杜培华 山东恒通化工股份有限公司热电厂

　　摘要：哈尔滨泛微电子工程有限公司的NPS-2000变电站自动化系统采用先进的分层分布、开放式系统结构，集保护、遥控、遥测、遥信、遥调五大功能于一身，实现了电厂、变电站微机综合自动化。系统硬、软件配置稳定性好，可靠性高，开放性好，实时性强，技术先进，使用维护方便。在热电厂的成功应用表明：NPS-2000变电站自动化系统特别适合6KV～500KV各种电压等级变电站及发电厂综合自动化系统的应用。
　　关键词：变电站自动化系统 系统功能 分层分布 可靠性 稳定性 运行维护 应用效果 

　　山东恒通化工股份有限公司热电厂现有装机容量3×15+2×60MW,年发电量15亿kwh，供蒸汽200万吨，是公司30万吨尿素、25万吨烧碱、10万吨双氧水和PVC生产能力的热能动力中心。自95年建厂以来，锅炉和汽机采用霍尼威尔公司的DCS控制系统，电气仍采用传统的控制保护系统，已不能满足公司蒸汽和负荷自动调节和控制的需要，经多方论证和比较，我们选用了哈尔滨泛微电子工程有限公司的NPS-2000变电站自动化系统。
一、 NPS-2000变电站自动化系统概述
　　NPS-2000变电站自动化系统是阿继集团哈尔滨泛微电子工程有限公司推出的新一代多功能产品，采用网络化设计思想,集监视、控制、继电保护、计量等功能于一体，在稳定性、实时性、网络化、现场总线技术运用、监控系统面向对象技术等方面均达到国内先进水平。为6KV～500KV各种电压等级、发电厂及变电站综合自动化系统提供了全面整体的解决方案。
二、 NPS2000变电站自动化系统在热电厂的应用
1、选用原则
1.1可靠性
　　系统选用成熟稳定的软、硬件平台和开发工具，在编程过程中采用面向对象技术、成熟的算法和软件容错技术，系统的可靠性高。
1.2开放性
　　采用开放式、网络化的分层分布式结构，具有良好的开放性能，可与各种微机保护、直流系统、小电流接地装置、自动准同期装置等智能设备通信接口。
1.3 实时性
　　在硬件选择和软件设计上充分保证系统的实时性及抗干扰能力。采用ActiveX控件技术，使系统在基于WEB的传送中，只需传送少量的变化数据即可，使得系统数据传输量大大减少，数据实时刷新率高。
1.4维护、升级性
　　系统采用模块化设计，便于系统的维护和升级。可配置从单节点到多节点不同规模的网络,在厂站级构成的各工作站之间实现资料共享,还可以实现对系统的远程诊断、维护。
2、系统结构
　　系统采用分层分布、开放式结构，按纵向分为站级控制层、前置数据管理层和间隔测控层。主要结构如下图：
　　站级控制层设备采用分层分布、开放式、面向对象的设计。主机系统为调度站、就地站及工程师站的多机设置方式，各厂站级可以实现数据共享和远程诊断与维护等功能；主干网为单Ethernet网总线型网络拓扑结构。上位机基于Windows2000操作平台，利用Wonderware Intouch8.0组态软件，组态完成站内监控功能，全面提供设备状态、监视及控制保护信息的记录与分析等功能。

　　前置数据管理层采用贝加莱公司生产的可编程计算机控制器PCC来完成数据采集及其预处理。它集成了工业控制机（IPC）及计算机集散控制系统（DCS）以及可编程逻辑控制器（PLC）的标准控制功能于一体，使之成为一个分时多任务操作系统，智能的分布式控制、基于标准化的开放性、兼容性、通用性以及高度专业化的融合，使其功能更加卓越。
　　站级控制层和前置数据管理层间通讯的信息量大、开放性要求高,采用快速以太网通讯，通讯媒介占用控制方式为载波监听多路访问/冲突检测(CSMA/CD)方式，遵循TCP/IP通信协议规范。
前置数据管理层与间隔层通讯由于信息量相对较小，通讯速率要求不高，采用PROFIBUS现场总线和RS485网络。通信媒介为屏蔽双绞线，通讯控制方式为主从问答方式，采用CDT451协议、IEC870-5-103协议和DNP3.0协议等通信规约。实现收集各个智能单元和综合设备的上传信息,并下传控制命令及定值参数等。
　　间隔层设备包括测控、保护单元等部分。继电保护部分采用ALSTOM公司生产的微机型继电保护装置，如 MiCom P120系列 数字式过电流保护装置
MiCom P140系列 数字式馈线管理保护装置
MiCom P220系列 数字式电机综合保护与控制装置
MiCom P340系列 数字式发电机综合保护装置
MiCom P630系列 数字式纵联差动保护装置
MiCom P920系列 数字式电压综合保护装置
　　该类装置具有强大的保护、控制、数据采集、测量、运行参数记录、故障记录、事件记录、故障录波等功能。除实现有选择的快速切除被保护组件各种形式的短路故障外，还与监控系统保持密切的通信联系，以便于操作人员实时了解各类保护单元的工作状况。
　　测控部分采用加拿大Power Mesurement Ltd公司的ION6200系列数字式电能表，体积小，精度高，功能强大，可实现系统测量、各相测量、需量测量、峰值需量测量等功能，并可与PCC通讯上传测量数据。
这三个层次的自动化方案充分利用计算机计算速度快、信息存储量大的优势，实时采集各种运行信息并按预定策略调整定值、跟踪调节自起动负荷或按继电保护和控制要求进行实时控制，各种信息和上级调度命令通过通信技术实现信息的上传或下发。同时将发变组保护、发电机励磁系统、自动准同期系统（ASS）、自动电压调整装置（AVR），以及灭磁开关、发电机出口断路器等有机地组织起来构成完善的ECS系统，使ECS实现高层次的逻辑控制功能和数据管理。
3、系统功能
3.1 实时数据采集：
　　遥测：电厂电气设备运行的各种实时数据，如发电机电压电流、母线电压、线路电流、变压器温度、功率、频率等；
　　遥信：断路器位置、刀闸位置、变压器分接头位置、瓦斯信号、各种事故及报警信号；
3.2数据统计和处理：
　　限值监视和报警处理：多种限值、多种报警级别、多种告警方式、告警闭锁和解除；
遥信信号监视和处理：遥信变位次数统计、变位告警；
　　运行数据计算和统计：电量累加、分时统计、运行日报、月报、最大值、最小值、负荷率、电压合格率统计；
3.3操作控制：断路器及刀闸的分合；变压器分接头调节；发电机调压调速等.
3.4运行记录：遥测越限记录、遥信变位记录、SOE事件记录、设备投停记录、遥控遥调操作记录、保护定值修改记录。
3.5保护信息：保护定值显示及修改、保护运行状态监视、保护动作信息、自检信息、保护故障录波波形及事件记录。
3.6人机界面：电气主接线图，实时数据画面显示，实时数据曲线显示，画面调用方式有菜单和导航图，各种参数在线设置和修改，画面拷贝和报表打印，各种记录打印。
3.7历史数据: 定期地将处理后的数据保留入历史数据库，以供趋势分析、统计计算用。历史数据采样频率及存储期限用户可自己设定，根据需要还可以进行转储、备份。
3.8报表功能:根据实际需要组织报表格式、数量及打印时间。可以自动或在线生成日报、月报、年报等各类报表。可随时打印，也可设置打印时间，到时自动打印。提供历史报表召唤、打印。
3.9棒图、趋 势 图显示:可随意在线组织棒图、趋势图，可以是电压、电流、功率等模拟量，以观察实时及历史趋势。
3.10事件管理:用户能够监视和管理整个系统发生的事件，包括保护动作，报警及站内其它事件,并可以设定存储期限。
3.11报警及事件查询:用户能够按时间、事件性质及开关号查询系统发生的事件。事件记录存储时间根据需要设定。
3.12操作员管理:对能够进入系统的工作人员分级，不同级别人员只能进入相应安全级别，进行相应级别操作；同时对其所进行操作进行记录存档。
3.13 GPS校时功能：提供网络方式GPS硬件对时。GPS装置只需给出一副接点，通过一个网络，即可对所有设备提供硬件对时。
3.14电压无功控制功能：以手动或自动方式进行电压无功控制VQC。
3.15小电流接地选线功能：发生小电流单相接地时，系统自动报警并显示出接地的线路及相别。
3.16系统自诊断与自恢复功能。
3.17保护功能：主设备或每条线路配备独立的保护装置，各单元间无直接电气联系。保护装置具有保护、控制、数据采集、测量、运行参数记录、故障记录、事件记录、故障录波等功能。具有强大的自检功能，其自诊程序可以方便准确地显示故障原因。可实现就地/远方定值整定功能。
4. 应用效果
　　NPS-2000变电站自动化系统自2000年在我厂3#机组投运以来，系统运行稳定，连续工作时间长，利用率高，为安全生产提供了可靠的保障。后来又在4#、5#（60MW）机组中使用,三台机组之间通过网络通讯,为系统调度提供实时信息和决策支持。系统的高可靠性、高稳定性使维护的工作量日趋减少，基本上达到免维护的要求，取得较好的应用效果：
4.1 减少了运行值班人员，改善了工作环境，为实现无人值班创造有利条件。
4.2 自动化系统采集的信息量大，实时性强，分辨率高，故障、事故、越限、状态变化等报警和历史事件能自动记录和打印，并能分辨出各种操作和保护的动作顺序及时间，为及时发现设备缺陷，避免设备事故的发生起到重要作用；为事故情况下原因分析及消除隐患提供充分的依据。
4.3 对于值班人员的任何操作，系统都严格检查命令的合法性和闭锁条件，拒绝执行非法命令和不满足闭锁条件的操作指令，对于满足条件的操作，还须确认以后才执行操作，从根本上杜绝了误操作。
4.4 微机保护装置准确率高，灵敏性好，故障发生的位置、类型可直观、准确的显示，为及时事故处理提供可靠支持，避免事故的扩大。
4.5 微机保护装置比常规控制保护设备体积小、占地少，节省控制室占地面积，节约了成本，提高了经济效益。
三、 NPS2000变电站自动化系统的运行维护
　　1. 数据备份:可定期将工程数据进行备份。例如将工程文件夹(C:\***_Project)和历史数据记录文件夹（D:\lgh）中的所有文件拷贝出来，以便需要时从备份中获取数据。
　　2.数据恢复:在操作系统和Intouch软件正常运行时，如果出现监控系统运行不正常，可将备份文件拷贝到相应文件夹进行数据恢复。注意：在系统不正常期间可能丢失一些历史数据。若判断组态软件出问题则可将组态软件卸载并重新安装。
　　3.监控系统的运行维护：定期打开任务管理器查看系统的运行情况如内存使用，CPU占用率，并作记录。及时终止除OPCLink、Histdata、Intouch8.0 View三个正常运行程序外的其他任务，防止系统运行速度变慢。
　　4.上位机与下位机PCC通讯故障的处理
　　在一般情况下系统可自动恢复。如果不能自动恢复，检查发现下位机Error灯亮，可按将其停电，大约30秒后再给电。如果下位机Run灯是亮的，可以登陆系统管理员，在Windows任务管理器中，使用PING命令测试网络的连接情况，如Ping 192.168.0.99（PCC的IP地址）。如果网络不通则检查交换机、网线等设备和网线连接情况，直至故障排除。
　　5.下位机与测控、保护装置通讯故障的处理
　　当上位机报警提示某台保护装置通讯故障时，首先检查保护装置运行是否正常、是否失电、保护单元的设置是否被改动；若都正常的情况下，再检查下位机到保护单元的通讯接线（连接介质是带屏蔽的两芯或三芯绞线电缆）是否断开短路、RS232\RS485转换器是否正常等。最后检查下位机自身是否有问题。智能电度表、小电流接地系统、直流电源系统与下位机出现通讯故障时处理与以上相同。
四、 结束语
　　NPS-2000变电站自动化系统在硬件上采用分层分布式结构，在软件上采用了面向对象的程序设计方法，使整个系统组态灵活、人机界面友好、功能齐全、使用方便、维护简单。特别是将发变组保护、发电机励磁系统、自动准同期系统（ASS）、自动电压调整装置（AVR），以及灭磁开关、发电机出口断路器等有机地组织起来构成完善的ECS系统，提高了电厂的综合自动化水平。同时根据多年投运情况表明，系统的设计是合理的，在热电厂采用以微机监控为主、简化常规操作为辅的模式是可行的。对于采用传统继电保护的热电厂二次设备技术改造及新建很具推广价值。

　　作者简介：杜培华，男，1971年出生，本科，现负责热电厂微机监控与保护系统的运行与维护。