微机继电保护在化工企业的综合利用和研究

一、概述
随着公司生产规模的扩大和生产自动化水平的提高, 生产工艺对电气系统自动化程度的要求也越来越高，促使微机继电保护装置在我公司电力系统中大规模投入使用。电力系统上各种智能设备采集的模拟量、开关量、一次设备状态量大大增加，运行人员可以从中获取更多的一、二次设备的实时信息。但是，由于目前的微机型二次设备考虑较多的是对以往设备功能的替代，导致这些设备基本上是独立运行，致使它们采集的大量信息白白流失，未能得到充分利用。
公司的电力系统是一个不可分割的整体，对整个系统的一、二次设备信息进行综合利用，对保证安全供电具有重大的意义。近几年，计算机和网络技术的飞速发展，使综合利用整个电力系统的一、二次设备信息成为可能。综合利用整个电力系统智能设备所采集的信息，人为或自动对信息进行计算分析，并调整继电保护的工作状态，有利于工作人员分析处理事故、调整运行方式和进行设备的技术管理工作。能实现以下主要功能：
1、对各个6KV主要变电所的运行情况进行实时监控，科学调度管理；
2、实现对各类复杂的系统事故进行快速准确定位和处理；
3、使用各类装置的故障录波和故障信息记录，快速准确查找分析故障原因；
4、通过对给类装置的编程功能、开入量的综合利用实现电气设备本身的连锁和配合仪表DCS控制系统；
5、远距离对继电保护装置进行调整、切换；
6、对系统中运行的继电保护装置的可靠性进行分析研究。
二、系统构成
各个变电所现场的微机继电保护装置、智能信号采集装置和各类自动调控装置根据各自不同的特点，利用不同的通讯方式组成本变电所的综合自动化调度管理系统：01＃、02＃、05＃变电所采用RS232和RS485串口通讯方式，把现场的西门子微机保护装置、南瑞中德的NSP-7xx系列分散型保护监控单元、南瑞电控的微机发电机励磁装置和智能电度表等各类的单个智能设备连接起来，利用NSC2000厂站自动化系统软件组成各变电所独立的综自调度管理系统；03＃、04#变电所采用工业以太网和现场总线的通讯方式，把北京德威特德公司的600系列、9000系列的微机继电保护装置和现场智能电度表连接起来，利用DVP3000变电站综合自动化软件组成03#、04＃变电所的自动化管理系统。
各个变电所通过利用通讯电缆、光缆的通讯介质，组建各变电所之间的电力调度系统局域网，在总降调度室统一组态，供运行人员使用，监控全公司主要变电所的运行情况，并对其进行调度管理。通讯结构如图
1、图2所示：
三、实际应用情况分析和研讨
1、实现对11OKV变电站和各个6KV主要变电所的运行情况进行实时监控，以便运行人员能够及时准确的了解系统的运行状况，对系统运行方式实现科学调度管理，是公司的整个供电系统处于安全、可靠、经济的状态。同时技术人员可以利用计算机智能软件和过程能量优化技术，对收集的所有信息进行分析、计算，根据供电系统的实际情况及时调整运行方式，降低供电线路和变电设备的用电损耗，且促进供电系统安全稳定长周期运行，实现节能减排，降低企业的生产成本，增强企业产品的市场竞争力。
2、实现对各类复杂的系统事故进行快速准确定位和处理，目前的保护和故障录波器的故障测距算法，一般分为故障分析法和行波法两类。其中行波法由于存在行波信号的提取和故障产生行波的不确定性等问题而难以在生产中得到较好的运用。而故障分析法如果想要准确进行故障定位，必须得到故障前线路两端综合阻抗、相邻线运行方式、与相邻线的互感等信息，很显然，仅利用保护或故障录波器自己采集的数据，很难实现准确的故障定位。另外，对于比较复杂的故障，单端分析手段已经无法正确判断故障性质和故障距离。我们知道，得到的系统故障信息愈多，则对故障性质、故障位置的判断和故障距离的检测愈准确，因此，通过对调度端数据库中已经储备了所有一次设备参数，通过共享EMS系统的数据，可以获得故障前系统一次设备的运行状态。故障发生后，线路两端变电站的客户机可以从保护和故障录波器搜集故障报告，上送到服务器。调度端服务器将以上信息综合利用，通过比较简单的故障计算，就可确定故障性质并实现准确的故障定位。
3、使用各类装置的故障录波和故障信息记录，快速准确查找分析故障原因，系统发生事故后，往往有可能伴随着其它保护或相邻回路保护的误动作。传统的事故分析由人到各个保护动作地点收集数据进行分析完成，受个人经验、水平和老式继保装置性能的影响，易出现偏差。由于由微机继电保护组成综合自动化系统搜集了故障前后系统一次设备的运行状态、运行数据和变电站保护和故障录波的故障报告，可以综合线路两端保护动作信息及同一端的其它保护动作信息进行模糊分析，并依靠保护和故录的采样数据计算，从而能够迅速准确的做出判断。
4、通过对微机继电保护装置的编程功能、开入量的综合利用实现电气设备本身的连锁和配合仪表DCS控制系统：可以通过利用西门子公司的第4代微机型保护7UM62装置内置于名为ANSI66的功能模块中的热模型，以高压异步电动机的定子电流为初始值，间接计算出转子的实时温度，当该温度超过电机的再启动限值时，就不再允许电机再次启动，直到温度降低限值温度以下；我公司的热电联产的两台发电机组（16MW＋30MW）西门子7UM62装置中的PLC编程模块对采集到的发电机的电流、电压进行分析判断发电机是否处于过负荷状态，一旦过负荷就送出两对节点，一对节点采集到总降PLC系统解列减载系统做为判据，一对节点被送到总降后台信息报警系统，提醒运行人员调整发电机运行状态。
另外我们利用北京德威特公司的DVP9000系列的装置的12路开入量和12路出口继电器之间的相互关联和配合，把速断、差动保护动作信号关联闭锁电动机的合闸回路，防止工艺现场操作人员再次合于故障造成事故扩大；把开关柜的接地刀闸位置、断路器位置通过开入量接入微机继电保护装置，关联断路器的分、合闸回路，完善补充高压开关柜的“五防”措施；把设备现场分、合闸，DCS分、合闸，控制室分、合闸以及DCS工艺连锁信号引入微机继电保护装置，准确记录动作信息以便事故情况下快速确定具体的动作回路，分析查找原因解决故障。
5、远距离对继电保护装置进行调整、切换，以便快速适应运行方式的调整变换，我公司使用的南瑞中德的NSP-7xx系列保护装置和北京德威特的9000系列的微机继电保护装置都可以设置5套不同运行方式的保护定值且可以实现远距离切换调整，便于调整运行方式时，及时调整继电保护定值适应改方式下系统的安全稳定运行。
6、对系统中运行的继电保护装置的可靠性进行分析研究，通过与继电保护管理信息系统交换保护配置、服役时间、各种保护装置的正动率及异常率等信息，通过计算机软件可以实现对继电保护装置的可靠性进行分析。特别是当某种保护或保护信号传输装置出现问题，并暂时无法解决时，通过将此类装置的可靠性评价降低，减轻系统对此类保护的依赖，通过远程调整定值等手段，实现与上下级回路的保护的配合，防止因此类保护的拒动而扩大事故范围。
四、分析存在的问题，探讨解决方法
1、安全性问题：由于电网继电保护综合自动化系统的功能强大，并且可以控制运行设备，与电网的安全稳定运行息息相关，因此在设计之初，就必须对系统的安全性问题给予足够重视。可以说，安全性解决的好坏，将是微机继电保护综合自动化系统能否运用的关键。初步设想，调度端服务器必须采用双机热备用方式保证硬件安全；通过远方修改保护定值时，客户机必须通过加密的数字签名核实调度端传送定值的可信度，并通过校验码及数据回送保证定值的可靠性。并且，当客户机向保护传送定值时，必须不能影响保护的正常性能。在这方面，还需要做大量的工作。
2、规约问题，需要将全网所有微机保护、故障录波器和现场智能采集设备到了一起，如果能够解决好信息的组织及传输规约，将对系统实施起到事半功倍的作用。因此，希望参照国外标准，尽快建立国内继电保护信息组织规约。
五、结束语
通过以上分析，我们可以看到随着微机继电保护在化工企业的广泛应用，变电站综合自动化系统的实现，将给化工企业的继电保护工作带来一次质的飞跃，它将能大大加强继电保护的效能和可靠性，对保证企业供电系统安全稳定运行具有重大的意义。希望今后科研、运行、设计人员加强对综合利用微机继电保护装置和相关智能设备信息的研究，进一步提高微机继电保户综合利用的科学性、合理性和快捷性。