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1  引言

    發(fā)電廠的繼電保護(hù)系統(tǒng)在整個(gè)電廠設(shè)計(jì)中占有重要的地位。本設(shè)計(jì)方案采用美國(guó)GE公司繼電保護(hù)產(chǎn)品構(gòu)成保護(hù)系統(tǒng)，還采用了SIEMENS公司生產(chǎn)的PLC完成廠用電備自投、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備開(kāi)關(guān)量的采集、遙控等功能。整個(gè)保護(hù)系統(tǒng)由兩臺(tái)互為熱備用的上位機(jī)監(jiān)視控制，監(jiān)控程序采用的是國(guó)產(chǎn)“組態(tài)王”（KingView）軟件，該軟件便于掌握，開(kāi)發(fā)周期短，內(nèi)部嵌入了多種通訊規(guī)約，開(kāi)發(fā)用戶可以從中任意選擇，十分靈活。

2  發(fā)電廠保護(hù)配置方案

    該發(fā)電廠有2臺(tái)發(fā)電機(jī)，機(jī)端額定電壓為10kV，經(jīng)兩繞組的主變與系統(tǒng)10kV母線相連并網(wǎng)。廠用變?yōu)?/SPAN>4臺(tái)，正常運(yùn)行3臺(tái)，另1臺(tái)作為全廠熱備用。

        2臺(tái)發(fā)電機(jī)的保護(hù)裝置采用的是SR489，主要完成的功能為：定子差動(dòng)，負(fù)序過(guò)流、電壓制動(dòng)過(guò)電流，失磁，100％定子接地，頻率、電壓異常，失步保護(hù)等，此外還完成了一些監(jiān)視功能，如：斷路器失靈、跳閘線圈監(jiān)視、PT斷線監(jiān)視、電壓反相序等。通過(guò)SR489自帶的多個(gè)數(shù)字量、模擬量輸入還可以實(shí)現(xiàn)電超速保護(hù)、定子溫度過(guò)熱保護(hù)和過(guò)勵(lì)磁保護(hù)等。與同類保護(hù)相比，SR489采用了多CPU結(jié)構(gòu)，將主保護(hù)和后備保護(hù)集于一身，有完善的功能、較高的可靠性和性價(jià)比。當(dāng)然這是以可靠的生產(chǎn)工藝和高質(zhì)量的產(chǎn)品為前提的。在完成保護(hù)的同時(shí)，SR489還要完成發(fā)電機(jī)出口電壓、負(fù)荷電流的測(cè)量工作，將測(cè)量數(shù)據(jù)傳送給上位機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示。

    變壓器保護(hù)采用的是URT60，主要完成的功能為：差動(dòng)（帶諧波制動(dòng)的比例差動(dòng)和瞬時(shí)差動(dòng)）、復(fù)合電壓?jiǎn)?dòng)過(guò)電流、過(guò)負(fù)荷、頻率和電壓異常保護(hù)等。完成的監(jiān)視功能有：PT斷線監(jiān)視、跳閘線圈監(jiān)視。通過(guò)數(shù)字量輸入節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)變壓器本體保護(hù)如：輕瓦斯、重瓦斯保護(hù)，油溫過(guò)高保護(hù)，本體溫度過(guò)高保護(hù)等。在配置變壓器保護(hù)過(guò)程中，除作為主保護(hù)的差動(dòng)保護(hù)外，其它類型的保護(hù)和監(jiān)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(hù)的同時(shí)，URT60還要負(fù)責(zé)采集主變低壓側(cè)的電壓、電流量以及高壓側(cè)的電流量，經(jīng)RS485接口送上位機(jī)進(jìn)行顯示。

    并網(wǎng)線保護(hù)采用的是SR760。該系列的保護(hù)設(shè)備有兩類，SR750和SR760，二者功能完全一樣，只不過(guò)后者比前者增加了四輪自動(dòng)重合閘功能。SR760完成的保護(hù)功能為：帶電壓閉鎖的方向過(guò)電流保護(hù)，頻率、電壓異常保護(hù)，方向接地保護(hù)等。完成的監(jiān)視和測(cè)量功能與上類似，此處不再贅述。

    廠用變和各電壓等級(jí)的聯(lián)絡(luò)線、聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)采用的保護(hù)設(shè)備是MIF，完成的主要功能為：瞬時(shí)過(guò)電流保護(hù)和帶延時(shí)的定時(shí)限過(guò)流保護(hù)、多條國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)曲線的反時(shí)限過(guò)電流保護(hù)以及接地過(guò)電流保護(hù)。MIF只能完成過(guò)電流保護(hù)，不測(cè)量電壓信號(hào)，故它只能采集三相電流信號(hào)。

3  廠用電源備自投設(shè)計(jì)

    備自投在發(fā)電廠中占有重要地位，它有力的保證了供電連續(xù)性和可靠性。該熱電公司采用的是進(jìn)線備自投方式，一臺(tái)廠用變帶電運(yùn)行作為其它三臺(tái)廠用變的熱備用。在本設(shè)計(jì)方案中采用的是SIEMENS生產(chǎn)的S7-200 PLC，結(jié)合電源監(jiān)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(wú)壓、無(wú)流（設(shè)定一個(gè)小的延時(shí)，躲開(kāi)保護(hù)動(dòng)作的時(shí)間）；

    ?  切除進(jìn)線變壓器，如果檢測(cè)到開(kāi)關(guān)已經(jīng)斷開(kāi)，這一步可以跳過(guò)；

    ?  發(fā)出備用母線合閘命令，該命令只在一個(gè)整定的延時(shí)內(nèi)有效，過(guò)了這個(gè)延時(shí)后就不能再合閘；

    ?  監(jiān)視合閘后的母線電流，如果大于整定門檻值則跳開(kāi)母線開(kāi)關(guān)，閉鎖備自投。

    該方案設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單可靠，邏輯關(guān)系明確，節(jié)省了投資，簡(jiǎn)化了設(shè)備之間的接線，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行驗(yàn)證該設(shè)計(jì)方案可完全滿足現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行要求。

4  PLC在現(xiàn)場(chǎng)控制中的應(yīng)用

    本設(shè)計(jì)方案的一個(gè)明顯的特點(diǎn)是大規(guī)模采用了PLC進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)控制。PLC以其可靠的邏輯、靈活的組合、低價(jià)位、小體積而在工業(yè)控制中獲得廣泛的應(yīng)用。本方案中，PLC主要實(shí)現(xiàn)以下功能：采集各保護(hù)單元的報(bào)警和跳閘信號(hào)供上位機(jī)在輪詢時(shí)獲取事件信號(hào)；執(zhí)行上位機(jī)的遙控命令；采集其它數(shù)字量節(jié)點(diǎn)的輸入信號(hào)，接至跳、合閘回路完成相應(yīng)的操作；完成廠用電源備自投。在方案的設(shè)計(jì)中，對(duì)于PLC的使用可以進(jìn)行全局規(guī)劃，既要充分利用各保護(hù)裝置自身所帶的數(shù)字量輸入節(jié)點(diǎn)，又要保證收集到盡可能多的有效信息，還要節(jié)約PLC的點(diǎn)數(shù)。

5  監(jiān)控系統(tǒng)

5.1  監(jiān)控系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

    本系統(tǒng)硬件主要包括：2臺(tái)IPC-610研華工控機(jī)、2臺(tái)HP激光打印機(jī)、1臺(tái)UPS電源2kVA，1臺(tái)S7-200系列 PLC，保護(hù)裝置：2臺(tái)SR489、2臺(tái)SR760、2臺(tái)URT60、9臺(tái)MIF。監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1   監(jiān)控系統(tǒng)框圖

5.2  監(jiān)控系統(tǒng)軟件功能

    為了實(shí)現(xiàn)整個(gè)保護(hù)控制系統(tǒng)的遙控、遙信和遙測(cè)，必須建立可靠而有效的通訊系統(tǒng)。對(duì)于這樣一套全部采用進(jìn)口設(shè)備的保護(hù)方案來(lái)說(shuō)，完善的通訊系統(tǒng)還可以較好的克服進(jìn)口設(shè)備英文操作界面可讀性不高的缺陷，便于現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)、解決問(wèn)題有重要意義。

    本系統(tǒng)根據(jù)需要選用了國(guó)產(chǎn)的“組態(tài)王”軟件。該軟件為用戶提供了自由的組態(tài)平臺(tái)，尤其針對(duì)國(guó)際知名品牌的設(shè)備而設(shè)計(jì)的通訊規(guī)約，大大縮短了軟件開(kāi)發(fā)周期，適用于中小規(guī)模工業(yè)監(jiān)控機(jī)，價(jià)格低廉。“組態(tài)王”配有加密鎖，支持工程加密；驅(qū)動(dòng)程序較為豐富，如支持DDE、板卡、OPC服務(wù)器、PLC、智能儀表、智能模塊等；支持ActiveX控件、配方管理、數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)、網(wǎng)絡(luò)功能、冗余功能。其擴(kuò)展性強(qiáng)，可與管理計(jì)算機(jī)或控制計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)通信。

    本系統(tǒng)使用的GE保護(hù)裝置都具有2個(gè)485通信口，1個(gè)232通信口（用于完成本地通訊，使用便攜式計(jì)算機(jī)可以方便的完成設(shè)備的定值設(shè)置、修改以及數(shù)據(jù)查詢?nèi)蝿?wù)），支持Modbus協(xié)議。此外，S7-200系列的PLC支持PPI、自由口及Modbus協(xié)議。為了保證監(jiān)控的可靠性，上位機(jī)采用了雙機(jī)熱備用方式。

    整個(gè)通訊系統(tǒng)采用輪詢方式，由于PLC收集了現(xiàn)場(chǎng)的報(bào)警和跳閘信號(hào)，地位較其它設(shè)備重要，故要增加對(duì)PLC的輪詢頻率，具體做法是：對(duì)地址為1的設(shè)備輪詢完畢，接著詢問(wèn)PLC，獲取開(kāi)關(guān)量信息；再對(duì)地址為2的裝置進(jìn)行輪詢，完畢后再次詢問(wèn)PLC，依次類推。這樣最大限度的保證了重要信息不被丟失。

    監(jiān)控系統(tǒng)軟件具有如下主要功能：

    ?  用戶管理  用戶分為系統(tǒng)管理員、工程師和操作員三級(jí)，各自權(quán)限不同；

    ?  日志管理  用戶可以查看本系統(tǒng)的歷史使用情況，以用戶名、操作時(shí)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(tǒng)圖，實(shí)時(shí)顯示斷路器和隔離開(kāi)關(guān)狀態(tài)、故障記錄及時(shí)間順序（SOE）記錄、運(yùn)行參數(shù)記錄、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)曲線、功率曲線及全站負(fù)荷曲線；

    ?  控制功能  在微機(jī)屏幕上用鍵盤和鼠標(biāo)實(shí)現(xiàn)斷路器和隔離開(kāi)關(guān)的投切操作，并實(shí)現(xiàn)斷路器和隔離開(kāi)關(guān)的閉鎖功能；

    ?  模擬操作  在微機(jī)模擬操作圖上進(jìn)行斷路器和隔離開(kāi)關(guān)的分合操作后，微機(jī)將自動(dòng)保存并顯示用戶進(jìn)行的模擬操作的順序，當(dāng)進(jìn)行實(shí)際操作時(shí)必須與模擬操作一致，否則微機(jī)將拒絕執(zhí)行并顯示錯(cuò)誤信息；

    ?  報(bào)警功能  當(dāng)有事故或故障發(fā)生時(shí)，微機(jī)通過(guò)外接音箱發(fā)出語(yǔ)音報(bào)警，并在微機(jī)屏幕上給出提示；

    ?  故障錄波  當(dāng)發(fā)生故障時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)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(bào)表、運(yùn)行記錄、事故記錄、電度記錄、錄波曲線、負(fù)荷曲線、保護(hù)定值等。