论文部分内容阅读
摘要：介绍电厂电气自动化升级改造，说明微机保护原理、功能和实施方案。
关键词：电气自动化；电厂；电气；微机保护；改造
【中图分类号】TM312
1.引言
济宁某自备电厂装机容量为2x6MW， 选用两台6MW中温中压抽汽凝汽式汽輪发电机组，配两台35T/H中温中压循环流化床煤泥锅炉。电气主接线为6KV单母线，共分三段，并通过两台隔离变线与系统并网运行。6KVⅠ段母线上接有：1#发电机1#联络线、1#厂用变、1#炉鼓风机、煤化工；6KVⅡ段母线上接有：2#发电机 2#联络线、2#厂用变、2#炉鼓风机；6KV0段母线上接有“0#”备变。原有电气保护方式为电磁继电器型，自建厂来已投入运行十多年。存在问题有运行维护工作量大、维护成本高，继电器接点易卡死、断线，接点接触不良。线路差动保护由于电磁干扰问题在雷雨天容易误动，因此未投入运行，直接威胁线路的安全运行。并且由单个电磁继电器组成的保护系统，接线复杂，可靠性差，出现故障不容易查找，往往影响机组的经济效益与运行。考虑到微机保护已经成熟，性能可靠，维护量小等优点，该厂决定对全厂电气保护进行升级改造，选用DP3000厂站自动化系统，实现电厂的监测、控制、继电保护和运行管理等功能。
2.项目实施方案
2.1系统结构
DP3000厂站自动化系统采用分层分布式模块化思想设计，系统分成两层：厂站层和间隔层，厂站层和间隔层通过以太网联接。充分考虑系统组态的灵活性，可根据现场和用户的不同需要实现不同的厂用电管理系统模式。
2.1.2 厂站层
DP3000厂站自动化系统厂站层包括：
DPS301M计算机监控系统
DPS301M厂站自动化监控系统是DP3000厂站自动化系统中的计算机监控管理单元。具有完善的SCADA功能。采用最新操作系统WIND。WS 2000 或WIND。WS NT，标准商用数据库（ACCESS，MS SQL SERVER，SYBASE等），和面向对象的三层模型（ActiveX），组成了功能强大、人机界面智能化、开放式体系结构的监控系统，并与INTERNET技术紧密相联。可以单机或多机运行。
DPR321CM通信管理装置
DPR321CM通信管理装置是DP3000厂站自动化系统的信息交换中心，支持不同的通信介质、通信接口和通信规约，实现计算机监控系统和间隔层设备之间的信息交换、与智能设备通讯接口、与远方调度的通讯接口等功能。
2.1.3间隔层
DP3000厂站自动化系统的间隔层设备按间隔分散式配置，可以直接就地分散安装，减少大量的二次电缆。各间隔层相互独立，仅通过通讯网络连接，并同厂站层通信。
2.1.4通讯网络
1） 以太网
DP3000厂站自动化系统一般采用以太网为站内通信的主干网。对于大型电厂，厂站层采用交换型集线器，将间隔层分为若干个子网，保证每个冲突域的节点数不致过多以
确保系统的响应速率。采用TCP/IP协议栈，在保证传输效率的前提下实现了通信系统的可靠性和兼容性。
2） CANBUS现场总线
DP3000厂站自动化系统仍然保留采用双CANBUS。可用于组成若干个子网，再经由DPR321CM的下位机模块桥接到站内主干网。或者用于与智能装置交换信息。
3）串行通信接口
DP3000厂站自动化系统的通信服务器具备多个串行通信接口，接口型式有RS485、RS232、RS422等。可用于对主站的信息传输（由DPR321CM的上位机模块实现）。或者用于与智能装置交换信息，由DPR321CM的下位机模块桥接到站内主干网。与主站、智能装置之间的通信，支持不同形式的通信规约。
2.2 系统改造方案
2.2.1发电机保护
发电机配置DPR301G型发电机保护装置
能够实现差动速断保护、比例制动式纵差保护、单元件横差保护、定子过电压保护、转子二点接地保护、复合电压（记忆式）过流保护等27项保护功能。
2.2.2主变保护
能够实现主变差动保护、主变高压侧阻抗保护、主变高压侧零序过流保护、主变高压侧非全相保护等9种保护功能。
2.2.3非电量保护及三相操作箱
DPR321P非电量保护及三相操作箱主要用于发电机、变压器等设备的非电量保护及110kV及以下断路器的操作回路。三相操作箱带压力闭锁及防跳功能。
2.2.4厂用变保护
采用DPR361T数字式厂用变压器保护装置，保护主要功能：
能够实现高压侧复合电压过流保护（2段4时限）、高压侧零序过流保护（2段）、高压侧过负荷、高压侧充电保护、高压侧低电压保护等12种保护功能。
2.2.5微机自动准同期装置。
DPR301AS型自动准同期装置特点如下：
1）准确测量并显示待并双方的电压和频率。
2）在压差和频差不合格的情况下能够发出长短不同的调节脉冲，使得待并双方的电压和频率快速逼近。调频和调压功能的投入与否由软件设定值。
3）在频差和压差合格时能够不断检测相位差，提前一恒定导前时间发出合闸脉冲，在频差和压差不合格时能够对合闸回路进行闭锁。
4）能够自动破坏同频不同相的现象，加快同期并列过程。
5）能够自动检测并显示断路器的合闸时间，并可根据需要进行修改或保存。
6）可以实现远方机组和现地自动准同期。
7）装置本身提供工频信号源，供模拟调试和试验用，其电压、频率可根据需要进行调整。 8）同期并列允许的压差、频差及调压、调频宽度参数可由键盘设定并保存。
9）具有PT断线和过压报警功能。
10）具有与上位机通讯的功能。
11）装置的软硬件均具有完善的自检措施，软硬件的任何故障都会使装置进入闭锁狀态。故障部位及性质可以在面板上显示。
2.2.6综合测控装置
DPR301MC综合测控装置为DP3000厂站自动化系统的测控单元，完成电厂内公用信息的采集及控制。
装置主要功能
交流测量（36路交流输入）、直流/变送器测量（6路直流输入）
遥信（容量80路）、遥控（容量24路双位遥控）通信（双以太网接口、双CAN接口，RS232接口）GPS硬件对时
2.2.7线路保护（光纤差动保护）
配置DPR321L型线路光纤差动保护装置。主要功能：
光纤分相电流差动；三段式电流保护，可选择经低压、方向闭锁；三段零序方向过流保护；加速段保护；过负荷；三相一次重合闸；低周、低压减载；TV断线判别；遥测、遥控、遥信；独立的操作回路及故障录波；GPS硬件对时及工业以太网通信接口
2.3施工方案
2.3.1先期工作由厂方和设备厂家进行方案研究。确定设备布置、电缆敷设、接线。为保证施工安全，决定在安装时全厂机组停运，工期为7天。
2.3.2施工时按电业安全规程、检修规程施工。同时严格执行两票三制。施工中严禁违章指挥、违章作业、违章施工。施工人员穿戴好电气防护用品，保证施工安全。
2.3.3施工必须符合电气设备安装验收规范规定，施工完成后，调试设备必须加强与运行生产系统联系，并使用经审定批准的试验方案或试送电方案，以保证生产系统的安全生产。
3. 改造前后对比
3.1原有屏占的空间大，改造后控制屏美观且占地小。
3.2改造后简化了维护工作
原有采用的继电器触点多，大大降低了保护的灵敏度和可靠性；调试、检修复杂，一般要停电才能进行，影响正常生产；没有灵活性，当CT变比改动后，保护定值修改要在继电器上调节，有时候还要更换；使用寿命太短，由于继电器线圈的老化直接影响保护的可靠动作。改造后不存在以上问题。
3.3改造后防雷性能增强
原有线路差动采用电缆传输信号，雷雨天容易产生电磁干扰引起误动，改造后采用光纤传输避免了该问题。原有继电器保护是直接和电器设备连接的，中间没有光电隔离，容易遭受雷击。改造后设备有光电隔离模块。
3.4微机保护优点：
3.4.1微机保护系统具备采集、监视、控制、自检查功能、通过一台设备可以发现：输电线路的故障，输电线路的负荷、自身的运行情况（当设备自身某种故障，微机保护通过自检功能，把故障进行呈现），采用计算机原理进行远程控制和监视。
3.4.2由于微机保护采用各种电力逻辑运算来实现保护功能，所以只需要采集线路上的电流电压，这样大大简化了接线。
3.4.3微机保护的保护出口、遥控出口、就地控制出口都是通过一组继电器动作的，所以非常可靠。
3.4.4微机保护采用计算机控制功能，保护定值、保护功能、保护手段采用程序逻辑，这样可以随时修改保护参数，修改保护功能，不用重新调试。
3.4.5微机保护还具备通讯功能，可以通过网络把用户所需要的各种数据传输到监控中心，进行集中调度。
3.4.6微机保护采用光电隔离技术，把所有采集上来的电信号统一形成光信号，这样有强电流攻击时候，设备可以建立自身保护机制。
3.4.7微机保护采用CPU进行数据处理，加大了数据处理速度。
3.4.8微机保护的寿命长，由于设备在正常状态处于休眠状态，只有程序实时运行，各个元器件的寿命大大加长。
3.4.9微机保护具备时钟同步功能，对于故障可以记录，采用故障录波的方式把故障记录下来，便于对故障的分析。
4.经济效益分析
4.1维护成本降低
微机保护从单套价来说比常规保护约贵些，但使用的电缆数量极少、屏柜少、特别是使用寿命长达25年、运行费用（管理费用、维护费用等）比常规保护降低60%，综合费用还是比常规保护少许多。
4.2减人提效
原有继电保护维护人员为4人，改造后维护人员减少为2人；运行人员由两人减少为1人。每年减少3人开销费用，每人按5万元计算，每年共节约15万元。
4.3安全效益
改造后机组安全运行得到提高，每年减少停电时间平均为70小时，年增发电量70万度。
5. 总结
电厂由传统电磁继电器式保护改造为微机保护后，系统的可靠性、经济效益都有显著提高。从管理上讲，新型监控系统更直观，全厂管理人员从网络上都可实施观察发电机组的运行情况。由于采用微机控制，设备元件大为减少，维护成本得到了降低。但是，微机保护维护人员的素质要求较高，为此我们加大了人员的培训力度。总体来讲改造比较成功，该工程的实施可为国内同类电厂电气自动化改造提供借鉴和帮助。
关键词：电气自动化；电厂；电气；微机保护；改造
【中图分类号】TM312
1.引言
济宁某自备电厂装机容量为2x6MW， 选用两台6MW中温中压抽汽凝汽式汽輪发电机组，配两台35T/H中温中压循环流化床煤泥锅炉。电气主接线为6KV单母线，共分三段，并通过两台隔离变线与系统并网运行。6KVⅠ段母线上接有：1#发电机1#联络线、1#厂用变、1#炉鼓风机、煤化工；6KVⅡ段母线上接有：2#发电机 2#联络线、2#厂用变、2#炉鼓风机；6KV0段母线上接有“0#”备变。原有电气保护方式为电磁继电器型，自建厂来已投入运行十多年。存在问题有运行维护工作量大、维护成本高，继电器接点易卡死、断线，接点接触不良。线路差动保护由于电磁干扰问题在雷雨天容易误动，因此未投入运行，直接威胁线路的安全运行。并且由单个电磁继电器组成的保护系统，接线复杂，可靠性差，出现故障不容易查找，往往影响机组的经济效益与运行。考虑到微机保护已经成熟，性能可靠，维护量小等优点，该厂决定对全厂电气保护进行升级改造，选用DP3000厂站自动化系统，实现电厂的监测、控制、继电保护和运行管理等功能。
2.项目实施方案
2.1系统结构
DP3000厂站自动化系统采用分层分布式模块化思想设计，系统分成两层：厂站层和间隔层，厂站层和间隔层通过以太网联接。充分考虑系统组态的灵活性，可根据现场和用户的不同需要实现不同的厂用电管理系统模式。
2.1.2 厂站层
DP3000厂站自动化系统厂站层包括：
DPS301M计算机监控系统
DPS301M厂站自动化监控系统是DP3000厂站自动化系统中的计算机监控管理单元。具有完善的SCADA功能。采用最新操作系统WIND。WS 2000 或WIND。WS NT，标准商用数据库（ACCESS，MS SQL SERVER，SYBASE等），和面向对象的三层模型（ActiveX），组成了功能强大、人机界面智能化、开放式体系结构的监控系统，并与INTERNET技术紧密相联。可以单机或多机运行。
DPR321CM通信管理装置
DPR321CM通信管理装置是DP3000厂站自动化系统的信息交换中心，支持不同的通信介质、通信接口和通信规约，实现计算机监控系统和间隔层设备之间的信息交换、与智能设备通讯接口、与远方调度的通讯接口等功能。
2.1.3间隔层
DP3000厂站自动化系统的间隔层设备按间隔分散式配置，可以直接就地分散安装，减少大量的二次电缆。各间隔层相互独立，仅通过通讯网络连接，并同厂站层通信。
2.1.4通讯网络
1） 以太网
DP3000厂站自动化系统一般采用以太网为站内通信的主干网。对于大型电厂，厂站层采用交换型集线器，将间隔层分为若干个子网，保证每个冲突域的节点数不致过多以
确保系统的响应速率。采用TCP/IP协议栈，在保证传输效率的前提下实现了通信系统的可靠性和兼容性。
2） CANBUS现场总线
DP3000厂站自动化系统仍然保留采用双CANBUS。可用于组成若干个子网，再经由DPR321CM的下位机模块桥接到站内主干网。或者用于与智能装置交换信息。
3）串行通信接口
DP3000厂站自动化系统的通信服务器具备多个串行通信接口，接口型式有RS485、RS232、RS422等。可用于对主站的信息传输（由DPR321CM的上位机模块实现）。或者用于与智能装置交换信息，由DPR321CM的下位机模块桥接到站内主干网。与主站、智能装置之间的通信，支持不同形式的通信规约。
2.2 系统改造方案
2.2.1发电机保护
发电机配置DPR301G型发电机保护装置
能够实现差动速断保护、比例制动式纵差保护、单元件横差保护、定子过电压保护、转子二点接地保护、复合电压（记忆式）过流保护等27项保护功能。
2.2.2主变保护
能够实现主变差动保护、主变高压侧阻抗保护、主变高压侧零序过流保护、主变高压侧非全相保护等9种保护功能。
2.2.3非电量保护及三相操作箱
DPR321P非电量保护及三相操作箱主要用于发电机、变压器等设备的非电量保护及110kV及以下断路器的操作回路。三相操作箱带压力闭锁及防跳功能。
2.2.4厂用变保护
采用DPR361T数字式厂用变压器保护装置，保护主要功能：
能够实现高压侧复合电压过流保护（2段4时限）、高压侧零序过流保护（2段）、高压侧过负荷、高压侧充电保护、高压侧低电压保护等12种保护功能。
2.2.5微机自动准同期装置。
DPR301AS型自动准同期装置特点如下：
1）准确测量并显示待并双方的电压和频率。
2）在压差和频差不合格的情况下能够发出长短不同的调节脉冲，使得待并双方的电压和频率快速逼近。调频和调压功能的投入与否由软件设定值。
3）在频差和压差合格时能够不断检测相位差，提前一恒定导前时间发出合闸脉冲，在频差和压差不合格时能够对合闸回路进行闭锁。
4）能够自动破坏同频不同相的现象，加快同期并列过程。
5）能够自动检测并显示断路器的合闸时间，并可根据需要进行修改或保存。
6）可以实现远方机组和现地自动准同期。
7）装置本身提供工频信号源，供模拟调试和试验用，其电压、频率可根据需要进行调整。 8）同期并列允许的压差、频差及调压、调频宽度参数可由键盘设定并保存。
9）具有PT断线和过压报警功能。
10）具有与上位机通讯的功能。
11）装置的软硬件均具有完善的自检措施，软硬件的任何故障都会使装置进入闭锁狀态。故障部位及性质可以在面板上显示。
2.2.6综合测控装置
DPR301MC综合测控装置为DP3000厂站自动化系统的测控单元，完成电厂内公用信息的采集及控制。
装置主要功能
交流测量（36路交流输入）、直流/变送器测量（6路直流输入）
遥信（容量80路）、遥控（容量24路双位遥控）通信（双以太网接口、双CAN接口，RS232接口）GPS硬件对时
2.2.7线路保护（光纤差动保护）
配置DPR321L型线路光纤差动保护装置。主要功能：
光纤分相电流差动；三段式电流保护，可选择经低压、方向闭锁；三段零序方向过流保护；加速段保护；过负荷；三相一次重合闸；低周、低压减载；TV断线判别；遥测、遥控、遥信；独立的操作回路及故障录波；GPS硬件对时及工业以太网通信接口
2.3施工方案
2.3.1先期工作由厂方和设备厂家进行方案研究。确定设备布置、电缆敷设、接线。为保证施工安全，决定在安装时全厂机组停运，工期为7天。
2.3.2施工时按电业安全规程、检修规程施工。同时严格执行两票三制。施工中严禁违章指挥、违章作业、违章施工。施工人员穿戴好电气防护用品，保证施工安全。
2.3.3施工必须符合电气设备安装验收规范规定，施工完成后，调试设备必须加强与运行生产系统联系，并使用经审定批准的试验方案或试送电方案，以保证生产系统的安全生产。
3. 改造前后对比
3.1原有屏占的空间大，改造后控制屏美观且占地小。
3.2改造后简化了维护工作
原有采用的继电器触点多，大大降低了保护的灵敏度和可靠性；调试、检修复杂，一般要停电才能进行，影响正常生产；没有灵活性，当CT变比改动后，保护定值修改要在继电器上调节，有时候还要更换；使用寿命太短，由于继电器线圈的老化直接影响保护的可靠动作。改造后不存在以上问题。
3.3改造后防雷性能增强
原有线路差动采用电缆传输信号，雷雨天容易产生电磁干扰引起误动，改造后采用光纤传输避免了该问题。原有继电器保护是直接和电器设备连接的，中间没有光电隔离，容易遭受雷击。改造后设备有光电隔离模块。
3.4微机保护优点：
3.4.1微机保护系统具备采集、监视、控制、自检查功能、通过一台设备可以发现：输电线路的故障，输电线路的负荷、自身的运行情况（当设备自身某种故障，微机保护通过自检功能，把故障进行呈现），采用计算机原理进行远程控制和监视。
3.4.2由于微机保护采用各种电力逻辑运算来实现保护功能，所以只需要采集线路上的电流电压，这样大大简化了接线。
3.4.3微机保护的保护出口、遥控出口、就地控制出口都是通过一组继电器动作的，所以非常可靠。
3.4.4微机保护采用计算机控制功能，保护定值、保护功能、保护手段采用程序逻辑，这样可以随时修改保护参数，修改保护功能，不用重新调试。
3.4.5微机保护还具备通讯功能，可以通过网络把用户所需要的各种数据传输到监控中心，进行集中调度。
3.4.6微机保护采用光电隔离技术，把所有采集上来的电信号统一形成光信号，这样有强电流攻击时候，设备可以建立自身保护机制。
3.4.7微机保护采用CPU进行数据处理，加大了数据处理速度。
3.4.8微机保护的寿命长，由于设备在正常状态处于休眠状态，只有程序实时运行，各个元器件的寿命大大加长。
3.4.9微机保护具备时钟同步功能，对于故障可以记录，采用故障录波的方式把故障记录下来，便于对故障的分析。
4.经济效益分析
4.1维护成本降低
微机保护从单套价来说比常规保护约贵些，但使用的电缆数量极少、屏柜少、特别是使用寿命长达25年、运行费用（管理费用、维护费用等）比常规保护降低60%，综合费用还是比常规保护少许多。
4.2减人提效
原有继电保护维护人员为4人，改造后维护人员减少为2人；运行人员由两人减少为1人。每年减少3人开销费用，每人按5万元计算，每年共节约15万元。
4.3安全效益
改造后机组安全运行得到提高，每年减少停电时间平均为70小时，年增发电量70万度。
5. 总结
电厂由传统电磁继电器式保护改造为微机保护后，系统的可靠性、经济效益都有显著提高。从管理上讲，新型监控系统更直观，全厂管理人员从网络上都可实施观察发电机组的运行情况。由于采用微机控制，设备元件大为减少，维护成本得到了降低。但是，微机保护维护人员的素质要求较高，为此我们加大了人员的培训力度。总体来讲改造比较成功，该工程的实施可为国内同类电厂电气自动化改造提供借鉴和帮助。