10 kV配电所微机继电保护及监控系统设计及应用

王勇强　袁利宾　樊震宇

(安阳钢铁股份有限公司)



10 kV配电所微机继电保护及监控系统设计及应用

王勇强袁利宾樊震宇

(安阳钢铁股份有限公司)

介绍了10 kV配电所微机继电保护及监控系统设计方案，通过采取面向对象的设计方法，采用分层、分布式开放的系统结构，在安钢 360 m2烧结机系统10 kV中心配电所得到了良好的应用，配电所运行的安全性和可靠性得到了根本性的改善。

10 kV配电所微机继电保护监控系统设计与应用

0　引言

安钢炼铁厂360 m2烧结机10 kV配电所微机继电保护及监控系统投产以来，多次出现微机综合保护装置工作不正常，给相关高压设备的正常起动和运行造成很大的安全隐患，危及安全生产，故对该配电所微机继电保护和后台监控系统进行重新设计。

1　当前现状及存在的问题

安钢 360 m2烧结机系统10 kV中心配电所是整个厂区的配电中心，该配电室所采用的二次继电保护设备和自动监控技术的水平直接影响到全厂电力系统的安全、可靠、稳定、经济运行及烧结系统的安全生产。

1.1微机继电保护装置方面

从投产以来，先后出现综保通讯模块工作不正常，液晶显示屏幕字迹模糊重影现象。有些装置也曾多次出现的误动(通常拒动很少)、误发、黑屏、乱码及综保内部元件损坏等现象，给设备的正常启动和运行造成了很大设备安全隐患，给使用单位查找故障带来很大的困难，重要的电动机误跳闸，还可直接导致减负荷或跳机，有时侯现场故障拒动还会造成上级变电站越级跳闸，危及生产安全并可能造成较大的经济损失。

由于误动作、误发具有随机性、不重复性和难以捕捉的特点，而现场的测试手段有限，很多情况下原因不明，而误动误发的装置经事后现场校验多数情况下是正常的，这样，一般进行更换保护装置处理。因此，对于类似的故障，若不注意分析原因进行对症处理，或设法提高保护装置运行的稳定性，将给设备运行埋下安全隐患。

1.2通讯方面

原来前置通讯机利用的是工控机，所插CAN口通讯卡多次出现故障，如发送、接收收据不正常，甚至通讯卡经常烧毁，都给通讯及数据的召唤带来困难，到改造前的一段时间，通讯接口及网络基本处于瘫痪状态。

1.3后台监控系统管理软件方面

后台和前置机管理软件虽然基本能实现SCADA功能，但其系统程序软件设计存在不成熟、人机界面友好性差、统计报表不直观和不易打印等缺点。

2　设计与实施

鉴于相关高压设备的更新和在日常运行过程中存在的问题，在充分考察分析的基础上，对360 m2烧结机高压配电系统继电保护和后台监控系统进行重新设计，以适应360 m2烧结生产的需要。

2.1设计与创新

安钢360 m2烧结中心配电站微机综保及后台监控的设计目标：改善变电站运行的安全性和可靠性，把安全上的风险控制在了源头。使监控人员通过监示画面掌握各个系统设备的运行状况，做到发现问题及时处理，更好地协调生产。

设计思路：面向对象的设计方法，以用电间隔为基本单元，保护、测控功能综合考虑，配合先进的网络通讯功能，可实现遥测、遥信、遥控、遥调四遥功能。将间隔的控制、保护、故障录波、事件记录和运行支持系统的数据处理等功能，通过模块化设计集成在一个统一的多功能数字装置内，间隔内部和间隔间以及间隔同站级间的通信可统一用一层网即光纤以太网来实现。采用高集成化的系统，无疑能降低成本，提高系统可靠性，有利于实现统一的运行管理。

2.2变电站自动化设备选型

目前国内继电保护自动化设备类型各式各样，各家都有各自的特点，其具备的功能、性能、可靠性和价格都相差很大，没有统一的标准。因此为了能够满足远动信息采集和传送的要求，结合安钢其它厂矿在继电保护领域的运行经验，在现有产品的基础上，我们选用600HB系列保护测控装置构成综合自动化系统用电间隔层的基本单元，按需要选择各种单元后，配上MGLJ-600通讯服务器和WLD6000微机保护装置及智能通讯卡，即构成变电所综合自动化系统。

2.3后台监控系统

2.3.1系统组网方案

与电力变电站自动化系统较为类似，也分为三层：站控层、通讯层、间隔层。

(1)站控层包括监控操作员站、工程师站、不间断电源等，预留与工厂企业其他系统通讯接口。站控层采用分布式系统结构，提供多种组织形式，可以是单机系统，亦可以是多机系统。具有可靠性高，灵活性好，且方便系统扩展的特点。站控层为电站值班运行人员、调度运行人员提供电站控制、监视和管理功能，易于使用，界面友好。组件技术使用，实现软件功能“即插即用”，能够很好地满足综合自动化系统的需求。

(2)通讯层包括MGLJ 系列通讯服务器，工业以太网交换机、(超五类)屏蔽双绞线C 光纤)等。通讯服务器主要负责与电能采集装置、直流系统、UPS 等其他智能装置通信，负责规约及通信方式的转换。通讯层采用开放式网络结构，考虑到今后变电站规模及功能扩展的可能需要，随变电站规模和系统的扩大，不仅可以简单的通过增加功能单元的方法实现，还能通过网络拓展，使系统逐步扩展为完善的信息监控中心。支持单网或双网结构，支持全以太网，也提供其它网络；在通信层，总线网络设备通过MGLJ 系列通讯服务器实现与站控层通讯，具有两方面作用。其一，网络开放性：便于连接不同制造厂家的设备，避免被拴于给定时间的特殊开发或受控于极少数供货厂商；其二，网络可扩。允许人们改变和修改部分系统而无需较大的费用。

(3)间隔层包含所有测控、保护装置、自动控制装置、直流系统等智能装置组成。该保护、测控装置解决了装置在恶劣环境下(强电磁场干扰、潮湿、高温)长期可靠运行的问题，通过保护、测控装置有机结合，信息交换，简化了设计，减少重复设备，减少了电缆。各单元相互独立，功能上不依赖于监控计算机，增强了系统的可靠性和可用性。

2.3.2技术特点

采用完全分层、分布式开放系统结构，服务器、前置机、监控工作站、报表工作站、工程师兼培训工作站、通信工作站、五防工作站等均采用WindowsXP 开放式操作系统，网络协议为TCP / IP , 全图形化操作。监控系统的全部微机智能设备都直接接入网络，可获得高速通讯能力和资源共享能力。各设备的运行信息可直接在网络上的每一个工作站的显示器上显示，控制命令也可直接由各工作站下达给运行设备。

(1)网络上的每个接入设备都有特定的功能，实现功能的分布式架构，即使某个设备出现故障，不会影响整个系统的性能；

(2)重要设备(如服务器、前置机、通讯管理机等)可采用双机热备冗余配置方式，满足了变电站无人值守对系统可靠性的要求；

(3)具有丰富的通讯规约，支持与远程调度系统、站内模拟屏等系统进行通讯；

(4)冗余切换均由软件完成，取消硬件切换装置，将系统硬件故障率降至最低；

(5)站控层设备采用1000 M 工业以太网进行组网，保证了整个系统的实时性、可靠性和可扩充性；．支持双网通讯，极大的提高了通讯可靠率和系统的稳定性；

(6)支持通讯规约库，利用微软的动态链接库技术，对每一类规约分别生成动态库，基类标准规约实现了大部分基础数据解析功能，并且与通讯层及数据、报文处理及显示分开，极大了提高了系统的通讯规约扩展性和模块稳定性。

2.3.3WLD6000结构组成

WLD6000 后台监控系统可以配置为单机模式或者网络模式(单机模式不需要网络)。对于网络模式，系统的各个功能模块/子系统根据用户配置分布于网络的各个计算机节点上，作为一个整体相互配合运行，并且网络、计算机节点和系统主要功能模块/子系统都支持热主备冗余，以实现自动无缝切换，从而最大限度地规避了硬件环境对系统稳定性及实时性的影响。

(1)系统的配置/历史数据库选用大型商业数据库软件SQL Server 2000，数据保存量大，安全可靠，接口标准公开，存取快速，方便其它系统对数据的共享使用。

(2)系统的实时数据库位于系统应用服务器的节点上，其它系统的节点通过网络通信与实时数据库进行数据交互。由于系统应用功能都被配置在应用服务器节点上运行，实现了实时库本地访问，并不会影响到其它系统节点对于实时数据库的访问效率，并且有助于提高数据传输的实时性和稳定性，降低网络通信流量。实时数据库支持双机热备冗余(自动切换)，主、备实时数据库中的数据始终会保持一致，不会因为其中一台应用服务器的退出而导致实时数据的丢失。实时数据库的访问接口标准公开，便于为其它系统提供实时数据。

整个软件系统按功能划分包括以下组件，如图1所示。

图1　软件系统

2.3.4后台监控主要实现的功能

WLD6000 自动化监控系统是厂站内或者调度自动化/集控站值班运行人员实现对站内或者区域内厂站进行监视控制的接口，通过数据通道与通讯中心、厂站端或者其它自动化系统进行通讯，完成对变电站、厂矿/发电厂厂用电、电网的监视、控制、测量和报警功能，并进一步实现计算、统计、记录、管理等高级功能。

3　应用效果

3.1运行检验

360 m2烧结高压室微机综保及监控系统改造运行至今整个高压系统工作状况良好，对整个烧结系统供电的可靠性和安全性发挥了重要作用。主要表现在以下方面：

(1)变电所采用微机保护后，对各类故障及事故的准确程度和反应速度有了很大提高。基本上未发生过保护拒动和误动的情况，事故预告和事故跳闸准确性达到100%。

(2)改造后，由于高压室所有故障和预告信号均采用了语音方式，使预告的及时性和准确性大大提高，极大的避免了告警信息的漏失和运行人员的误判断以及未及时知晓而导致的事故扩大。

(3)改造后．对于该高压室的运行管理工作带来了极大的便利，原来完全依赖手工做出的各类事故记录、负荷变化曲线、负荷分析报表等全部被综合自动化后台系统强大的功能所取代，使得对于变电站的运行分析工作效率大大提高。

(4)改造后，将原使用的机械及电磁五防闭锁系统更换为微机型五防闭锁系统，使得正常操作时的安全性和准确性得到了很大提高。原系统中所使用的电磁锁由于故障频繁，发生过由于闭锁失灵人员误入间隔操作造成的停电事故。改造后由于严格闭锁及软件操作的授权限制，使得此类事故得到有效杜绝。

3.2经济效益

360 m2烧结中心配电所微机综保及监控系统改造，现已成功运行三年多。较改造之前设计更加合理，实际运行效果良好，事故停车较改造前大幅减少。从减少项目投资效益、节约人力成本、提高设备作业率、节约备件费等方面系统年总效益130万元以上。

4　结束语

10 kV配电所微机继电保护及监控系统通过设计改造及应用检验后完全达到了预期的目标，整个系统集保护、遥控、遥信、遥测、遥调功能于一体，达到了对变电站进行全方位的控制和管理，与系统网络相连后，能实现变电站无人值班的功能。其主要功能主要体现在以下几个方面：1)对各类故障及事故的反应速度和准确程度大大提高，从未发生过保护拒动和误动的情况，事故跳闸和事故预告准确性达到100%；2)大大提高了高压室运行管理的工作效率，原来完全依赖手工做出的各类负荷分析报表、负荷变化曲线、事故记录等全部被综合自动化后台系统强大的功能所取代;3)变电站运行的安全性和可靠性得到了根本性的改善，使该变电站由于技术上的更新改造而提升了装备档次，从而把安全上的风险控制在了源头。

[1]劳动部培训司.企业供电系统及运行[M].中国劳动出版社,2004:213-289.

[2]范锡普.发电厂电气部分[M].中国电力出版社，2002:194-205.

DESIGN AND APPLICATION OF THE MICROCOMPUTER RELAY PROTECTION AND MONITORING SYSTEM FOR 10 kV POWER DISTRIBUTION

Wang YongqiangYuan LibinFan Zhenyu

(Anyang Iron and Steel Stock Co., Ltd)

The design plan of the microcomputer relay protection and monitoring system for 10 kV power distribution were introduced, the object-oriented design method and the hierarchical and distributed open system structure were adopted in the 10 kV distribution for Anyang steel's 360 m2sintering system, the security and reliability of distribution operation were improved.

10 kV substationmicrocomputer relay protectionmonitoring systemdesign and application

强，工程师，河南.安阳(455004)，安阳钢铁股份有限公司炼铁厂;

2016—5—22