鉛鋅冶煉廠6KV系統(tǒng)電氣綜合自動化改造的實施應用

李錫香，劉燕

（白銀有色集團股份有限公司西北鉛鋅冶煉廠，甘肅 白銀 730900）

鉛鋅冶煉廠于1986年相繼投入運行，96臺6KV高壓開關柜采用的是上世紀80年代生產(chǎn)的GC型高壓開關柜。其保護裝置采用電磁式繼電保護，可靠性差，每次設備大修時試驗班要對四個變電所的96臺開關柜的繼電保護定值進行全面調(diào)整與校驗，完成的難度非常大。更為嚴重的是當6KV系統(tǒng)發(fā)生接地或短路時，饋線開關柜的繼電保護常誤動，造成越級跳閘引起全廠范圍的停電，嚴重限制了鉛鋅廠的生產(chǎn)進度。

為提高電氣自動化控制水平，防止電氣誤操作及誤動作，以確保6KV設備安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟運行。鉛鋅廠電力運管中心依靠自身技術力量進行了6KV電氣系統(tǒng)自動化改造的研究規(guī)劃、方案制定、設備選定、系統(tǒng)改造的施工圖設計及電氣改造工作的具體化實施。

該系統(tǒng)采用某公司Pecstar監(jiān)控組態(tài)軟件（專用于發(fā)電廠、變電站以及大型企業(yè)用電系統(tǒng)的綜合自動化系統(tǒng)），它通過實時數(shù)據(jù)采集、精準事件記錄、越限報警設置、事故追憶分析實現(xiàn)繼電保護全過程監(jiān)控與控制，同時又滿足故障錄波、遙控和遙控閉鎖、遠動、通信等全部需求。該系統(tǒng)通過主控層、通訊層和現(xiàn)場管理層，借助當今先進的微處理技術、數(shù)據(jù)高速公路、現(xiàn)代控制技術，完美實現(xiàn)了變電站綜合自動化功能，全面推進了鉛鋅冶煉廠高壓供電系統(tǒng)“數(shù)字化、網(wǎng)絡化、智能化”改造升級。

1 電氣綜合自動化改造原則與改造范圍

針對即將進行的電氣自動化改造，以既確保生產(chǎn)又兼顧技改為前提，明確了改造基本原則：提前統(tǒng)一規(guī)劃、過程精確部署、各站分步實施，確保改造后的電氣系統(tǒng)安全可靠、技術水平先進、主要功能實用、滿足客戶需求。根據(jù)這一原則，參照國內(nèi)電氣發(fā)展水平，評判多個意向廠家產(chǎn)品性能與應用實效并結合現(xiàn)場實際后，最終確定了如下改造方案：

（1）改造后的6KV電氣自動化監(jiān)控系統(tǒng)應滿足電力行業(yè)最新頒布的二次設計技術規(guī)程及《電力系統(tǒng)繼電保護及安全自動裝置反事故措施要點》的規(guī)定，在滿足現(xiàn)場原有設備控制要求的前提下進行必要的優(yōu)化與完善。

（2）自動化改造的范圍：鉛鋅廠四個6KV變電所（總降壓變電所、硫酸配電站、鉛配電站和制氧配電站）的96臺6KV高壓開關柜。

（3）電氣系統(tǒng)自動化改造全部完成后，實現(xiàn)LCD／鍵盤監(jiān)控、就地／遠程監(jiān)控、完成“四遙”功能。

（4）改造后的監(jiān)控系統(tǒng)能實現(xiàn)與上位調(diào)度系統(tǒng)進行通訊，實現(xiàn)生產(chǎn)指揮中心對全廠高壓供、配電系統(tǒng)的實時信息監(jiān)控和調(diào)度。

2 改造方案與設計思想

2.1 監(jiān)控系統(tǒng)采用分層、分布式設計思想與單元化、分散化的系統(tǒng)結構

依據(jù)鉛鋅廠6KV電氣系統(tǒng)運行參數(shù)和繼電保護配置情況，結合生產(chǎn)工藝系統(tǒng)特點，6KV綜合自動化保護網(wǎng)絡結構圖配置如圖1所示。

圖1 6KV綜合自動化保護網(wǎng)絡結構圖配置

2.1.1 主控層

核心為各分布式處理單元，通過“操作員站”這個人機接口，以實時冗余以太網(wǎng)連接形成監(jiān)控網(wǎng)絡，以windows2000作為操作平臺（在后臺可以對設備進行操作、測量、管理、查詢等功能），以上層網(wǎng)絡的計算機為核心，具有數(shù)據(jù)采集、事故追憶、故障錄波、統(tǒng)計、通訊、診斷等變電站綜合自動化系統(tǒng)的全部保護和監(jiān)控功能。

2.1.2 通訊管理層

通訊管理層用智能通訊管理機控制所有現(xiàn)場控制層的保護裝置、監(jiān)控裝置和其他IED智能設備。系統(tǒng)以多臺通訊管理器為核心，通過光纖、雙絞線以數(shù)字通訊方式將現(xiàn)場管理層與主控層連接起來。

2.1.3 現(xiàn)場管理層

由保護測控裝置、計量表計、智能監(jiān)控采樣裝置、PLC裝置（為核心裝置且采用高端配置）及站內(nèi)智能裝置等組成：高性能32位嵌入式單片機、保護與測控完全分離的雙16位AD采樣、大液晶全中文圖形化人機界面、軟件在線升級、可帶電播拔的電流電壓特制端子、后插式5U數(shù)控標準機箱，配置了高可靠性的繼電保護功能和自動裝置功能、高精度的測量與計量功能、高度實用化的故障錄波功能、完備的遙控與中央信號輸出功能。PMC系列綜?？刹灰蕾嚲W(wǎng)絡能獨立工作，并具有分辨率為1ms的大容量事件記錄與長時間故障錄波功能。另外，為了保證PMC系列綜保裝置的安全、可靠運行，防止保護與控制系統(tǒng)的電源互相干擾，對保護與信號系統(tǒng)采用相互獨立的供電模式。

因保護的設備不同，PMC裝置的保護功能也有相應的配置如下表1所示。

表1 PMC裝置的保護功能

2.2 監(jiān)控系統(tǒng)充分結合現(xiàn)場實際、最大程度利用原有系統(tǒng)設備的原則

綜合自動化系統(tǒng)的施工涉及到全部高壓供電回路，僅靠鉛鋅廠停產(chǎn)大修期停電是無法完成工期的。為了保質(zhì)保量地在大修結束前完成所有的改造任務，電管中心緊跟生產(chǎn)計劃提前安排檢修計劃、認真梳理現(xiàn)場設備，進行全面細致的研究分析，規(guī)劃制定施工方案，采用調(diào)整運行方式、設備交替運行等手段在停產(chǎn)前完成主控層、通訊管理層全部設備的安裝和調(diào)試。

2.3 裝置的安裝要求

將6KV開關柜內(nèi)原有電磁式繼電器清理干凈，PMC裝置提前安裝于訂制的柜門上并按設計要求配接好二次線，端子排安裝于柜內(nèi)的合適位置，同時加裝接地刀合、分位位置采集開關。將裝置接地點以一點接地方式與高壓室內(nèi)原有接地網(wǎng)連接，進一步減小干擾影響的同時，可有效地利用控制室內(nèi)良好的電氣接地網(wǎng)絡（其接地電阻小于0.5Ω）、利用原有電壓、電流互感器、利用原有的按鈕指示燈和轉(zhuǎn)換開關。

2.4 優(yōu)化施工設計，合理利用主控室內(nèi)原系統(tǒng)

要求改造后的綜合自動化監(jiān)控系統(tǒng)不但要實現(xiàn)原有系統(tǒng)的全部功能而且要更安全、可靠、完善、靈活、直觀、易操作、易維護，具備防誤操作功能、報表統(tǒng)計功能、全電量計測功能、報警及事件記錄和錄波功能、具備完善的“四遙”功能。以縮短施工周期、降低改造成本為目標，充分利用鉛鋅廠原有電氣設備完成采集、控制和表記顯示，規(guī)劃監(jiān)控方案，優(yōu)化施工設計。

雖然改造后的系統(tǒng)可以實現(xiàn)就地／遠方操作，但是要考慮在電腦故障或網(wǎng)絡故障的情況下無法在電腦上進行操作。為此保留原主控室的所有監(jiān)控設備，這樣不但維持了原有的操作方式和直觀的顯示方式，而且減少了改造的工程量，提高了操作的可靠性和靈活性。兩種操作方式的結合可以解決改造中新舊設備配合方面的矛盾。

斷路器分／合位監(jiān)視由PMC綜保內(nèi)部的電位監(jiān)視繼電器來完成，不直接采集斷路器的輔助接點信號。以便于監(jiān)視斷路器的位置、分合閘回路的完整性，簡化了外部接線，節(jié)省了線纜，減少了故障環(huán)節(jié)。

與運行方式及倒閘操作密切相關的接地刀位置監(jiān)視由限位開關的接點引入，在監(jiān)控界面上進行模擬操作監(jiān)視，確保與現(xiàn)場實際位置相一致。

對原控制室監(jiān)測的5A電流信號和100V交流電壓信號，改造時采用精度可達0.2級的采樣板直接采樣。對發(fā)電機勵磁系統(tǒng)、直流系統(tǒng)及其它輔助設備交流信號的監(jiān)測信號，采用相應規(guī)格的0.5級有源變送器輸出4－20mA標準信號進入采樣板進行監(jiān)測。

操作員站采用單機單顯示器模式，取消原常規(guī)中央告警系統(tǒng)，以設備單元為對象在監(jiān)控界面中設置光字牌告警信號并按重要程度分級報警。

按電氣距離與電氣回路的走向聯(lián)系，盡可能將PMC裝置及其配套的端子柜作為電氣回路的尾端設備，以滿足監(jiān)控系統(tǒng)的相對獨立性，簡化電氣回路接線與走向聯(lián)系。

2.5 主控制室至高壓室各就地設備的二次線纜的應用

為滿足抗干擾要求，二次電纜的設汁選用原則上按交流與直流回路分開、動力與控制回路分開、模擬量信號與開關量信號分開，同時滿足載流量、回路阻抗與導線強度要求的原則。

為了滿足長距離大容量傳輸信號的需要，以及電磁兼容原則，在工業(yè)干擾極大的環(huán)境中正確有效傳輸數(shù)據(jù)，要使用抗干擾能力極強的光纜將各個子站與通訊層相連，同理用光纜做線路縱差保護的傳輸通道。對于設備層，由于各設備之間的距離較近現(xiàn)場干擾相對較小可用總線結構的屏蔽雙絞線傳輸數(shù)據(jù)信號。

在鉛鋅廠自動化改造的施工設計中，提前全部清理出所涉及的二次電纜（規(guī)格型號、芯數(shù)與備用芯數(shù)、用途及鋪設走向等），根據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)所需，優(yōu)化施工設計，在滿足絕緣性能及芯數(shù)使用要求下盡可能利用主控室至高壓室各就地設備的原有二次電纜。

3 自動化改造的現(xiàn)場施工

在施工工期的安排上，因為電力運管中心擔負著全廠各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)（包括焙燒、浸出、凈液、電解、熔鑄、污水處理等）的供電任務，涉及設備不能進行全部停電來滿足施工作業(yè)的需求，各電氣設備相互間又有密切的電氣回路聯(lián)系，對生產(chǎn)運行系統(tǒng)影響很大。電氣運行方式對改造施工作業(yè)的制約影響較大，同時集中檢修時間短，而需改造的高壓開關柜必須在停電狀態(tài)下方能實施改造方案，且因二次回路的保護、控制電源均由屏頂小母線提供，即使在開關柜停電的狀態(tài)下，二次回路依然有觸電的危險。因此先對停運設備或不重要負荷的出線柜進行改造，對于投運設備，則提前在新訂制柜門上裝配好PMC裝置及其連線，利用檢修間隙集中人力進行突擊改造，爭取當天改造、當天投運。

在施工方案安排和安全保護措施的具體落實下，電管中心利用輪流檢修機會，按電氣系統(tǒng)自動化改造進度安排，最終完成了鉛鋅廠6KV電氣系統(tǒng)綜合自動化監(jiān)控系統(tǒng)的改造。投運至今系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠，大大地提高了鉛鋅廠6KV電氣系統(tǒng)自動化程度與安全運行水平。

PMC系列微機型綜保成功地應用于鉛鋅廠四個6KV變電所（總降壓變電所、硫酸配電站、鉛配電站和制氧配電站）的96臺6KV高壓開關柜上，淘汰了老舊的電磁式常規(guī)繼電器，避免了原有繼電保護誤動、拒動而導致的缺陷及故障。同時，它的許多功能在一定程度上提升了變電站管理運行水平。

（1）通過綜保裝置自診斷及輸出輸入回路自檢查功能，實現(xiàn)誤動或拒動的早期發(fā)現(xiàn)，電氣二次部分工作可靠性大幅提升。

（2）通過被保護設備運行歷史記錄保存，合理安排高壓電氣設備維護檢修，減輕了“運檢合一”崗位員工的工作強度。

（3）通過各種記錄及監(jiān)測數(shù)據(jù)，加快變、配電過程中異常事件的反應速度，在事故分析和運行異常分析時便于及時找出故障原因、盡快恢復生產(chǎn)，對于鉛鋅廠的連續(xù)大生產(chǎn)至關重要。

（4）崗位運行人員可通過監(jiān)控畫面及運行參數(shù)，快速、全面掌握設備運行情況（如開關位置、母線電壓、負荷電流、保護狀態(tài)等）并有針對性地采取相應的防范措施。

（5）繼電保護定值調(diào)整、校驗操作簡單，效率提高。

5 結論

6kV系統(tǒng)自動化監(jiān)控改造任務，建立了適合鉛鋅廠需要的體現(xiàn)了先進性、安全性、可靠性的開放型電氣控制系統(tǒng)，大大地提高了鉛鋅廠6KV電氣系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行水平與自動化水平。