某炼化装置10kV变电所的自动化技术应用

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【摘 要】 自动化控制技术的发展日新月异，建设数字化、综合自动化变电所是今后各级变电站技术的发展方向，微机继电保护与监控技术将越来越多的应用于其控制系统中。本文结合某炼化装置变电所的具体实例，阐述了变电所监控系统的构成和实施方案。

【关键词】 变电所 监控系统 微机继电保护 SCADA 自动化

1 引言

随着工业生产的智能化、自动化、效率化以及安全化发展。相应的对工厂供电系统的自动化程度也提出了更高要求。PLC（可编程序控制器）、微机继电保护、HMI（人机交互界面）、马达保护器、ECS（通讯监控系统）等新型仪器设备被大量的应用到供配电系统当中。从而使得企业10kv电力系统的自动化程度有了很大提高，可以实现远端控制中心（SCADA）遥测、遥信、遥控、遥调的四摇功能。

控制网络技术采用分散式技术，可以实现继电保护、控制、监测、数据处理、防误闭锁，并实现信息记录和报表打印。远端SCADA或上级变电所可以对10kV变电所内设备进行实时监控、测量、保护、改变定值、紧急停车，实现无人值守。

2 10kV变电站的综合自动化组成

2.1 软件构成

监控软件采用集成化保护监控系统软件。高压一次设备监控元件，采用集计算机技术、电力自动化技术、通讯技术于一体的施耐德Sepam40型微机继电保护器，监控单元直接安装在10kV开关柜面板上，实现保护、测量、控制、监测、通讯等各种功能。Sepam40型微机继电保护通过通讯接口以现场总线的形式和上位机相连，将底层信息上传至监控主机。0.4kV低压智能仪表，包括马达保护器、智能电度仪表在内，通过RS485通讯接口以现场总线的形式和上位机相连，将底层信息上传至监控主机，最终在监控主机上以软件组态形式形成直观监控画面。

2.2 硬件构成

10kV变电所包括：10kV开关柜微机机电保护器、0.4kV配电柜马达保护器、0.4kV配电柜智能电度仪表、通讯服务器。

主控制室包括：监控电脑主机、通讯服务器。

2.3 系统框图（见图1）

3 10kV变电所的综合自动化系统结构及其组件的主要功能

10kV变电所的综合自动化系统分为：现场级控制层（测量、控制、和保护单元）、站级控制层（主管理机和监控后台机系统）。现场级控制层采用分层分布式结构：按间隔划分，单元化设计，分布式处理。各间隔级单元相互独立，不依赖于计算机，增强系统的可靠性。站级控制层在完成保护任务的基础上，现场级控制层和站级控制层通过双环路通讯网络进行数据信号的传输，并通过通讯接口与监控中心和上级变电所调度系统实现数据和信息交换，最终实现上级监控系统对10kV变配电系统的四遥功能。

3.1 现场级控制层

该10kV变电所的现场级控制层自动化设备满足运行可靠，免维护使用，同时又能满足自动化设计的要求。通过现场RS485总线，连接到变电所内的每个Sepam40微机型继电保护器、马达保护器、多功能智能仪表等智能终端的通讯管理模块，再经过总线与监控主机连接，构成10kV变电站综合自动化系统。

3.1.1 Sepam40型微机继电保护器

（1）保护配置。10kV进线柜配置：电流速断、定时限过流、备用电源自投、控制回路断线等；10kV母联柜配置：电流速断、定时限过流、控制回路断线等；变压器馈出柜配置：电流速断、定时限过流、温度保护、零序过流保护、接地告警、控制回路断线等；电动机馈出柜配置：电流速断、定时限过流、接地故障保护、零序过流保护、低负载保护等。

（2）控制功能。Sepam40的软件系统提供了逻辑编辑器功能，可实现备自投、功率因数自动补偿、变压器分接头自动调节、PT自动切换、控制连锁/联动、防越级跳闸、断路器失灵保护及柜内温湿度自动控制。

配断路器操作接口，包括：断路器遥控/本地操作及闭锁、分/合闸线圈保护、拒动信号输出、外部联动控制等。

对运行设备进行全方位保护、避免设备误动作，确保设备的安全可靠运行。

（3）监视功能。包括监视断路器位置（合闸、分闸、试验）、接地刀位置、隔离刀位置；CT/PT断线、控制电源失电告警、合闸/跳闸告警回路断线告警、接地故障告警、起动超时告警等告警功能的监视；变压器温度/瓦斯信号、断路器连锁信号等接点信号的监视。

3.1.2 马达保护器

0.4kV低压配电系统也是该装置10kV变电所的的重要组成部分。0.4kV配电柜的每个电机回路上都配备了施耐德LTMR型马达保护器，可以对装置现场的三相鼠笼式电动机进行保护、测量和监视，满足对于持续和批量的过程控制中的电机控制和保护需求。

LTMR型马达保护器的电压保护功能中还包含自动重启（降压管理）功能。当电机的工作电压发生降压，电压值下降到所设定的故障值之下，则自动关闭电机；在立即重起时间阈值之内，电压恢复到所设定的重起阈值，将立即自动重起电机。该功能可有效应对0.4kV配电柜母线电压不稳或晃电等情况，确保装置重要设备的电机能够持续、平稳的运行，无需人工手动复位。

LTMR型马达保护器的前面板提供了Modbus通讯接口，同样可通过RS485现场总线将多台马达保护器进行串接。最终将实时数据通过光纤传输至监控中心的后台主机，实现远端的监视及控制。

3.1.3 智能电度仪表

0.4kV低压母联柜和进线柜配备施耐德PM200MG型智能电度仪表。PM200MG智能电度仪表测量功能包括：电压、电流、有功功率、无功功率、视在功率、频率、功率因数等。监视功能包括：电流、电压谐波含量2次至31次谐波和总谐波含量。

该设备可应用于不需要遥控电操分合的回路，具备RS485/Modbus通讯接口，通过RS485现场总线，可将检测到的数据传输至监控系统主机。

3.2 站级控制层

站级控制层主要指的是监控系统主站，该装置监控系统主站由计算机、通讯服务器、UPS（不间断电源）组成。硬件采用高性能高可靠性的戴尔工业机，系统软件采用Microsoft Windows NT/XP操作系统。监控主机的应用软件采用SCADA-NT集成化保护监控系统平台，具有强大的可组态能力，对现场级控制层的各种智能化设备具有完全的访问和控制能力。

监控系统主站的主要功能包括：（1）与现场级控制层的微机继电保护器、马达保护器、智能电度仪表等自动化设备之间实现通讯互连；（2）接收各自动化化设备采集到的遥测值（如：电流、电压）、遥信状态（如：断路器的分合状态），并进行统计、保存。通过通讯、组态，最终直观的显示在监控计算机屏幕上；（3）发送控制操作命令，并通过自动化设备的出口继电器来控制各可控断路器的分合闸；通过在监控主机上输入管理员账户名和密码，可实现对各自动化设备保护投退的远程设置和保护定值的远方整定，包括其它可设置参数的远方修改；（4）现场级控制层和站级控制层的自动化设备均遵循Modbus通讯规约，通过RS485物理链路、光纤物理链路构成双环路通信网络。

基于Microsoft Windows NT/XP的SCADA-NT集成化保护监控系统平台处于系统的站控级层。监控系统从分析、设计到具体编程，融合计算机编程技术。使用SCADA-NT监控系统平台可以加快应用开发的速度，降低项目实施和运行维护的费用，做到“人与设备的有机结合”。

4 结语

电力自动化技术近些年来发展迅速，涉及电力、通讯、计算机、网络等方面，相对较复杂，在实施过程中需要各专业人员密切配合才能很好的完成。以工控组态软件为核心的监控系统，具有人机界面友好，易于操作、便于更改、扩充、升级等优点，是进行现代化工业控制的一个发展方向。

电力自动化系统的投用，实现了对该炼化装置10kV变电站内运行设备各参数的在线实时监测与控制，明确了各相关职能部门的工作和责任，对变电站的系统化管理、装置的安全、可靠运行起到了良好作用。

参考文献：

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