杜培華 山東恒通化工股份有限公司熱電廠
摘要：哈爾濱泛微電子工程有限公司的NPS-2000變電站自動化系統采用先進的分層分布、開放式系統結構，集保護、遙控、遙測、遙信、遙調五大功能于一身，實現了電廠、變電站微機綜合自動化。系統硬、軟件配置穩定性好，可靠性高，開放性好，實時性強，技術先進，使用維護方便。在熱電廠的成功應用表明：NPS-2000變電站自動化系統特別適合6KV～500KV各種電壓等級變電站及發電廠綜合自動化系統的應用。
關鍵詞：變電站自動化系統 系統功能 分層分布 可靠性 穩定性 運行維護 應用效果
山東恒通化工股份有限公司熱電廠現有裝機容量3×15+2×60MW,年發電量15億kwh，供蒸汽200萬噸，是公司30萬噸尿素、25萬噸燒堿、10萬噸雙氧水和PVC生產能力的熱能動力中心。自95年建廠以來，鍋爐和汽機采用霍尼威爾公司的DCS控制系統，電氣仍采用傳統的控制保護系統，已不能滿足公司蒸汽和負荷自動調節和控制的需要，經多方論證和比較，我們選用了哈爾濱泛微電子工程有限公司的NPS-2000變電站自動化系統。
一、 NPS-2000變電站自動化系統概述
NPS-2000變電站自動化系統是阿繼集團哈爾濱泛微電子工程有限公司推出的新一代多功能產品，采用網絡化設計思想,集監視、控制、繼電保護、計量等功能于一體，在穩定性、實時性、網絡化、現場總線技術運用、監控系統面向對象技術等方面均達到國內先進水平。為6KV～500KV各種電壓等級、發電廠及變電站綜合自動化系統提供了全面整體的解決方案。
二、 NPS2000變電站自動化系統在熱電廠的應用
1、選用原則
1.1可靠性
系統選用成熟穩定的軟、硬件平臺和開發工具，在編程過程中采用面向對象技術、成熟的算法和軟件容錯技術，系統的可靠性高。
1.2開放性
采用開放式、網絡化的分層分布式結構，具有良好的開放性能，可與各種微機保護、直流系統、小電流接地裝置、自動準同期裝置等智能設備通信接口。
1.3 實時性
在硬件選擇和軟件設計上充分保證系統的實時性及抗干擾能力。采用ActiveX控件技術，使系統在基于WEB的傳送中，只需傳送少量的變化數據即可，使得系統數據傳輸量大大減少，數據實時刷新率高。
1.4維護、升級性
系統采用模塊化設計，便于系統的維護和升級。可配置從單節點到多節點不同規模的網絡,在廠站級構成的各工作站之間實現資料共享,還可以實現對系統的遠程診斷、維護。
2、系統結構
系統采用分層分布、開放式結構，按縱向分為站級控制層、前置數據管理層和間隔測控層。主要結構如下圖：
站級控制層設備采用分層分布、開放式、面向對象的設計。主機系統為調度站、就地站及工程師站的多機設置方式，各廠站級可以實現數據共享和遠程診斷與維護等功能；主干網為單Ethernet網總線型網絡拓撲結構。上位機基于Windows2000操作平臺，利用Wonderware Intouch8.0組態軟件，組態完成站內監控功能，全面提供設備狀態、監視及控制保護信息的記錄與分析等功能。
前置數據管理層采用貝加萊公司生產的可編程計算機控制器PCC來完成數據采集及其預處理。它集成了工業控制機（IPC）及計算機集散控制系統（DCS）以及可編程邏輯控制器（PLC）的標準控制功能于一體，使之成為一個分時多任務操作系統，智能的分布式控制、基于標準化的開放性、兼容性、通用性以及高度專業化的融合，使其功能更加卓越。
站級控制層和前置數據管理層間通訊的信息量大、開放性要求高,采用快速以太網通訊，通訊媒介占用控制方式為載波監聽多路訪問/沖突檢測(CSMA/CD)方式，遵循TCP/IP通信協議規范。
前置數據管理層與間隔層通訊由于信息量相對較小，通訊速率要求不高，采用PROFIBUS現場總線和RS485網絡。通信媒介為屏蔽雙絞線，通訊控制方式為主從問答方式，采用CDT451協議、IEC870-5-103協議和DNP3.0協議等通信規約。實現收集各個智能單元和綜合設備的上傳信息,并下傳控制命令及定值參數等。
間隔層設備包括測控、保護單元等部分。繼電保護部分采用ALSTOM公司生產的微機型繼電保護裝置，如 MiCom P120系列 數字式過電流保護裝置
MiCom P140系列 數字式饋線管理保護裝置
MiCom P220系列 數字式電機綜合保護與控制裝置
MiCom P340系列 數字式發電機綜合保護裝置
MiCom P630系列 數字式縱聯差動保護裝置
MiCom P920系列 數字式電壓綜合保護裝置
該類裝置具有強大的保護、控制、數據采集、測量、運行參數記錄、故障記錄、事件記錄、故障錄波等功能。除實現有選擇的快速切除被保護組件各種形式的短路故障外，還與監控系統保持密切的通信聯系，以便于操作人員實時了解各類保護單元的工作狀況。
測控部分采用加拿大Power Mesurement Ltd公司的ION6200系列數字式電能表，體積小，精度高，功能強大，可實現系統測量、各相測量、需量測量、峰值需量測量等功能，并可與PCC通訊上傳測量數據。
這三個層次的自動化方案充分利用計算機計算速度快、信息存儲量大的優勢，實時采集各種運行信息并按預定策略調整定值、跟蹤調節自起動負荷或按繼電保護和控制要求進行實時控制，各種信息和上級調度命令通過通信技術實現信息的上傳或下發。同時將發變組保護、發電機勵磁系統、自動準同期系統（ASS）、自動電壓調整裝置（AVR），以及滅磁開關、發電機出口斷路器等有機地組織起來構成完善的ECS系統，使ECS實現高層次的邏輯控制功能和數據管理。
3、系統功能
3.1 實時數據采集：
遙測：電廠電氣設備運行的各種實時數據，如發電機電壓電流、母線電壓、線路電流、變壓器溫度、功率、頻率等；
遙信：斷路器位置、刀閘位置、變壓器分接頭位置、瓦斯信號、各種事故及報警信號；
3.2數據統計和處理：
限值監視和報警處理：多種限值、多種報警級別、多種告警方式、告警閉鎖和解除；
遙信信號監視和處理：遙信變位次數統計、變位告警；
運行數據計算和統計：電量累加、分時統計、運行日報、月報、最大值、最小值、負荷率、電壓合格率統計；
3.3操作控制：斷路器及刀閘的分合；變壓器分接頭調節；發電機調壓調速等.
3.4運行記錄：遙測越限記錄、遙信變位記錄、SOE事件記錄、設備投停記錄、遙控遙調操作記錄、保護定值修改記錄。
3.5保護信息：保護定值顯示及修改、保護運行狀態監視、保護動作信息、自檢信息、保護故障錄波波形及事件記錄。
3.6人機界面：電氣主接線圖，實時數據畫面顯示，實時數據曲線顯示，畫面調用方式有菜單和導航圖，各種參數在線設置和修改，畫面拷貝和報表打印，各種記錄打印。
3.7歷史數據: 定期地將處理后的數據保留入歷史數據庫，以供趨勢分析、統計計算用。歷史數據采樣頻率及存儲期限用戶可自己設定，根據需要還可以進行轉儲、備份。
3.8報表功能:根據實際需要組織報表格式、數量及打印時間。可以自動或在線生成日報、月報、年報等各類報表。可隨時打印，也可設置打印時間，到時自動打印。提供歷史報表召喚、打印。
3.9棒圖、趨 勢 圖顯示:可隨意在線組織棒圖、趨勢圖，可以是電壓、電流、功率等模擬量，以觀察實時及歷史趨勢。
3.10事件管理:用戶能夠監視和管理整個系統發生的事件，包括保護動作，報警及站內其它事件,并可以設定存儲期限。
3.11報警及事件查詢:用戶能夠按時間、事件性質及開關號查詢系統發生的事件。事件記錄存儲時間根據需要設定。
3.12操作員管理:對能夠進入系統的工作人員分級，不同級別人員只能進入相應安全級別，進行相應級別操作；同時對其所進行操作進行記錄存檔。
3.13 GPS校時功能：提供網絡方式GPS硬件對時。GPS裝置只需給出一副接點，通過一個網絡，即可對所有設備提供硬件對時。
3.14電壓無功控制功能：以手動或自動方式進行電壓無功控制VQC。
3.15小電流接地選線功能：發生小電流單相接地時，系統自動報警并顯示出接地的線路及相別。
3.16系統自診斷與自恢復功能。
3.17保護功能：主設備或每條線路配備獨立的保護裝置，各單元間無直接電氣聯系。保護裝置具有保護、控制、數據采集、測量、運行參數記錄、故障記錄、事件記錄、故障錄波等功能。具有強大的自檢功能，其自診程序可以方便準確地顯示故障原因。可實現就地/遠方定值整定功能。
4. 應用效果
NPS-2000變電站自動化系統自2000年在我廠3#機組投運以來，系統運行穩定，連續工作時間長，利用率高，為安全生產提供了可靠的保障。后來又在4#、5#（60MW）機組中使用,三臺機組之間通過網絡通訊,為系統調度提供實時信息和決策支持。系統的高可靠性、高穩定性使維護的工作量日趨減少，基本上達到免維護的要求，取得較好的應用效果：
4.1 減少了運行值班人員，改善了工作環境，為實現無人值班創造有利條件。
4.2 自動化系統采集的信息量大，實時性強，分辨率高，故障、事故、越限、狀態變化等報警和歷史事件能自動記錄和打印，并能分辨出各種操作和保護的動作順序及時間，為及時發現設備缺陷，避免設備事故的發生起到重要作用；為事故情況下原因分析及消除隱患提供充分的依據。
4.3 對于值班人員的任何操作，系統都嚴格檢查命令的合法性和閉鎖條件，拒絕執行非法命令和不滿足閉鎖條件的操作指令，對于滿足條件的操作，還須確認以后才執行操作，從根本上杜絕了誤操作。
4.4 微機保護裝置準確率高，靈敏性好，故障發生的位置、類型可直觀、準確的顯示，為及時事故處理提供可靠支持，避免事故的擴大。
4.5 微機保護裝置比常規控制保護設備體積小、占地少，節省控制室占地面積，節約了成本，提高了經濟效益。
三、 NPS2000變電站自動化系統的運行維護
1. 數據備份:可定期將工程數據進行備份。例如將工程文件夾(C:\***_Project)和歷史數據記錄文件夾（D:\lgh）中的所有文件拷貝出來，以便需要時從備份中獲取數據。
2.數據恢復:在操作系統和Intouch軟件正常運行時，如果出現監控系統運行不正常，可將備份文件拷貝到相應文件夾進行數據恢復。注意：在系統不正常期間可能丟失一些歷史數據。若判斷組態軟件出問題則可將組態軟件卸載并重新安裝。
3.監控系統的運行維護：定期打開任務管理器查看系統的運行情況如內存使用，CPU占用率，并作記錄。及時終止除OPCLink、Histdata、Intouch8.0 View三個正常運行程序外的其他任務，防止系統運行速度變慢。
4.上位機與下位機PCC通訊故障的處理
在一般情況下系統可自動恢復。如果不能自動恢復，檢查發現下位機Error燈亮，可按將其停電，大約30秒后再給電。如果下位機Run燈是亮的，可以登陸系統管理員，在Windows任務管理器中，使用PING命令測試網絡的連接情況，如Ping 192.168.0.99（PCC的IP地址）。如果網絡不通則檢查交換機、網線等設備和網線連接情況，直至故障排除。
5.下位機與測控、保護裝置通訊故障的處理
當上位機報警提示某臺保護裝置通訊故障時，首先檢查保護裝置運行是否正常、是否失電、保護單元的設置是否被改動；若都正常的情況下，再檢查下位機到保護單元的通訊接線（連接介質是帶屏蔽的兩芯或三芯絞線電纜）是否斷開短路、RS232\RS485轉換器是否正常等。最后檢查下位機自身是否有問題。智能電度表、小電流接地系統、直流電源系統與下位機出現通訊故障時處理與以上相同。
四、 結束語
NPS-2000變電站自動化系統在硬件上采用分層分布式結構，在軟件上采用了面向對象的程序設計方法，使整個系統組態靈活、人機界面友好、功能齊全、使用方便、維護簡單。特別是將發變組保護、發電機勵磁系統、自動準同期系統（ASS）、自動電壓調整裝置（AVR），以及滅磁開關、發電機出口斷路器等有機地組織起來構成完善的ECS系統，提高了電廠的綜合自動化水平。同時根據多年投運情況表明，系統的設計是合理的，在熱電廠采用以微機監控為主、簡化常規操作為輔的模式是可行的。對于采用傳統繼電保護的熱電廠二次設備技術改造及新建很具推廣價值。
作者簡介：杜培華，男，1971年出生，本科，現負責熱電廠微機監控與保護系統的運行與維護。
