杜培華 山東恒通化工股份有限公司熱電廠
摘要：哈爾濱泛微電子工程有限公司的NPS-2000變電站自動化系統(tǒng)采用先進的分層分布、開放式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，集保護、遙控、遙測、遙信、遙調(diào)五大功能于一身，實現(xiàn)了電廠、變電站微機綜合自動化。系統(tǒng)硬、軟件配置穩(wěn)定性好，可靠性高，開放性好，實時性強，技術(shù)先進，使用維護方便。在熱電廠的成功應(yīng)用表明：NPS-2000變電站自動化系統(tǒng)特別適合6KV～500KV各種電壓等級變電站及發(fā)電廠綜合自動化系統(tǒng)的應(yīng)用。
關(guān)鍵詞：變電站自動化系統(tǒng) 系統(tǒng)功能 分層分布 可靠性 穩(wěn)定性 運行維護 應(yīng)用效果
山東恒通化工股份有限公司熱電廠現(xiàn)有裝機容量3×15+2×60MW,年發(fā)電量15億kwh，供蒸汽200萬噸，是公司30萬噸尿素、25萬噸燒堿、10萬噸雙氧水和PVC生產(chǎn)能力的熱能動力中心。自95年建廠以來，鍋爐和汽機采用霍尼威爾公司的DCS控制系統(tǒng)，電氣仍采用傳統(tǒng)的控制保護系統(tǒng)，已不能滿足公司蒸汽和負荷自動調(diào)節(jié)和控制的需要，經(jīng)多方論證和比較，我們選用了哈爾濱泛微電子工程有限公司的NPS-2000變電站自動化系統(tǒng)。
一、 NPS-2000變電站自動化系統(tǒng)概述
NPS-2000變電站自動化系統(tǒng)是阿繼集團哈爾濱泛微電子工程有限公司推出的新一代多功能產(chǎn)品，采用網(wǎng)絡(luò)化設(shè)計思想,集監(jiān)視、控制、繼電保護、計量等功能于一體，在穩(wěn)定性、實時性、網(wǎng)絡(luò)化、現(xiàn)場總線技術(shù)運用、監(jiān)控系統(tǒng)面向?qū)ο蠹夹g(shù)等方面均達到國內(nèi)先進水平。為6KV～500KV各種電壓等級、發(fā)電廠及變電站綜合自動化系統(tǒng)提供了全面整體的解決方案。
二、 NPS2000變電站自動化系統(tǒng)在熱電廠的應(yīng)用
1、選用原則
1.1可靠性
系統(tǒng)選用成熟穩(wěn)定的軟、硬件平臺和開發(fā)工具，在編程過程中采用面向?qū)ο蠹夹g(shù)、成熟的算法和軟件容錯技術(shù)，系統(tǒng)的可靠性高。
1.2開放性
采用開放式、網(wǎng)絡(luò)化的分層分布式結(jié)構(gòu)，具有良好的開放性能，可與各種微機保護、直流系統(tǒng)、小電流接地裝置、自動準同期裝置等智能設(shè)備通信接口。
1.3 實時性
在硬件選擇和軟件設(shè)計上充分保證系統(tǒng)的實時性及抗干擾能力。采用ActiveX控件技術(shù)，使系統(tǒng)在基于WEB的傳送中，只需傳送少量的變化數(shù)據(jù)即可，使得系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸量大大減少，數(shù)據(jù)實時刷新率高。
1.4維護、升級性
系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計，便于系統(tǒng)的維護和升級。可配置從單節(jié)點到多節(jié)點不同規(guī)模的網(wǎng)絡(luò),在廠站級構(gòu)成的各工作站之間實現(xiàn)資料共享,還可以實現(xiàn)對系統(tǒng)的遠程診斷、維護。
2、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
系統(tǒng)采用分層分布、開放式結(jié)構(gòu)，按縱向分為站級控制層、前置數(shù)據(jù)管理層和間隔測控層。主要結(jié)構(gòu)如下圖：
站級控制層設(shè)備采用分層分布、開放式、面向?qū)ο蟮脑O(shè)計。主機系統(tǒng)為調(diào)度站、就地站及工程師站的多機設(shè)置方式，各廠站級可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享和遠程診斷與維護等功能；主干網(wǎng)為單Ethernet網(wǎng)總線型網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)。上位機基于Windows2000操作平臺，利用Wonderware Intouch8.0組態(tài)軟件，組態(tài)完成站內(nèi)監(jiān)控功能，全面提供設(shè)備狀態(tài)、監(jiān)視及控制保護信息的記錄與分析等功能。
前置數(shù)據(jù)管理層采用貝加萊公司生產(chǎn)的可編程計算機控制器PCC來完成數(shù)據(jù)采集及其預(yù)處理。它集成了工業(yè)控制機（IPC）及計算機集散控制系統(tǒng)（DCS）以及可編程邏輯控制器（PLC）的標準控制功能于一體，使之成為一個分時多任務(wù)操作系統(tǒng)，智能的分布式控制、基于標準化的開放性、兼容性、通用性以及高度專業(yè)化的融合，使其功能更加卓越。
站級控制層和前置數(shù)據(jù)管理層間通訊的信息量大、開放性要求高,采用快速以太網(wǎng)通訊，通訊媒介占用控制方式為載波監(jiān)聽多路訪問/沖突檢測(CSMA/CD)方式，遵循TCP/IP通信協(xié)議規(guī)范。
前置數(shù)據(jù)管理層與間隔層通訊由于信息量相對較小，通訊速率要求不高，采用PROFIBUS現(xiàn)場總線和RS485網(wǎng)絡(luò)。通信媒介為屏蔽雙絞線，通訊控制方式為主從問答方式，采用CDT451協(xié)議、IEC870-5-103協(xié)議和DNP3.0協(xié)議等通信規(guī)約。實現(xiàn)收集各個智能單元和綜合設(shè)備的上傳信息,并下傳控制命令及定值參數(shù)等。
間隔層設(shè)備包括測控、保護單元等部分。繼電保護部分采用ALSTOM公司生產(chǎn)的微機型繼電保護裝置，如 MiCom P120系列 數(shù)字式過電流保護裝置
MiCom P140系列 數(shù)字式饋線管理保護裝置
MiCom P220系列 數(shù)字式電機綜合保護與控制裝置
MiCom P340系列 數(shù)字式發(fā)電機綜合保護裝置
MiCom P630系列 數(shù)字式縱聯(lián)差動保護裝置
MiCom P920系列 數(shù)字式電壓綜合保護裝置
該類裝置具有強大的保護、控制、數(shù)據(jù)采集、測量、運行參數(shù)記錄、故障記錄、事件記錄、故障錄波等功能。除實現(xiàn)有選擇的快速切除被保護組件各種形式的短路故障外，還與監(jiān)控系統(tǒng)保持密切的通信聯(lián)系，以便于操作人員實時了解各類保護單元的工作狀況。
測控部分采用加拿大Power Mesurement Ltd公司的ION6200系列數(shù)字式電能表，體積小，精度高，功能強大，可實現(xiàn)系統(tǒng)測量、各相測量、需量測量、峰值需量測量等功能，并可與PCC通訊上傳測量數(shù)據(jù)。
這三個層次的自動化方案充分利用計算機計算速度快、信息存儲量大的優(yōu)勢，實時采集各種運行信息并按預(yù)定策略調(diào)整定值、跟蹤調(diào)節(jié)自起動負荷或按繼電保護和控制要求進行實時控制，各種信息和上級調(diào)度命令通過通信技術(shù)實現(xiàn)信息的上傳或下發(fā)。同時將發(fā)變組保護、發(fā)電機勵磁系統(tǒng)、自動準同期系統(tǒng)（ASS）、自動電壓調(diào)整裝置（AVR），以及滅磁開關(guān)、發(fā)電機出口斷路器等有機地組織起來構(gòu)成完善的ECS系統(tǒng)，使ECS實現(xiàn)高層次的邏輯控制功能和數(shù)據(jù)管理。
3、系統(tǒng)功能
3.1 實時數(shù)據(jù)采集：
遙測：電廠電氣設(shè)備運行的各種實時數(shù)據(jù)，如發(fā)電機電壓電流、母線電壓、線路電流、變壓器溫度、功率、頻率等；
遙信：斷路器位置、刀閘位置、變壓器分接頭位置、瓦斯信號、各種事故及報警信號；
3.2數(shù)據(jù)統(tǒng)計和處理：
限值監(jiān)視和報警處理：多種限值、多種報警級別、多種告警方式、告警閉鎖和解除；
遙信信號監(jiān)視和處理：遙信變位次數(shù)統(tǒng)計、變位告警；
運行數(shù)據(jù)計算和統(tǒng)計：電量累加、分時統(tǒng)計、運行日報、月報、最大值、最小值、負荷率、電壓合格率統(tǒng)計；
3.3操作控制：斷路器及刀閘的分合；變壓器分接頭調(diào)節(jié)；發(fā)電機調(diào)壓調(diào)速等.
3.4運行記錄：遙測越限記錄、遙信變位記錄、SOE事件記錄、設(shè)備投停記錄、遙控遙調(diào)操作記錄、保護定值修改記錄。
3.5保護信息：保護定值顯示及修改、保護運行狀態(tài)監(jiān)視、保護動作信息、自檢信息、保護故障錄波波形及事件記錄。
3.6人機界面：電氣主接線圖，實時數(shù)據(jù)畫面顯示，實時數(shù)據(jù)曲線顯示，畫面調(diào)用方式有菜單和導(dǎo)航圖，各種參數(shù)在線設(shè)置和修改，畫面拷貝和報表打印，各種記錄打印。
3.7歷史數(shù)據(jù): 定期地將處理后的數(shù)據(jù)保留入歷史數(shù)據(jù)庫，以供趨勢分析、統(tǒng)計計算用。歷史數(shù)據(jù)采樣頻率及存儲期限用戶可自己設(shè)定，根據(jù)需要還可以進行轉(zhuǎn)儲、備份。
3.8報表功能:根據(jù)實際需要組織報表格式、數(shù)量及打印時間。可以自動或在線生成日報、月報、年報等各類報表。可隨時打印，也可設(shè)置打印時間，到時自動打印。提供歷史報表召喚、打印。
3.9棒圖、趨 勢 圖顯示:可隨意在線組織棒圖、趨勢圖，可以是電壓、電流、功率等模擬量，以觀察實時及歷史趨勢。
3.10事件管理:用戶能夠監(jiān)視和管理整個系統(tǒng)發(fā)生的事件，包括保護動作，報警及站內(nèi)其它事件,并可以設(shè)定存儲期限。
3.11報警及事件查詢:用戶能夠按時間、事件性質(zhì)及開關(guān)號查詢系統(tǒng)發(fā)生的事件。事件記錄存儲時間根據(jù)需要設(shè)定。
3.12操作員管理:對能夠進入系統(tǒng)的工作人員分級，不同級別人員只能進入相應(yīng)安全級別，進行相應(yīng)級別操作；同時對其所進行操作進行記錄存檔。
3.13 GPS校時功能：提供網(wǎng)絡(luò)方式GPS硬件對時。GPS裝置只需給出一副接點，通過一個網(wǎng)絡(luò)，即可對所有設(shè)備提供硬件對時。
3.14電壓無功控制功能：以手動或自動方式進行電壓無功控制VQC。
3.15小電流接地選線功能：發(fā)生小電流單相接地時，系統(tǒng)自動報警并顯示出接地的線路及相別。
3.16系統(tǒng)自診斷與自恢復(fù)功能。
3.17保護功能：主設(shè)備或每條線路配備獨立的保護裝置，各單元間無直接電氣聯(lián)系。保護裝置具有保護、控制、數(shù)據(jù)采集、測量、運行參數(shù)記錄、故障記錄、事件記錄、故障錄波等功能。具有強大的自檢功能，其自診程序可以方便準確地顯示故障原因。可實現(xiàn)就地/遠方定值整定功能。
4. 應(yīng)用效果
NPS-2000變電站自動化系統(tǒng)自2000年在我廠3#機組投運以來，系統(tǒng)運行穩(wěn)定，連續(xù)工作時間長，利用率高，為安全生產(chǎn)提供了可靠的保障。后來又在4#、5#（60MW）機組中使用,三臺機組之間通過網(wǎng)絡(luò)通訊,為系統(tǒng)調(diào)度提供實時信息和決策支持。系統(tǒng)的高可靠性、高穩(wěn)定性使維護的工作量日趨減少，基本上達到免維護的要求，取得較好的應(yīng)用效果：
4.1 減少了運行值班人員，改善了工作環(huán)境，為實現(xiàn)無人值班創(chuàng)造有利條件。
4.2 自動化系統(tǒng)采集的信息量大，實時性強，分辨率高，故障、事故、越限、狀態(tài)變化等報警和歷史事件能自動記錄和打印，并能分辨出各種操作和保護的動作順序及時間，為及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備缺陷，避免設(shè)備事故的發(fā)生起到重要作用；為事故情況下原因分析及消除隱患提供充分的依據(jù)。
4.3 對于值班人員的任何操作，系統(tǒng)都嚴格檢查命令的合法性和閉鎖條件，拒絕執(zhí)行非法命令和不滿足閉鎖條件的操作指令，對于滿足條件的操作，還須確認以后才執(zhí)行操作，從根本上杜絕了誤操作。
4.4 微機保護裝置準確率高，靈敏性好，故障發(fā)生的位置、類型可直觀、準確的顯示，為及時事故處理提供可靠支持，避免事故的擴大。
4.5 微機保護裝置比常規(guī)控制保護設(shè)備體積小、占地少，節(jié)省控制室占地面積，節(jié)約了成本，提高了經(jīng)濟效益。
三、 NPS2000變電站自動化系統(tǒng)的運行維護
1. 數(shù)據(jù)備份:可定期將工程數(shù)據(jù)進行備份。例如將工程文件夾(C:\***_Project)和歷史數(shù)據(jù)記錄文件夾（D:\lgh）中的所有文件拷貝出來，以便需要時從備份中獲取數(shù)據(jù)。
2.數(shù)據(jù)恢復(fù):在操作系統(tǒng)和Intouch軟件正常運行時，如果出現(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)運行不正常，可將備份文件拷貝到相應(yīng)文件夾進行數(shù)據(jù)恢復(fù)。注意：在系統(tǒng)不正常期間可能丟失一些歷史數(shù)據(jù)。若判斷組態(tài)軟件出問題則可將組態(tài)軟件卸載并重新安裝。
3.監(jiān)控系統(tǒng)的運行維護：定期打開任務(wù)管理器查看系統(tǒng)的運行情況如內(nèi)存使用，CPU占用率，并作記錄。及時終止除OPCLink、Histdata、Intouch8.0 View三個正常運行程序外的其他任務(wù)，防止系統(tǒng)運行速度變慢。
4.上位機與下位機PCC通訊故障的處理
在一般情況下系統(tǒng)可自動恢復(fù)。如果不能自動恢復(fù)，檢查發(fā)現(xiàn)下位機Error燈亮，可按將其停電，大約30秒后再給電。如果下位機Run燈是亮的，可以登陸系統(tǒng)管理員，在Windows任務(wù)管理器中，使用PING命令測試網(wǎng)絡(luò)的連接情況，如Ping 192.168.0.99（PCC的IP地址）。如果網(wǎng)絡(luò)不通則檢查交換機、網(wǎng)線等設(shè)備和網(wǎng)線連接情況，直至故障排除。
5.下位機與測控、保護裝置通訊故障的處理
當上位機報警提示某臺保護裝置通訊故障時，首先檢查保護裝置運行是否正常、是否失電、保護單元的設(shè)置是否被改動；若都正常的情況下，再檢查下位機到保護單元的通訊接線（連接介質(zhì)是帶屏蔽的兩芯或三芯絞線電纜）是否斷開短路、RS232\RS485轉(zhuǎn)換器是否正常等。最后檢查下位機自身是否有問題。智能電度表、小電流接地系統(tǒng)、直流電源系統(tǒng)與下位機出現(xiàn)通訊故障時處理與以上相同。
四、 結(jié)束語
NPS-2000變電站自動化系統(tǒng)在硬件上采用分層分布式結(jié)構(gòu)，在軟件上采用了面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計方法，使整個系統(tǒng)組態(tài)靈活、人機界面友好、功能齊全、使用方便、維護簡單。特別是將發(fā)變組保護、發(fā)電機勵磁系統(tǒng)、自動準同期系統(tǒng)（ASS）、自動電壓調(diào)整裝置（AVR），以及滅磁開關(guān)、發(fā)電機出口斷路器等有機地組織起來構(gòu)成完善的ECS系統(tǒng)，提高了電廠的綜合自動化水平。同時根據(jù)多年投運情況表明，系統(tǒng)的設(shè)計是合理的，在熱電廠采用以微機監(jiān)控為主、簡化常規(guī)操作為輔的模式是可行的。對于采用傳統(tǒng)繼電保護的熱電廠二次設(shè)備技術(shù)改造及新建很具推廣價值。
作者簡介：杜培華，男，1971年出生，本科，現(xiàn)負責熱電廠微機監(jiān)控與保護系統(tǒng)的運行與維護。
