淺析石化企業(yè)全廠電力調度自動化系統(tǒng)設置

張華偉

(中國石化洛陽石油化工工程公司，河南洛陽 471012)

電力調度系統(tǒng)在石油化工系統(tǒng)內大規(guī)模的應用是近十幾年的事情，對于一些老石化企業(yè)，舊裝置配電設備增加智能控制設備的改造量巨大，一般都是在新建裝置中設置調度系統(tǒng)(調度子站)，并隨著生產裝置的逐步更替，逐步建立全廠范圍的電力調度系統(tǒng)，但由于各裝置建設周期的不同，隨著計算機技術和智能測控裝置的逐步發(fā)展，又會出現由于產品軟、硬件的升級造成的各子站通訊問題，因此，對于一些年代比較長的石化企業(yè)，建設一套覆蓋各級供電網絡的電力調度系統(tǒng)困難很大，目前，國內也僅是對于新建全廠性項目，才會建設一套覆蓋到全廠各級供電網路的電力調度系統(tǒng)。

呼和浩特石化公司是中國石油天氣燃氣總公司煉油板塊直屬石化企業(yè)，建廠于1988年，本次的500萬t/a擴能改造項目裝置是在廠內新征地基礎上新建，廠內原有裝置將全部拆除，因此，本項目基本上屬于新建500萬t/a加工能力的石化企業(yè)，全廠的供電系統(tǒng)全部新建，在此基礎上，全廠電力系統(tǒng)調度自動化系統(tǒng)配套新建。

1 功能設置

電力調度自動化系統(tǒng)功能設置的選擇，直接決定了電力調度系統(tǒng)要實現的主要工作內容，是設置電力調度系統(tǒng)的第一步。結合目前國內調度自動化產品現狀，并結合石油化工企業(yè)生產裝置特點和石化企業(yè)供電系統(tǒng)的結構，本項目采用了目前國內石油化工企業(yè)主流和先進的電力調度自動化系統(tǒng)，其主要功能如下:

1.1 SCADA功能

SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition)系統(tǒng)是以計算機為基礎的生產過程控制與調度自動化系統(tǒng)，它可以對現場的運行設備進行監(jiān)視和控制，以實現數據采集、設備控制、測量、參數調節(jié)以及各類信號報警等各項功能。SCADA功能也是設置電力調度自動化系統(tǒng)的主要目的，其中數據采集功能、數據處理功能、事項及報警是SCADA系統(tǒng)最重要和最主要的功能，是整個調度自動化系統(tǒng)的核心。

1.1.1 數據采集功能

本系統(tǒng)能采集各子站目前已有的各種不同規(guī)約、不同傳輸速率、不同類型的RTU、綜自系統(tǒng)信息。能采集變電站綜合自動化系統(tǒng)及當地終端設備接入的其他現場信息。系統(tǒng)通過RTU、綜自系統(tǒng)采集，處理和控制輸出的數據類型有:①模擬量:包括頻率、電壓、電流、有功功率、無功功率、溫度、功率因數等。②數字量:包括電度、頻率。③狀態(tài)量:包括斷路器位置、事故總信號、有載調壓變壓器抽頭位置，主保護及自動裝置動作信號、預告信號、下行通道故障信號、裝置主電源停電信號、發(fā)電機運行狀態(tài)信號、FTU或饋線板檢測到的故障信號。④脈沖量。⑤事件順序記錄。⑥保護裝置發(fā)送的信息。

1.1.2 數據處理功能

①遙信處理:可對每個遙信量進行逐個定義，用漢字表示開關、刀閘名稱。根據事故總信號是否動作(或系統(tǒng)提供的其他事故判據)，區(qū)分開關事故跳閘或正常變位?？扇斯ぴO置開關、刀閘狀態(tài)，并有相應的設置標志。當現場開關檢修、試驗時，可在調度員工作站上設掛牌標志;標牌用不同的形式、顏色來表示不同的狀態(tài)?？稍诰€統(tǒng)計開關跳、合閘次數。遙信的狀態(tài)鎖定/解除;可設置質量標志(遙控封鎖/解除、檢修);對小車開關用不同的顯示方式直觀地區(qū)分不同的狀態(tài)，如檢修位置、備用位置、運行位置等。具有雙遙信處理功能。慢遙信處理功能防遙信抖動。根據開關位置信號及操作記錄實現對設備的分析。

②遙測處理:遙測值工程量變換，變換系數在線修改。數據的物理性檢查、合理性檢查。遙測量兩級越限報警(限值可整定)。旁路替代處理;變送器殘差處理:在設定的殘差值范圍內用0取代。遙測值歸零處理。遙測越限時間可自動統(tǒng)計，包括越上限、越下限、合格時間等。在CRT上可人工設定遙測值并加入相應標志，人工設置的遙測值自動加入相應的計算中。最大值、最小值、平均值自動計算。遙測遙信相關性檢查，當遙信狀態(tài)和相關的遙測值矛盾時，進行報警記錄。遙測值跳變?yōu)V波處理。平均值/積分值的計算。數據更新處理。

③電度量處理:實測電度脈沖計數及工程量變換。用戶定義的數學公式進行各種統(tǒng)計計算。電度量能分時段統(tǒng)計。按周期采集電量，周期在5～60 min內可調?？芍芷谛詫TU的脈沖計數器進行清零。電度底數可人工設置?？啥x功率值積分電度，積分時間可設置。數字電度量采集。

④事件順序記錄(SOE)處理:系統(tǒng)具有事件順序記錄處理功能，以毫秒級分辨率記錄廠站的開關、繼電保護動作時間順序并存檔。自動打印事件順序記錄內容，主要包括廠站名、開關名稱、動作時間、事件內容等。若廠站端無SOE功能，系統(tǒng)能自動形成事項。對歷史SOE記錄可以多種檢索方式在CRT上查看或打印。

1.1.3 事項及報警

報警信息內容包括系統(tǒng)運行報警信息和報警提示方式兩大類。

1.1.4 數據計算

數據計算是遙測量基礎上高級應用，此功能常作為電力系統(tǒng)管理性能的參考，主要包括:派生量計算、常用計算庫、計算判斷、統(tǒng)計功能等。

1.1.5 其它功能

①趨勢曲線;②歷史數據;③畫面生成、編輯、顯示;④報表;⑤事故追憶;⑥操作記錄;⑦打印功能;⑧時鐘與對時;⑨權限功能及設置;⑩系統(tǒng)運行監(jiān)視、在線維護及管理。

1.2 WEB瀏覽功能

通過WEB服務器和局信息管理網(MIS)連接，支持網頁瀏覽，共享數據與圖形。在MIS網上的工作站(WindowsXP、7)上，不添加軟件，就可以使用Windows IE瀏覽器，看到調度員工作站可以看到的實時數據刷新信息、查詢曲線、查詢設備信息等。

WEB瀏覽子系統(tǒng)由兩部分組成，服務器部分和客戶端程序部分。服務器部分完成的主要功能如下:①偵聽客戶端的連接請求提供連接服務;②對連接的多個客戶端進行管理，監(jiān)控客戶的訪問情況及權限;③實現客戶請求轉發(fā)和返回數據轉發(fā)。

客戶端部分完成的主要功能如下:①向服務器請求連接，并提交各類服務請求;②實現風格一致的圖形顯示，圖形顯示與SCADA網調度界面的圖形顯示一致，實時數據刷新間隔在客戶端最快可達到4～10 s;③實現圖形縮放，拖拽，切換等功能，可以方便的通過右鍵的快捷菜單切換圖形，提供傳統(tǒng)的熱點(特區(qū))調圖方式，其操作與調度界面操作類似;④實現設備參數的查詢.可以直接選取圖上某個元件查詢它在設備參數庫中的設備參數;⑤實現SCADA參數的查詢.可以直接通過選取圖上某個元件查詢其在SCADA庫中設置的參數，對于遙測還可以實現任一天的歷史曲線顯示。

1.3 高級應用功能(PAS)

高級應用功能包括網絡建模、網絡拓撲、狀態(tài)估計、調度員潮流、短路電流計算等功能。這些都是在電力調度系統(tǒng)中的深度功能開發(fā)，目前，在本項目中設置了以上功能，但在實際應用中，由于石化企業(yè)的管理制度、員工的培訓等客觀因素，并未對以上功能有較多的使用。

2 電力調度系統(tǒng)的構架設置

呼和浩特石化公司500萬t/a擴能改造項目中，新建供電系統(tǒng)共分為110、35、6 kV及380/220 V等五個電壓等級，其中，總變電所一個，包括110、35 kV配電裝置，并以35 kV為主供電網絡由總變電所向下級6個35 kV區(qū)域變電所供電，6個35 kV區(qū)域變電所再以6 kV為供電網絡分別向下級2個6 kV配變電所和15個6 kV變電所供電。

全廠各級變電所中，僅在總變電所設置值班人員，其余35 kV變電所、6 kV配變電所、6 kV變電所均按無人值班設置，因此，一個合理而又可靠的電力調度系統(tǒng)成為了實現全廠電力設備高效、科學管理的必備條件。

與供電系統(tǒng)配套，全廠電力調度系統(tǒng)設置調度總站1個，安裝在總變電所，設置調度子站10個，分別為總變110 kV子站、總變35 kV子站、35 kV區(qū)域變電所子站(6個)、6kV配變電所子站(2個)，另外的15個6 kV變電所由于只有380/220 V配電設備，僅需在這15個6 kV變電所設置低壓通訊管理機(僅包括通訊管理層、現場控制層)，變電所內信息通過通訊管理機上傳至上級調度子站。

調度子站采用分散分布式結構，按結構和功能可分為三層，分別為:站級監(jiān)控層、通訊管理層和現場控制層。

現場控制層為分散安裝的微機保護測控裝置及其它智能設備(如智能電度表，變壓器溫控裝置，同步機勵磁裝置，UPS電源、直流電源、同期裝置、發(fā)電機勵磁裝置、故障錄波裝置等)?，F場控制層智能設備通過屏蔽雙絞線組成的RS485通訊網絡，以MODBUS、PROFIBUS、IEC870-5-101、IEC870-5-103等規(guī)約形式將智能設備內遙信量、遙測量、脈沖量等信息傳輸至通訊管理機。

通訊管理層為集中組屏的通信管理單元和網絡交換機及其它通信設備。通訊管理層設備包含通信管理單元和工業(yè)以太網交換機。通信管理單元通過多路通信接口與現場控制層的保護測控裝置及其它智能設備連接，實現數據采集、規(guī)約轉換和處理，將處理后的數據通過以太網交換機的網口和當地監(jiān)控主機、調度自動化系統(tǒng)、五防系統(tǒng)及DCS系統(tǒng)通信。同時通過太網交換機的網口和以上系統(tǒng)的通信，實現“四遙”功能。每套子站配置2臺工業(yè)級的光纖以太網交換機，每臺光纖以太網交換機具有16個以上的RJ45以太網接口(10 M/100 M)，4個單模光纖以太網接口(1000 M)。

站級監(jiān)控層為當地監(jiān)控主機及SCADA系統(tǒng)軟件。調度主站設置在總變電所三層的調度遠動通信機房室，并在三層設置電力調度室，作為調度值班人員對廠內電力設備監(jiān)控以及與地區(qū)供電部門調度協(xié)調的場所。

調度主站由2臺采集服務器、2臺SCADA服務器、2臺歷史數據服務器、2臺調度員工作站、1臺WEB服務器、1臺PAS服務器、3臺維護/報表/PAS工作站、2臺操作員工作站、1臺時間同步系統(tǒng)主時鐘、2臺系統(tǒng)數據采集光纖網絡交換機、2臺系統(tǒng)主網數據網絡、2臺網絡激光打印機及光纖終端盒等附件組成。

本次調度主站的設計體現了以下幾項原則:一體化設計/無縫集成:針對SCADA、PAS的特點進行一體化實施方案。一體化的支撐平臺，使得全系統(tǒng)具有統(tǒng)一的人機界面和數據庫界面，系統(tǒng)功能配置靈活，維護、運行方便，避免重復投資，減少管理工作量。

分層全方位開放系統(tǒng):系統(tǒng)軟硬件環(huán)境的開放，平臺的開放，用戶功能的開放，均應體現在系統(tǒng)的設計思想上。系統(tǒng)設計強調各個環(huán)節(jié)的全部開放，開放的支撐平臺、分層定義、各層具有規(guī)范、明確的接口規(guī)范，它包含:網絡、數據庫、人機界面、系統(tǒng)應用技術。

全面的跨平臺解決方案:同時跨Unix和Windows操作系統(tǒng)平臺，要具較強的應用適應性，系統(tǒng)全面支持各種硬軟件平臺組合。

廣義軟總線:系統(tǒng)平臺為分層全方位開放體系結構，采用軟總線技術，提供位置透明的通信手段，將上層應用和底層系統(tǒng)隔離開，為各種不同的上層應用提供統(tǒng)一開發(fā)和運行的應用中間平臺，便于系統(tǒng)的互連和擴展。

作圖建庫同步管理:以繪圖為先導，自動實現電力設備建庫，并自動標注量測;通過圖元幾何連接，自動建立電力設備之間的電氣連接關系，并以圖形或列表顯示連接合理性。

引導式繪圖:系統(tǒng)自帶繪圖框架模板和變電站繪圖模板，提供繪圖助手并自動檢查。

集群化采集:采用前置機服務器分組技術、冗余端口備用技術，保證前置機數據采集的集群化，有效地降低系統(tǒng)的采集負荷。

基于物理隔離的數據安全訪問技術:根據國電公司對二次系統(tǒng)安全防護的要求，采用數據庫鏡像代理技術將SCADA系統(tǒng)的實時數據、歷史數據、圖形、報表鏡像到安全區(qū)III的系統(tǒng)上，供web和其它系統(tǒng)訪問。

三層體系結構:為了提高應用系統(tǒng)的安全性，將客戶端與數據庫隔離起來，客戶端無權直接訪問數據庫，有利于安全管理;減少網絡數據流量，提高數據庫響應速度，有效地解決了網絡瓶頸和數據庫性能下降的問題;利用中間件的特點選擇路由和平衡負載，提高整個系統(tǒng)的性能，提高WEB網站訪問效率。系統(tǒng)采用三層體系結構，即在客戶端到服務器之間增加應用服務器層。

遵循IEC61970/IEC61968的CIS接口:系統(tǒng)支持IEC61970/IEC61968規(guī)范的GDA(通用數據訪問)、HSDA(高速數據訪問)、GES(通用事件和訂閱)，第三方可以以標準接口訪問按CIM組織的電網模型、電網實時運行信息。

為了保證全廠調度系統(tǒng)的可靠運行，調度系統(tǒng)主站、子站內的管理機、服務器等主要設備均按冗余配置，當主設備故障時，自動切換至備用設備，主備切換時間＜25 s;主站、子站機柜的電源均由可靠的UPS電源裝置供電，子站的UPS事故維持時間不小于30 min，主站的UPS事故維持時間不小于1 h;調度系統(tǒng)機房設置空調系統(tǒng)，保證機柜內設備環(huán)境溫度在合適范圍之內。

3 全廠電力調度系統(tǒng)的對外信息傳輸

石化企業(yè)電力調度系統(tǒng)最初僅僅是用于廠內電氣人員對電力設備管理，隨著計算機技術的發(fā)展和石油化工企業(yè)自動化管理要求的提高，電力調度系統(tǒng)還兼顧著電量上傳EMS系統(tǒng)(能量管理系統(tǒng))、電機狀態(tài)上傳DCS系統(tǒng)、廠內110 kV系統(tǒng)及發(fā)電機系統(tǒng)上傳當地電力管理部門的功能。

本項目中，呼和浩特石化公司在中心控制室內設置了全廠的水、電、汽、風等系統(tǒng)工程的計測系統(tǒng)，其中，全廠各級變、配電所、各裝置單元的電量計量信息就由電力調度系統(tǒng)匯總后經光纖以太網打包發(fā)送至EMS系統(tǒng)，由EMS系統(tǒng)對各部門、各生產車間的能源消耗作綜合評價，以作為各部門、各生產車間績效考核的部分依據。

在各級生產裝置機柜間內DCS系統(tǒng)中，除一些參與連鎖的電動機以外，其余電動機的運行狀態(tài)也通過其對應的變電所子站將電動機運行數據發(fā)送至自控DCS系統(tǒng)。由于目前國內的DCS生產廠商所提供的通訊卡件主要采用MODBUS通訊規(guī)約，因此，限制了送至DCS系統(tǒng)的數據量和數據類型，目前送至DCS系統(tǒng)的信息僅為電動機運行狀態(tài)的開關量信號，電壓、電流等模擬量信號暫未傳輸。

根據當地電力管理部門要求，廠內110 kV系統(tǒng)、發(fā)電機系統(tǒng)的全部電力數據應上傳至當地電網地區(qū)調度中心，以便當地電力調度部門對該部分電力設備的監(jiān)控，因此，本項目中，在總站將當地供電部門需要的數據重新打包后，經當地供電部門專用的通訊設備上傳至當地電力調度中心。

目前，將全廠電力調度系統(tǒng)信息通過Internet技術、面向對象技術、神經網絡技術以及JAVA技術等技術，繼續(xù)擴大SCADA系統(tǒng)與其它系統(tǒng)的集成、綜合安全經濟運行以及商業(yè)化運營的需要，已成為電力調度系統(tǒng)發(fā)展的方向。本項目的硬件、軟件設置已可以實現通過Internet將電力調度信息在企業(yè)互聯網和民用商業(yè)互聯網傳輸，企業(yè)管理部門可以通過互聯網在普通辦公電腦中查詢相關運行參數，但由于企業(yè)管理模式的限制，本項目僅保留了該部分功能，尚未將電力監(jiān)控信息上傳互聯網，相信在不久的將來，在企業(yè)管理模式的發(fā)展下，將會實現全廠電力調度系統(tǒng)在Internet網絡的傳輸。

4 結束語

隨著計算機技術、智能終端技術的發(fā)展，電力調度自動化系統(tǒng)必將朝著更快的處理速度、更復雜的處理內容、更多的功能延伸發(fā)展，我們只有緊跟技術發(fā)展的腳步，才能將最先進的技術應用到石油化工企業(yè)的發(fā)展中。