整流所综合自动化实现及应用

韩大红

摘要：本文介绍了220KV整流所综合自动化系统的软、硬件构成及配置，通讯网络形式及结构，并简要介绍了主要装置及设备的功能。最后，通过对设备运行考验测评和全面分析评价，体现了在此配置下该系统优良的安全性和稳定性。

关键词：整流所；变配电；综合自动化系统；微机保护；冗余技术

某有色冶炼企业220KV整流所由三部分构成，即220KV户内GIS组合开关，两台容量为40000KVA动力变压器，7台型号为ZHSFPTB一120600／220直降整流变压器、7组ZHS一38000A／1350V同相逆并联整流柜，1个10KV总配电室、4个10KV分配电室。7台整流机组并列运行，向厂房提供电压为1350V、电流为400KA的直流电。

1、系统配置

220KV整流所配电系统采用双回进线单母分段供电方式。两回进线处各设一组计量用电压互感器，两条母线上各设一组电压互感器，八条馈出线，分别代两台动力变和六台整流变。

220KV高压室内的高压配电装置开关采用国内比较先进的GIS户内组合开关，共分12个间隔，由于其占地面积小，与之配套的保护装置也同在一个高压室内，为提高系统的可靠性和电气维护的方便，每个间隔采用独立的监控系统。保护单元选用GE公司保护装置，集高次诣波分析、故障录波等功能于一体。

整流系统共设七套整流装置，每套整流装置由一台直降整流变压器及两台硅整流柜及相应的辅助设备构成一套独立的整流系统，每套整流装置的保护单元配置于就地测控柜。

动力系统由两台220KV/10KV动力变压器构成，将220KV交流电降为10KV交流电，供给全厂的动力系统。

10KV动力电系统共分为五个10KV高压室，分别为1个10KV总配，4个10KV分配，均采用双回进线、单母线分段，设置母联开关，每段母线均配电压互感器。另外，其控制电源为直流电，所以除10KV总配由整流所总直流屏供电外，其余高压室都由其自己独立的直流屏供电。

2、综合自动化系统

2.1系统介绍：

整流所综合自动化系统由监控、保护和后台三部分组成。监控和保护装置均选用了美国GE公司的产品，后台选用了深圳华立特公司的FARAD200作为后台监控软件。整个网络采用的是工业以太网，运用电力行业优选的61850通讯协议。

该系统采用分布式结构，站级平台通过通讯网络与现场的各个功能子单元进行数据交换，后台由两台各自独立的PC工作站承担，运行于Windowsserver2008平台，监控程序作为自动化系统软件的主体，担负着电网日常监视值班的任务。

整流机组的微机保护单元采用的是GE公司的两台F35和一台C30，与之配套作为机组保护、测量、控制的还有五套PLC。F35、C30采用以太网通讯协议，用光纤作为传输介质，通过交换机直接与服务器相连；PLC之间则采用现场总线Profibus协议，最后处理的信号也通过光纤与交换机相连，最后传入后台服务器。

动力变压器把有载调压开关的升、降和档位显示加入到了综自系统，实现了变压器有载调压得远程控制。这是由西门子S7-300系列的PLC实现的，它的信号则是由网线直接与交换机相连，再传入后台服务器。动力变保护单元采用的是GE公司的F35、C30和T35。

10KV高压室中的所有微机保护单元均采用GE公司的F650，在每个高压室内设有两个或一个交换机，将每个F650装置用网线与交换机相连，两个交换机将信号汇总到一个交换机后，利用光缆将信号传到服务器，五个10KV子站都为星形连接，各自独立。

进线的保护装置采用GE公司的F35、C30和两台L90，L90作为线路的差动保护，F35用于测量数据，C30作为控制单元。母联中除了采用F35、C30外，还运用了国际上比较先进的一整套母联差动保护装置B90，确保了系统安全平稳运行。

2.2网络结构

变电整流所网络采用双网星型冗余网络结构，后台服务器为一主一备，10KV设备监控系统独立配置，220KV与10KV监控系统互相独立，现场设备1#通道接入低压室1#交换机屏，2#通道接入低压室2#交换机屏，1#、2#交换机屏互为备用，如运行通讯网络出现故障，可立即切换至备用网络，保障各设备通讯状态的连续性。双网星型冗余网络结构微机保护和微机控制采用单元结构。

系统网络结构分为三层：

间隔层（下位机）：由全站所有微机智能装置通过通讯网络接入管理层，间隔层共分22OkV单元、整流装置、lOkV总配与4个分配总共七大部分。这些现场设备与站级之间采用光纤连接，综合保护装置安装在各间隔和高压开关柜中内，这就使得所有的测量、报警、跳闸等信号均在就地装置内处理成数据信号，通过光纤送上来，再经过通信协议转换至整流所监控主机。其传输速率为100Mbps。如果主机发生故障，各就地装置仍可独立地完成本柜的监测保护功能，其监测和保护的信息可反映在其相应的保护装置液晶屏上。

管理层：由2台相互独立、互为备用、支持高速以太网的服务器组成，一方面负责采集间隔层设备的数据，并将数据送往主站层4台独立的监控主机，另一方面又负责接受主站层监控主机的控制命令，并将此命令送至间隔层设备。模拟控制屏以通讯方式接入智能通讯处理器。

主站层（上位机）：220KV、10KV各由2台相互独立的计算机通过高速以太网组成，采用了冗余技术，即：双监控机方案，两台监控机同时运行，任何1台计算机故障均不会影响另1台计算机的正常运行，它们完全对等，无主从之分。

整个综自系统的构成方式为分散式结构，这种方式一般是按一次回路进行设计，首先将没备按一次安装单位划分成若干单元。将微机保护单元、数据采集单元安装在户外高压开关间隔附近。然后通过通信电缆将分散单元连成网络，构成一个完整的分散式综合自动化系统。这种方式下各单个功能单元之间既有通信联系。又相互独立，便于扩展、维护，当某一环节发生故障时，不至于相互影响。此外，它的抗电磁干扰性能强、可靠性高，还可以使计量、测量、控制、保护、稳流为一体，使得数据统一，避免设备重复设置。分散式结构还在二次设计上能最大限度地减少二次设备占地面积和节省大量电缆及接线。

本系统采用的IEC61850标准是基于通用网络通信平台的变电站自动化系统唯一国际标准，它解决了变电站自动化系统产品的互操作性和协议转换问题。采用该标准还可使变电站自动化设备具有自描述、自诊断和即插即用（PlugandPlay）的特性，极大的方便了系统的集成，降低了变电站自动化系统的工程费用。该标准系列大大提高变电站自动化系统的技术水平、提高变电站自动化系统安全稳定运行水平、节约开发验收维护的人力物力、实现完全的互操作性。

2.3微机保护单元简介

F35多路馈线管理继电器是一种微机式继电器，它最多可以保护5条带有母线电压测量的馈线和6条不带母线电压测量的馈线。F35可提供过电流和欠电压保护，断路器重合闸，欠频率，故障诊断和RTU功能。它还可以提供相，中性点/接地，瞬时和延时过流保护。延时过流功能为最佳协调提供了多种形状曲线或灵活曲线。

C30控制器系统是一种数字式IED，是严格按照变电站应用环境条件设计制造的逻辑控制器。该控制器可用于扩展保护装置的I/O配置，并可取代现有的事件顺序（SOE）记录器。C30所具有的I/O能力远远超出普通保护继电器的I/O能力，它可以对可编程逻辑提供快速和确定性的执行。

L90线路差动系统是一种先进的电流差动继电器，适用于任何电压等级的架空传输线，包含串联补偿线路和高压地下电缆。可提供三相和单相跳闸和重合闸方案。电流差动方案是基于一种GE开发并取得专利的创新的同步方法。L90中使用一种先进的自适应制动机构以取得高度的安全性，并在系统异常条件下可以防止误动作。

T35变压器保护系统是一种三相变压器保护继电器，用于保护任何容量的、最多具有6个绕组/制动的电力变压器。该继电器提供自动的或用户可定义的用于CT变比匹配的幅值基准绕组选择以及用于各种变压器绕组配置的自动相移补偿功能。T35的算法能够实现用户强制去除零序电流，甚至在三角形连接的变压器绕组的应用情况下，零序电流依然可以去除，这样，就使该继电器能够更好地应用于带有区内电缆联接的变压器或更好地用于带有其他区内接地装置的变压器。

B90母线差动继电器，微机式而且能够具备对多到24条线的母线提供保有护和测量，B90保护系统被集中安装在3到4个或更多的B90IED中，为每一个特殊的应用提供必备的条件，每二个UR系统的IED都是一个带有完整的UR特征的UR继电器，每一个都可以被访问和编程。

3、综合自动化系统的主要功能及特点

3.1微机保护：

包括包括整流变压器保护、动力变保护、进线保护、母线保护、滤波系统保护、整流器保护及其它保护。

3.2监控功能：

包括系统运行况监视、变电站一次系统运行状况监视。定时采集全站生产过程输入、输出信号(包括开关量、模拟量、脉冲量，如：电解系列直流电压、直流电流、控制电流、有载调压开关、水水冷却器、油风冷却器、直流大电流刀开关等状态及各种信号)经滤波，检出事故、故障、状态信号和模拟信号参数变化。实时更新数据库，为监控系统提供运行状态的数据。还将10kV总配、10kV分配纳入监控，具有反映站内断路器，隔离开关的状态，执行线路停送电等功能，而且在上位机上通过与整流机组PLC联网，实现数据采集和对整流机组、变压器油风冷却器、整流装置水风冷却器、稳流系统进行控制和调节。在上位机上可直接控制整流变压器油泵、风机、水风冷却器水泵、风机的启、停，监视油泵、水泵、风机的运行状态，监视温度、电流、电压等各种运行参数。

3.3事件记录：

继电保护、自动装置的动作和断路器的跳合闸按动作顺序记录。

3.4事件报警：

在变电整流所出现事故、故障、越限、断路器分闸或运行设备工作异常时，系统会自动报警与提示。报警方式包括语音报警、屏幕显示。

屏幕显示的事件一般有两种：历史事件和报警事件。

历史事件按照颜色区分分为三种事件，绿色代表一般事件（退出或登录系统等）；红色代表报警；蓝色代表操作。

报警事件按图示分为两种：一种为红底，黄色感叹号，表示事故报警；另一种为黄底，红色感叹号，表示预告告警。

3.5人机接口：

人机接口监视器和带跟踪功能球键盘提供灵活的人机交互界面，能提供正常的运行显示。调用各种数据、报表及运行状态图、参数图等到画面。

3.6数据统计与打印：

根据运行要求进行电流、电压、功率、频率、电度量、温度量、直流系列电压小时、电流小时的整点抄表累计；设备的运行工况时间统计以及特征值、合格率、负荷率的技术统计。并且能定时自动地或召唤制表打印机输出重要电量实时负荷曲线(瞬时、小时、班、日、月)。

3.7本系统既能快速升级也能根据需要进行二次开发，装置可靠，抗干扰能力强，还使用了GPS卫星对时装置，便于信息的统计处理和分析。

3.8在本系统投入运行的近五个月中，由于首次采用的61850通讯协议，出现了数据有时传输速率慢等情况，所以在做稳流系统时，为了保证稳流系统的可靠性，就没有将稳流系统加入到综自系统中这使稳流系统尽量不受外界的干扰，大大提高了电流的稳流能力，使电解槽的工艺参数更加稳定，电解槽的使用寿命更长。

随着计算机及网络技术的发展及应用，综合自动化系统已越来越完善。有色冶金业的技术升级改造和发展将带动综合自动化技术在其行业中的应用。从目前的发展趋势上看，今后综合自动化在有色冶金行业的应用将向着功能越来越强大，结构越来越简单，可靠性越来越高，全厂信息化系统与综合自动化系统融为一体，实现信息系统与自动化系统的大集成的方向发展。