摘要：目前我國(guó)電力系統(tǒng)中正在逐步應(yīng)用和推廣綜合自動(dòng)化技術(shù)，本文簡(jiǎn)要介紹分散式變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的基本構(gòu)成、典型結(jié)構(gòu)和技術(shù)特點(diǎn)，對(duì)常用的SEL保護(hù)裝置、PML監(jiān)測(cè)裝置等設(shè)備的主要性能也作出說明，針對(duì)電解鋁行業(yè)變電整流所的特殊性，探討了應(yīng)用綜合自動(dòng)化系統(tǒng)時(shí)應(yīng)注意的事項(xiàng)和提高系統(tǒng)可靠性的措施，提出了自己的建議方案，同時(shí)對(duì)此系統(tǒng)應(yīng)具備的功能也做了描述。
　　
　　關(guān)鍵詞：綜合自動(dòng)化，繼電保護(hù)，監(jiān)測(cè)，電解鋁，可靠性
　　前言在一個(gè)電解鋁廠中，變電整流所及開關(guān)站是全廠的動(dòng)力能源中心，為保證其安全可靠運(yùn)行，需選用靈敏可靠的繼電保護(hù)裝置及精確的測(cè)量裝置。以往電解鋁廠的變電站普遍采用大量常規(guī)繼電器及常規(guī)儀表構(gòu)成繼電保護(hù)系統(tǒng)和測(cè)量系統(tǒng)，這樣不可避免的使系統(tǒng)存在設(shè)計(jì)工作繁雜、控制電纜敷設(shè)量多、可靠性和靈敏性不高、安裝調(diào)試維修工作量大等問題。近年來，隨著微機(jī)智能保護(hù)裝置、智能測(cè)量設(shè)備和計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展，采用先進(jìn)可靠的綜合自動(dòng)化系統(tǒng)來改造原有變電站和裝備新建變電站已成為大勢(shì)所趨，分散式綜合自動(dòng)化系統(tǒng)能夠真正實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)、就地監(jiān)測(cè)、遠(yuǎn)動(dòng)的統(tǒng)一，保護(hù)功能和監(jiān)測(cè)功能均在就地分散安裝的裝置中完成，監(jiān)控的結(jié)果以數(shù)字信號(hào)送入監(jiān)控微機(jī)，高性能的監(jiān)控微機(jī)具備遠(yuǎn)動(dòng)功能，能夠做到遙測(cè)、遙控、遙信、遙調(diào)，對(duì)于電解鋁廠的變電整流所來講，分散式綜合自動(dòng)化系統(tǒng)有廣闊的應(yīng)用前景。以下就筆者了解的分散式變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)做一簡(jiǎn)要介紹，并分析此類系統(tǒng)今后在電解鋁廠的應(yīng)用中需考慮的問題及解決措施，供大家參考。分散式變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)系統(tǒng)采用單元結(jié)構(gòu)，以微機(jī)保護(hù)裝置和智能監(jiān)測(cè)裝置為核心，實(shí)現(xiàn)分散安裝，減少大量二次電纜的敷設(shè)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔，功能全，可靠性高，可視為一個(gè)特殊的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。目前國(guó)內(nèi)的系統(tǒng)集成商大多以美國(guó)SEL系列微機(jī)保護(hù)裝置、加拿大PML系列電智能監(jiān)測(cè)裝置、監(jiān)控微機(jī)、各種品牌的PLC以及自行開發(fā)的計(jì)算機(jī)軟件來構(gòu)成系統(tǒng)。系統(tǒng)組成SEL微機(jī)保護(hù)和PML智能監(jiān)測(cè)裝置：均為模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，具有多種規(guī)格的遠(yuǎn)程數(shù)字通信接口，支持分散安裝和上位監(jiān)控SEL微機(jī)保護(hù)裝置把多保護(hù)功能集中在一套裝置中，并通過軟件完成定值整定、修改、保護(hù)投退等功能；PML智能監(jiān)測(cè)裝置集測(cè)量
　　  
　　              
　　 　　
　　圖1110KV及以下變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)
　　1． 常用的保護(hù)和監(jiān)測(cè)裝置
　　SEL---551線路及電動(dòng)機(jī)過流綜合保護(hù)裝置，主要功能如下：
　　•瞬時(shí)過流、定時(shí)限過流、反時(shí)限過流
　　•帶順序配合的自動(dòng)重合閘
　　•接地零序瞬時(shí)過流、定時(shí)限過流、反時(shí)限過流
　　•SELogic可編程功能，邏輯控制方程可生成多種保護(hù)方案
　　•負(fù)序瞬時(shí)過流、定時(shí)限過流、反時(shí)限過流
　　•事故順序紀(jì)錄報(bào)告和事件儲(chǔ)存功能，
　　SEL---587雙卷變壓器、大型電機(jī)機(jī)電流差動(dòng)保護(hù)裝置，主要功能如下：
　　•高速電流差動(dòng)
　　•高（低）壓側(cè)相（接地）過流后備保護(hù) 
　　•重瓦斯保護(hù)、輕瓦斯報(bào)警
　　•電流測(cè)量、動(dòng)作電流紀(jì)錄、二次和五次諧波測(cè)量
　　•SELogic可編程配置特殊保護(hù)方案
　　•事故順序紀(jì)錄報(bào)告和儲(chǔ)存
　　SEL---351A通用型饋線綜合保護(hù)裝置，主要功能如下：
　　•過電流、低電壓/過電壓、低頻率/過頻率、功率方向保護(hù)，采用相、負(fù)序、零序電流組件、電壓組件的各種組合來保護(hù)饋線及其它設(shè)備
　　•SELogic可編程功能，邏輯控制方程可生成多種復(fù)雜保護(hù)方案
　　•故障測(cè)距及定位
　　•重合閘
　　•事故順序紀(jì)錄報(bào)告和儲(chǔ)存
　　PML75000ION智能電力監(jiān)測(cè)裝置，取代常規(guī)儀表、變送器等：
　　•測(cè)量一回線路或設(shè)備的全部三相電量，自動(dòng)紀(jì)錄測(cè)量量的最大值和最小值，U、I測(cè)量精度為0.1%，KWH、KAVRH的測(cè)量精度為0.5%
　　•最高63次諧波測(cè)量及監(jiān)視
　　•每周波一次高速紀(jì)錄電壓、電流、功率波動(dòng)過程
　　•96周波的故障錄波
　　•24組電量越限監(jiān)視、遠(yuǎn)程通信與聯(lián)網(wǎng)
　　•560個(gè)事件紀(jì)錄和存儲(chǔ),雙RS—485接口，液晶顯示板
　　技術(shù)特點(diǎn)
　�。�1）繼電保護(hù)和監(jiān)測(cè)裝置相對(duì)獨(dú)立設(shè)置，監(jiān)控微機(jī)集中統(tǒng)一管理，在綜合自動(dòng)化中繼電保護(hù)的可靠性是最為重要的，獨(dú)立設(shè)置保護(hù)裝置有利于提高系統(tǒng)的可靠性，SEL保護(hù)裝置一般通過其專用的智能通信處理器（如SEL2030）與綜合自動(dòng)化系統(tǒng)相連，杜絕了通過其他廠家設(shè)備傳輸信息引起數(shù)據(jù)丟失的可能。另外雖然SEL微機(jī)保護(hù)裝置中也兼容了一些監(jiān)測(cè)功能，但普遍存在測(cè)量精度不高、監(jiān)測(cè)功能不全等缺陷，因此系統(tǒng)中獨(dú)立設(shè)置保護(hù)和監(jiān)測(cè)，由監(jiān)控微機(jī)統(tǒng)一管理，在保證系統(tǒng)可靠性的同時(shí)，也保證了監(jiān)控功能的全面性和完整性。
　�。�2）系統(tǒng)分層、分散、系列化、多種配置，可滿足不同用戶的各種具體需求。SEL系列保護(hù)和PML監(jiān)測(cè)系列的規(guī)格品種十分豐富，具有不同形式的通信接口和功能組合，擴(kuò)展性好，便于用戶按其系統(tǒng)的具體功能要求、費(fèi)用預(yù)算、規(guī)模進(jìn)行配置，還可分期分批投資。
　�。�3）系統(tǒng)簡(jiǎn)單、可靠、綜合造價(jià)低，由于SEL保護(hù)裝置和PML監(jiān)測(cè)裝置為模塊化結(jié)構(gòu)，可就地分散安裝，整個(gè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔，在提高可靠性的同時(shí)，還節(jié)省了大量二次電纜，減少占地面機(jī)，節(jié)約投資。
　�。�4）SEL保護(hù)裝置特有的SELogic邏輯可編程功能，保證了用戶可按照不同的運(yùn)行方式配置準(zhǔn)確的保護(hù)方案。PML系列的模塊組合了不同的功能，如故障錄波、諧波分析和諧波越限監(jiān)視、大型電動(dòng)機(jī)起停過程紀(jì)錄、線路負(fù)荷動(dòng)態(tài)過程紀(jì)錄等，可按用戶要求定義啟動(dòng)條件、紀(jì)錄內(nèi)容、提供非常有用的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。
　　
　　一、 電解鋁行業(yè)的特殊性及綜合自動(dòng)化系統(tǒng)應(yīng)用中的需考慮的措施
　　1．電解鋁廠通常是特一級(jí)用電負(fù)荷，一旦供電整流系統(tǒng)發(fā)生故障，如果不能及時(shí)恢復(fù)將造成非常大的經(jīng)濟(jì)損失，因此對(duì)系統(tǒng)設(shè)備的可靠性要求非常高。
　　大型電解鋁廠（進(jìn)線電壓等級(jí)通常為220KV或110KV）的供電整流系統(tǒng)除包含一般變電站的進(jìn)線、母聯(lián)、主變壓器和若干動(dòng)力饋線回路外，另一類相當(dāng)重要的設(shè)備是若干套直降式整流機(jī)組，它將直接為電解槽提供直流電能，通常包括大容量的整流變壓器組、整流柜及自動(dòng)穩(wěn)流裝置和冷卻裝置。整流機(jī)組按照獨(dú)立間隔布置，整流變壓器組又分為調(diào)壓變壓器和整流變壓器；各機(jī)組的自動(dòng)穩(wěn)流裝置、油風(fēng)冷卻裝置以及純水冷卻裝置一般都由PLC進(jìn)行控制，整個(gè)系列還設(shè)有一套系列電流自動(dòng)調(diào)節(jié)PLC。
　　電解鋁廠的綜合自動(dòng)化系統(tǒng)不僅應(yīng)具有完善的保護(hù)和監(jiān)測(cè)功能，還應(yīng)該具有全面的事故報(bào)警和紀(jì)錄功能，既能有效地防止事故的發(fā)生和擴(kuò)大，也能夠在事故發(fā)生后及時(shí)準(zhǔn)確的查找事故原因，便于采取有效措施，防止類似事故再次發(fā)生。
　　2．在現(xiàn)代控制理論中提高可靠性主要采用冗余、分散以及分層手段。具體到綜合自動(dòng)化系統(tǒng)中應(yīng)采取以下措施：
　　系統(tǒng)采取雙機(jī)雙網(wǎng)對(duì)等結(jié)構(gòu)，由于監(jiān)控微機(jī)是面向操作運(yùn)行人員的，而且微機(jī)通常留有開放的軟驅(qū)、光驅(qū)接口，在總投資增加不多的前提下，設(shè)置雙監(jiān)控微機(jī)有利于避免因設(shè)備原因或人為因素造成故障而影響整個(gè)系統(tǒng)。網(wǎng)絡(luò)通信介質(zhì)主要是金屬芯通信線或光纜，常需遠(yuǎn)距離敷設(shè)，故障概率比較高，另外通信介質(zhì)的接口連接處也容易出現(xiàn)問題，采用雙網(wǎng)結(jié)構(gòu)的冗余配置非常合理和必要。
　　SEL保護(hù)裝置、PML監(jiān)測(cè)裝置、PLC都通過冗余的通信網(wǎng)絡(luò)與兩臺(tái)微機(jī)獨(dú)立連接，網(wǎng)絡(luò)和監(jiān)控微機(jī)不僅冗余而且完全對(duì)等，任何一條通信網(wǎng)路或任何一臺(tái)監(jiān)控微機(jī)出現(xiàn)故障，均不會(huì)影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行，能顯著提高提高系統(tǒng)的可靠性。
　　所有SEL保護(hù)和PML監(jiān)測(cè)裝置按間隔采取單元式配置方式，通過裝置的分散設(shè)置，也就減小了故障影響的范圍。電解鋁廠的整流機(jī)組普遍已考慮為N+1方式，即任何一個(gè)機(jī)組出現(xiàn)故障，都不會(huì)對(duì)整個(gè)電解生產(chǎn)造成影響，如果幾套整流機(jī)組共用一套監(jiān)測(cè)裝置，一旦監(jiān)測(cè)裝置出現(xiàn)故障，則所有整流機(jī)組的監(jiān)測(cè)將無法實(shí)施，單元式設(shè)置可以有效避免這類情況的發(fā)生。SEL保護(hù)裝置、PML監(jiān)測(cè)裝置本身具有數(shù)據(jù)和事件的存儲(chǔ)和記憶功能，不依賴通信方式，也能保證故障和事件的可追溯性。
　　通信管理層也采用雙智能通信管理器對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的所有保護(hù)和監(jiān)測(cè)設(shè)備進(jìn)行管理。監(jiān)控微機(jī)以WindowsNT為平臺(tái)，通過以太網(wǎng)還可以提供數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)功能，實(shí)現(xiàn)全廠生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)對(duì)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)數(shù)據(jù)的共享。
　　3．綜上所述，分散式綜合自動(dòng)化系統(tǒng)在電解鋁行業(yè)中可考慮圖2的配置方案：
　　
　　             
　　　　
　　                                                                  圖2電解鋁廠應(yīng)采用的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖
　　
　　三、分散式綜合自動(dòng)化系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)的主要功能
　　1．?dāng)?shù)據(jù)采集：
　　每一回路的V、I、P、Q、COSφ、KWH、KVARH、f、諧波等實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)
　　全部直流電量：直流電壓、電流、電度.，直流電流小時(shí)、電壓小時(shí)、系列電壓、電流
　　斷路器和隔離刀閘的狀態(tài)、保護(hù)信號(hào)和接點(diǎn)狀態(tài)、變壓器分接頭位置和油溫等狀態(tài)量
　　整流機(jī)組、油風(fēng)冷卻器、純水冷卻器、直流刀開關(guān)的運(yùn)行狀態(tài)等
　　2．系統(tǒng)運(yùn)行監(jiān)視：
　　系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)（主接線畫面和多個(gè)分畫面），實(shí)時(shí)顯示主要運(yùn)行參數(shù)，如進(jìn)線電流、有功功率、無功功率、母線電壓、變壓器電流、整流柜溫度、水壓、系列電流、電壓、最大需量等
　　整流機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)、油風(fēng)冷卻器運(yùn)行狀態(tài)、純水冷卻器運(yùn)行狀態(tài)
　　電解系列直流電壓、直流電流運(yùn)行曲線
　　整流變油溫、整流柜水溫、水壓運(yùn)行曲線
　　3． 事故報(bào)警和紀(jì)錄：
　　順序事件紀(jì)錄
　　對(duì)電氣模擬量和非電氣模擬量（如U、I、KWH、KVARH、f、溫度、壓力、液位等）可以設(shè)置上、下限值，但測(cè)量值超越限值時(shí)發(fā)出報(bào)警（聲光方式）
　　開關(guān)量變位可發(fā)出報(bào)警
　　分類紀(jì)錄報(bào)警事件的時(shí)間和日期
　　保護(hù)動(dòng)作紀(jì)錄、系統(tǒng)設(shè)置紀(jì)錄、通信故障紀(jì)錄、操作紀(jì)錄
　　電壓、電流故障錄波
　　諧波測(cè)量和越限監(jiān)視
　　獨(dú)立報(bào)警事故畫面
　　4． 統(tǒng)計(jì)、報(bào)表、打印
　　分類整理實(shí)時(shí)采集的各類電量
　　小時(shí)、日、月、年電能統(tǒng)計(jì)
　　分時(shí)計(jì)費(fèi)功能
　　班報(bào)、日?qǐng)?bào)、月報(bào)等統(tǒng)計(jì)報(bào)表并定時(shí)打印
　　所有畫面、曲線打印
　　每機(jī)組直流電流、系列直流電壓、電流、電流小時(shí)、電壓小時(shí)、功率小時(shí)打印
　　歷史數(shù)據(jù)分類查詢顯示并打印
　　5． 穩(wěn)流控制
　　系列電流的大閉環(huán)穩(wěn)流調(diào)節(jié)
　　系列最大需量控制
　　各機(jī)組電流的自動(dòng)分配
　　系列電流設(shè)定
　　6． 整定值設(shè)定
　　可顯示繼電保護(hù)整定值、保護(hù)的投入和退出情況、設(shè)定保護(hù)定值（通常利用口令設(shè)置權(quán)限）
　　顯示各機(jī)組的控制繞組電流，但電解發(fā)生效應(yīng)或電網(wǎng)波動(dòng)時(shí)，穩(wěn)流系統(tǒng)可以自動(dòng)調(diào)節(jié)飽和電抗器的控制電流，達(dá)到恒流的目的，必要時(shí)自動(dòng)升降有載調(diào)壓開關(guān)。
　　7． 遙控操作
　　在主控室通過鍵盤或鼠標(biāo)可執(zhí)行對(duì)斷路器、刀閘、有載調(diào)壓開關(guān)等設(shè)備的的操作，還可以進(jìn)行停、送電操作、母線切換操作，油風(fēng)冷卻器、純水冷卻器的啟停操作，遠(yuǎn)動(dòng)操作與就地操作互相閉鎖，每個(gè)被控對(duì)象同時(shí)只能執(zhí)行一條指令。
　　
　　二、 結(jié)語
　　綜合自動(dòng)化系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)總降改造項(xiàng)目及一些小型技改項(xiàng)目中已經(jīng)采用，效果良好。但如何將綜合自動(dòng)化系統(tǒng)應(yīng)用于電解鋁廠的大型變電整流所改造，特別是最近開工的電解鋁工程中應(yīng)如何充分利用這類系統(tǒng)，系統(tǒng)的可靠性與投資費(fèi)用如何掌握，仍是一個(gè)需認(rèn)真思考的題目，本文在這方面作了一些探討，可供今后確定電解鋁工程綜合自動(dòng)化系統(tǒng)方案時(shí)參考。