次詢問PLC，依次類推。這樣最大限度的保證了重要信息不被丟失。

    監控系統軟件具有如下主要功能：

    ?  用戶管理  用戶分為系統管理員、工程師和操作員三級，各自權限不同；

    ?  日志管理  用戶可以查看本系統的歷史使用情況，以用戶名、操作時間、操作類型的方式顯示歷史記錄；

    ?  圖形顯示  顯示全站一次系統圖，實時顯示斷路器和隔離開關狀態、故障記錄及時間順序（SOE）記錄、運行參數記錄、實時數據曲線、功率曲線及全站負荷曲線；

    ?  控制功能  在微機屏幕上用鍵盤和鼠標實現斷路器和隔離開關的投切操作，并實現斷路器和隔離開關的閉鎖功能；

    ?  模擬操作  在微機模擬操作圖上進行斷路器和隔離開關的分合操作后，微機將自動保存并顯示用戶進行的模擬操作的順序，當進行實際操作時必須與模擬操作一致，否則微機將拒絕執行并顯示錯誤信息；

    ?  報警功能  當有事故或故障發生時，微機通過外接音箱發出語音報警，并在微機屏幕上給出提示；

    ?  故障錄波  當發生故障時，系統自動記錄故障分閘前2秒和故障分閘后7秒的電流波形；

    ?  打印功能  打印各種報表、運行記錄、事故記錄、電度記錄、錄波曲線、負荷曲線、保護定值等。