李錫香，劉燕

（白銀有色集團(tuán)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(yùn)行，96臺(tái)6KV高壓開(kāi)關(guān)柜采用的是上世紀(jì)80年代生產(chǎn)的GC型高壓開(kāi)關(guān)柜。其保護(hù)裝置采用電磁式繼電保護(hù)，可靠性差，每次設(shè)備大修時(shí)試驗(yàn)班要對(duì)四個(gè)變電所的96臺(tái)開(kāi)關(guān)柜的繼電保護(hù)定值進(jìn)行全面調(diào)整與校驗(yàn)，完成的難度非常大。更為嚴(yán)重的是當(dāng)6KV系統(tǒng)發(fā)生接地或短路時(shí)，饋線開(kāi)關(guān)柜的繼電保護(hù)常誤動(dòng)，造成越級(jí)跳閘引起全廠范圍的停電，嚴(yán)重限制了鉛鋅廠的生產(chǎn)進(jìn)度。

為提高電氣自動(dòng)化控制水平，防止電氣誤操作及誤動(dòng)作，以確保6KV設(shè)備安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。鉛鋅廠電力運(yùn)管中心依靠自身技術(shù)力量進(jìn)行了6KV電氣系統(tǒng)自動(dòng)化改造的研究規(guī)劃、方案制定、設(shè)備選定、系統(tǒng)改造的施工圖設(shè)計(jì)及電氣改造工作的具體化實(shí)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(dòng)化系統(tǒng)），它通過(guò)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、精準(zhǔn)事件記錄、越限報(bào)警設(shè)置、事故追憶分析實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)全過(guò)程監(jiān)控與控制，同時(shí)又滿足故障錄波、遙控和遙控閉鎖、遠(yuǎn)動(dòng)、通信等全部需求。該系統(tǒng)通過(guò)主控層、通訊層和現(xiàn)場(chǎng)管理層，借助當(dāng)今先進(jìn)的微處理技術(shù)、數(shù)據(jù)高速公路、現(xiàn)代控制技術(shù)，完美實(shí)現(xiàn)了變電站綜合自動(dòng)化功能，全面推進(jìn)了鉛鋅冶煉廠高壓供電系統(tǒng)“數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化”改造升級(jí)。

1 電氣綜合自動(dòng)化改造原則與改造范圍

針對(duì)即將進(jìn)行的電氣自動(dòng)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(guò)程精確部署、各站分步實(shí)施，確保改造后的電氣系統(tǒng)安全可靠、技術(shù)水平先進(jìn)、主要功能實(shí)用、滿足客戶需求。根據(jù)這一原則，參照國(guó)內(nèi)電氣發(fā)展水平，評(píng)判多個(gè)意向廠家產(chǎn)品性能與應(yīng)用實(shí)效并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際后，最終確定了如下改造方案：

（1）改造后的6KV電氣自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)滿足電力行業(yè)最新頒布的二次設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程及《電力系統(tǒng)繼電保護(hù)及安全自動(dòng)裝置反事故措施要點(diǎn)》的規(guī)定，在滿足現(xiàn)場(chǎng)原有設(shè)備控制要求的前提下進(jìn)行必要的優(yōu)化與完善。

（2）自動(dòng)化改造的范圍：鉛鋅廠四個(gè)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(tái)6KV高壓開(kāi)關(guān)柜。

（3）電氣系統(tǒng)自動(dòng)化改造全部完成后，實(shí)現(xiàn)LCD／鍵盤監(jiān)控、就地／遠(yuǎn)程監(jiān)控、完成“四遙”功能。

（4）改造后的監(jiān)控系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)與上位調(diào)度系統(tǒng)進(jìn)行通訊，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)指揮中心對(duì)全廠高壓供、配電系統(tǒng)的實(shí)時(shí)信息監(jiān)控和調(diào)度。

2 改造方案與設(shè)計(jì)思想

2.1 監(jiān)控系統(tǒng)采用分層、分布式設(shè)計(jì)思想與單元化、分散化的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

依據(jù)鉛鋅廠6KV電氣系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)和繼電保護(hù)配置情況，結(jié)合生產(chǎn)工藝系統(tǒng)特點(diǎn)，6KV綜合自動(dòng)化保護(hù)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖配置如圖1所示。

圖1 6KV綜合自動(dòng)化保護(hù)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖配置

2.1.1 主控層

核心為各分布式處理單元，通過(guò)“操作員站”這個(gè)人機(jī)接口，以實(shí)時(shí)冗余以太網(wǎng)連接形成監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，以windows2000作為操作平臺(tái)（在后臺(tái)可以對(duì)設(shè)備進(jìn)行操作、測(cè)量、管理、查詢等功能），以上層網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算機(jī)為核心，具有數(shù)據(jù)采集、事故追憶、故障錄波、統(tǒng)計(jì)、通訊、診斷等變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的全部保護(hù)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(jī)控制所有現(xiàn)場(chǎng)控制層的保護(hù)裝置、監(jiān)控裝置和其他IED智能設(shè)備。系統(tǒng)以多臺(tái)通訊管理器為核心，通過(guò)光纖、雙絞線以數(shù)字通訊方式將現(xiàn)場(chǎng)管理層與主控層連接起來(lái)。

2.1.3 現(xiàn)場(chǎng)管理層

由保護(hù)測(cè)控裝置、計(jì)量表計(jì)、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(jī)、保護(hù)與測(cè)控完全分離的雙16位AD采樣、大液晶全中文圖形化人機(jī)界面、軟件在線升級(jí)、可帶電播拔的電流電壓特制端子、后插式5U數(shù)控標(biāo)準(zhǔn)機(jī)箱，配置了高可靠性的繼電保護(hù)功能和自動(dòng)裝置功能、高精度的測(cè)量與計(jì)量功能、高度實(shí)用化的故障錄波功能、完備的遙控與中央信號(hào)輸出功能。PMC系列綜?？刹灰蕾嚲W(wǎng)絡(luò)能獨(dú)立工作，并具有分辨率為1ms的大容量事件記錄與長(zhǎng)時(shí)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(yùn)行，防止保護(hù)與控制系統(tǒng)的電源互相干擾，對(duì)保護(hù)與信號(hào)系統(tǒng)采用相互獨(dú)立的供電模式。

因保護(hù)的設(shè)備不同，PMC裝置的保護(hù)功能也有相應(yīng)的配置如下表1所示。

表1 PMC裝置的保護(hù)功能

2.2 監(jiān)控系統(tǒng)充分結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際、最大程度利用原有系統(tǒng)設(shè)備的原則

綜合自動(dòng)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(wú)法完成工期的。為了保質(zhì)保量地在大修結(jié)束前完成所有的改造任務(wù)，電管中心緊跟生產(chǎn)計(jì)劃提前安排檢修計(jì)劃、認(rèn)真梳理現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，進(jìn)行全面細(xì)致的研究分析，規(guī)劃制定施工方案，采用調(diào)整運(yùn)行方式、設(shè)備交替運(yùn)行等手段在停產(chǎn)前完成主控層、通訊管理層全部設(shè)備的安裝和調(diào)試。

2.3 裝置的安裝要求

將6KV開(kāi)關(guān)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(shè)計(jì)要求配接好二次線，端子排安裝于柜內(nèi)的合適位置，同時(shí)加裝接地刀合、分位位置采集開(kāi)關(guān)。將裝置接地點(diǎn)以一點(diǎn)接地方式與高壓室內(nèi)原有接地網(wǎng)連接，進(jìn)一步減小干擾影響的同時(shí)，可有效地利用控制室內(nèi)良好的電氣接地網(wǎng)絡(luò)（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(kāi)關(guān)。

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

要求改造后的綜合自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)不但要實(shí)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(hù)，具備防誤操作功能、報(bào)表統(tǒng)計(jì)功能、全電量計(jì)測(cè)功能、報(bào)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(biāo)，充分利用鉛鋅廠原有電氣設(shè)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(shè)計(jì)。

雖然改造后的系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)就地／遠(yuǎn)方操作，但是要考慮在電腦故障或網(wǎng)絡(luò)故障的情況下無(wú)法在電腦上進(jìn)行操作。為此保留原主控室的所有監(jiān)控設(shè)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(jié)合可以解決改造中新舊設(shè)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(lái)完成，不直接采集斷路器的輔助接點(diǎn)信號(hào)。以便于監(jiān)視斷路器的位置、分合閘回路的完整性，簡(jiǎn)化了外部接線，節(jié)省了線纜，減少了故障環(huán)節(jié)。

與運(yùn)行方式及倒閘操作密切相關(guān)的接地刀位置監(jiān)視由限位開(kāi)關(guān)的接點(diǎn)引入，在監(jiān)控界面上進(jìn)行模擬操作監(jiān)視，確保與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際位置相一致。

對(duì)原控制室監(jiān)測(cè)的5A電流信號(hào)和100V交流電壓信號(hào)，改造時(shí)采用精度可達(dá)0.2級(jí)的采樣板直接采樣。對(duì)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)、直流系統(tǒng)及其它輔助設(shè)備交流信號(hào)的監(jiān)測(cè)信號(hào)，采用相應(yīng)規(guī)格的0.5級(jí)有源變送器輸出4－20mA標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)進(jìn)入采樣板進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

操作員站采用單機(jī)單顯示器模式，取消原常規(guī)中央告警系統(tǒng)，以設(shè)備單元為對(duì)象在監(jiān)控界面中設(shè)置光字牌告警信號(hào)并按重要程度分級(jí)報(bào)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(shè)備，以滿足監(jiān)控系統(tǒng)的相對(duì)獨(dú)立性，簡(jiǎn)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(shè)備的二次線纜的應(yīng)用

為滿足抗干擾要求，二次電纜的設(shè)汁選用原則上按交流與直流回路分開(kāi)、動(dòng)力與控制回路分開(kāi)、模擬量信號(hào)與開(kāi)關(guān)量信號(hào)分開(kāi)，同時(shí)滿足載流量、回路阻抗與導(dǎo)線強(qiáng)度要求的原則。

為了滿足長(zhǎng)距離大容量傳輸信號(hào)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(qiáng)的光纜將各個(gè)子站與通訊層相連，同理用光纜做線路縱差保護(hù)的傳輸通道。對(duì)于設(shè)備層，由于各設(shè)備之間的距離較近現(xiàn)場(chǎng)干擾相對(duì)較小可用總線結(jié)構(gòu)的屏蔽雙絞線傳輸數(shù)據(jù)信號(hào)。

在鉛鋅廠自動(dòng)化改造的施工設(shè)計(jì)中，提前全部清理出所涉及的二次電纜（規(guī)格型號(hào)、芯數(shù)與備用芯數(shù)、用途及鋪設(shè)走向等），根據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)所需，優(yōu)化施工設(shè)計(jì)，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(shè)備的原有二次電纜。

3 自動(dòng)化改造的現(xiàn)場(chǎng)施工

在施工工期的安排上，因?yàn)殡娏\(yùn)管中心擔(dān)負(fù)著全廠各個(gè)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(wù)，涉及設(shè)備不能進(jìn)行全部停電來(lái)滿足施工作業(yè)的需求，各電氣設(shè)備相互間又有密切的電氣回路聯(lián)系，對(duì)生產(chǎn)運(yùn)行系統(tǒng)影響很大。電氣運(yùn)行方式對(duì)改造施工作業(yè)的制約影響較大，同時(shí)集中檢修時(shí)間短，而需改造的高壓開(kāi)關(guān)柜必須在停電狀態(tài)下方能實(shí)施改造方案，且因二次回路的保護(hù)、控制電源均由屏頂小母線提供，即使在開(kāi)關(guān)柜停電的狀態(tài)下，二次回路依然有觸電的危險(xiǎn)。因此先對(duì)停運(yùn)設(shè)備或不重要負(fù)荷的出線柜進(jìn)行改造，對(duì)于投運(yùn)設(shè)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(jìn)行突擊改造，爭(zhēng)取當(dāng)天改造、當(dāng)天投運(yùn)。

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

PMC系列微機(jī)型綜保成功地應(yīng)用于鉛鋅廠四個(gè)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(tái)6KV高壓開(kāi)關(guān)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(hù)誤動(dòng)、拒動(dòng)而導(dǎo)致的缺陷及故障。同時(shí)，它的許多功能在一定程度上提升了變電站管理運(yùn)行水平。

（1）通過(guò)綜保裝置自診斷及輸出輸入回路自檢查功能，實(shí)現(xiàn)誤動(dòng)或拒動(dòng)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(guò)被保護(hù)設(shè)備運(yùn)行歷史記錄保存，合理安排高壓電氣設(shè)備維護(hù)檢修，減輕了“運(yùn)檢合一”崗位員工的工作強(qiáng)度。

（3）通過(guò)各種記錄及監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，加快變、配電過(guò)程中異常事件的反應(yīng)速度，在事故分析和運(yùn)行異常分析時(shí)便于及時(shí)找出故障原因、盡快恢復(fù)生產(chǎn)，對(duì)于鉛鋅廠的連續(xù)大生產(chǎn)至關(guān)重要。

（4）崗位運(yùn)行人員可通過(guò)監(jiān)控畫面及運(yùn)行參數(shù)，快速、全面掌握設(shè)備運(yùn)行情況（如開(kāi)關(guān)位置、母線電壓、負(fù)荷電流、保護(hù)狀態(tài)等）并有針對(duì)性地采取相應(yīng)的防范措施。

（5）繼電保護(hù)定值調(diào)整、校驗(yàn)操作簡(jiǎn)單，效率提高。

5 結(jié)論

6kV系統(tǒng)自動(dòng)化監(jiān)控改造任務(wù)，建立了適合鉛鋅廠需要的體現(xiàn)了先進(jìn)性、安全性、可靠性的開(kāi)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(yùn)行水平與自動(dòng)化水平。