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1  引言

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

2  發(fā)電廠保護配置方案

    該發(fā)電廠有2臺發(fā)電機，機端額定電壓為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，正常運行3臺，另1臺作為全廠熱備用。

        2臺發(fā)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(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SR489自帶的多個數(shù)字量、模擬量輸入還可以實現(xiàn)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(jié)構(gòu)，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(chǎn)工藝和高質(zhì)量的產(chǎn)品為前提的。在完成保護的同時，SR489還要完成發(fā)電機出口電壓、負荷電流的測量工作，將測量數(shù)據(jù)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(fù)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(jiān)視功能有：PT斷線監(jiān)視、跳閘線圈監(jiān)視。通過數(shù)字量輸入節(jié)點實現(xiàn)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(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。在完成保護的同時，URT60還要負責采集主變低壓側(cè)的電壓、電流量以及高壓側(cè)的電流量，經(jīng)RS485接口送上位機進行顯示。

    并網(wǎng)線保護采用的是SR760。該系列的保護設(shè)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(jiān)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(lián)絡(luò)線、聯(lián)絡(luò)開關(guān)采用的保護設(shè)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(shè)計

    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(shè)計方案中采用的是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：

    ?  檢母線三相無壓、無流（設(shè)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(guān)已經(jīng)斷開，這一步可以跳過；

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

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

    該方案設(shè)計簡單可靠，邏輯關(guān)系明確，節(jié)省了投資，簡化了設(shè)備之間的接線，經(jīng)現(xiàn)場運行驗證該設(shè)計方案可完全滿足現(xiàn)場運行要求。

4  PLC在現(xiàn)場控制中的應(yīng)用

    本設(shè)計方案的一個明顯的特點是大規(guī)模采用了PLC進行現(xiàn)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(yè)控制中獲得廣泛的應(yīng)用。本方案中，PLC主要實現(xiàn)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(zhí)行上位機的遙控命令；采集其它數(shù)字量節(jié)點的輸入信號，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)計中，對于PLC的使用可以進行全局規(guī)劃，既要充分利用各保護裝置自身所帶的數(shù)字量輸入節(jié)點，又要保證收集到盡可能多的有效信息，還要節(jié)約PLC的點數(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(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

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

    本系統(tǒng)根據(jù)需要選用了國產(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，尤其針對國際知名品牌的設(shè)備而設(shè)計的通訊規(guī)約，大大縮短了軟件開發(fā)周期，適用于中小規(guī)模工業(yè)監(jiān)控機，價格低廉。“組態(tài)王”配有加密鎖，支持工程加密；驅(qū)動程序較為豐富，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)庫訪問、網(wǎng)絡(luò)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(lián)網(wǎng)通信。

    本系統(tǒng)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(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，上位機采用了雙機熱備用方式。

    整個通訊系統(tǒng)采用輪詢方式，由于PLC收集了現(xiàn)場的報警和跳閘信號，地位較其它設(shè)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(shè)備輪詢完畢，接著詢問PLC，獲取開關(guān)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(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，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，實時顯示斷路器和隔離開關(guān)狀態(tài)、故障記錄及時間順序（SOE）記錄、運行參數(shù)記錄、實時數(shù)據(jù)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(xiàn)斷路器和隔離開關(guān)的投切操作，并實現(xiàn)斷路器和隔離開關(guān)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(guān)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(zhí)行并顯示錯誤信息；

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

    ?  故障錄波  當發(fā)生故障時，系統(tǒng)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。