NSC系列通用厂站监控系统在天脊煤化工集团公司的应用高伟杰闫银燕作者单位：天脊煤化工集团公司电气厂邮编：047570摘要]我厂应用南瑞集团中德保护公司的NSC系列保护监控设备，采用了6KV系统中性点经小电阻接地与变电站综合自动化系统相结合、在变电站综合自动化系统录入仪表DCS信号、变电站综合自动化系统与信息局域网进行数据交换等自主创新技术对总降站进行了综合自动化改造，摒除了以前老式继电保护和监控系统的性能不稳定，监控不方便的弊端，实现了遥测、遥信、遥调、遥控的四遥功能，监控系统实现了自动化，大大提高了系统运行和维护的稳定性，经济性，快捷性和智能性。关键词]变电站综合自动化站控级主单元分散型间隔级保护监控单元小电阻接地功耗电磁兼容一、概述我公司供电系统总降站包括4台110KV主变压器、2台6KV自备发电机组、3个6KV枢纽变电站、2路110KV输入电源、2个110KV配出线路、130多个6KV配出线路，以及发电机励磁装置、UPS装置、同期装置、低周减载装置、解列减载装置、直流屏等设备。改造前，以上所有主辅设备的测量、控制、保护、调整、监视基本采用传统的分散式结构，即测量单元、控制单元、保护单元、调整单元、监视单元均各自组屏，或混合组屏但各自功能相互独立。在这种模式下，总降集控室组屏多达20多面，屏间距离相距较大，最大跨距30多米，给运行人员监盘造成极大的不便，特别在事故状态下，表现的更为突出。随着我公司生产规模的扩大和对合成氨、复肥、硝酸、供水、锅炉等生产系统进行了大面积的仪表DCS（集散控制系统）改造后,生产工艺对电气系统自动化程度的要求也越来越高，要求电气控制系统能与仪表的DCS系统能够完全融合，并且能够实现对公司整个电力系统的运行状况进行监控，监控一次设备的状态，实现四遥（遥测、遥信、遥调、遥控）甚至五遥，及历史记录、报表、事故分析等等。综合以上原因我公司电气厂采用NSC系列通用厂站监控设备对公司总降站的整个电气系统进行了综合自动化改造。二、我公司NSC系列通用厂站监控系统的配置特点1、针对自己设计的硬件电路在原理、工艺、元器件选择、加工调试等诸方面存在的各种问题，该系统的110KV线路保护装置、发电机保护装置、主变保护装置和工控机等主要硬件采用西门子原装进口产品，从而使硬件质量提高了一个档次，提高了主要设备的运行可靠性。2、站控级主单元除了提供通用的RS-232、RS-422/485串行接口模件外，还提供了能同时接口以太局域网LAN(LEEE802.3)和现场总线（FieldBus）的能力，达到了国际上现行的通用的标准，这就为整个站控级的扩展、级联、组网、升级等带来方便，这就是一般自己设计的硬件难以达到的，即使国外进口的RTU一般也无此功能，例如Gr90。这些方便了与公司局域网的连接和以后设备的增容改造。4、通信媒介既可以采用双绞线、屏蔽电缆等多种灵活方式，也可以采用光纤技术，以减少电磁干扰。5、主单元软件结构为模块化设计，串行通信CPU和主板CPU间采用双口RAM技术，这样通信速度、容量大大提高，软件结构清晰，模块化强，并具有很大的可移植性和扩充性。6、配置的灵活性与可选择性导致系统集成的多样化，既可以从基本的硬件配置开始，构成远方终端单元RTU模件（NSC-1），也可以扩展升级构成集中组屏的厂站自动化系统NSC2000。7、在笔记本电脑上开发了专用的参数化、测试与诊断软件，为现场运行带来方便。三、此次改造系统配置图NSC系列通用厂站监控系统的设备按其性能可分为三部分：后台机、工控机为管理级设备；前置机、串口转换装置NSC60、通信装置MOXAC320、厂站时钟同步装置NSC20（GPS）为厂站级设备；7UM-621、7UT612、7SJ622发电机变压器保护单元，NFM/NLM分散型间隔级监控单元，NSP-7xx系列分散型保护监控单元等等为间隔级设备。我厂此次改造的系统配置结构如图一所示：NSP7xx后台备机后台主机工控机前置机M0XAC320(16路)备机NSC60RS48转RS232NSP7227SJ6227UT612NFMNLM7UM621NSP7xxNSP7xxNSP7xxNSP7xxGPS图一四、此次综合自动化改造能实现的功能1、数据采集功能模拟量的采集，这包括两方面的内容，其一是对常规变送器输出的0－±5伏、0－±10伏、0～20mA、4～20mA直流信号进行采集；其二是指直接同CT、PT耦合，在经串行口输出的量，例如进线测量，主变高、低压侧的测量，馈线测量等，它们由西门子万用电器传感器来实现电压电流的采集，从而再计算出有功、无功、视在功率、频率、相角、功率因数等。开关量的采集，它包含对单状态输入或双状态方式输入的断路器或刀闸、保护信号、主变分接头位置等状态信号的采集。脉冲量的采集，可以对脉冲电度表输出的脉冲做累加、存储、转换等处理。数字量的采集，它包括对以BCD、二进制等各种形式输入的数字量进行采集和计算。控制输出，可以输出分、合控制命令，实现对断路器的分、合控制，也可以对变压器的有载调节输出升、降、急停命令，进行保护信号复归，还可根据要求完成一些较为复杂的控制操作。调节输出，可以输出模拟量以完成所要的偏差调节和其它方式的调节，此功能为选件。2、实时监控、事件记录、报表显示数据采集上来以后经过系统的编译、处理和存储就实现了实时监控、报表显示和事件记录功能。实时监控功能其一能使运行人员在控制室的后台机上对各回路进行实时监控，及时掌握各条回路、大型电气设备的运行状态和负荷的变化情况，提高了处理异常事件、突发事故的成功率；其二是工作人员能在后台机上遥控断路器的断、合，遥调变压器的档位，这些操作需要操作人员和监护人员输入各自不同的密码才能进行，无疑是大大增加了操作的快捷行、规范性、可靠性和准确性。事件记录功能是指系统能自动的以2ms的分辨率记录遥信、遥控、节点投退。保护动作等事件发生的时间和内容，通过查阅这些信息便于技术人员准确分析运行情况，及时查找事故原因，做出准确快速的处理。报表显示功能指系统每小时采集一次需要记录的数据装入报表中，及时准确反映系统的运行情况，摒除了人工抄表的繁琐、不及时、不准确的弊端。五、科技创新点1、根据化工企业自身的特点，将仪表DCS信号统一录入到变电站综合自动化系统中参与电气控制连锁、事故追忆和故障分析。2、将综合自动化系统信息通过以太网与公司信息局域网连接，数据单向上传至局域网，在满足各管理层人员随时查看、调用相关信息的同时保证了综合自动化系统的信息安全。3、提出并且在综合自动化装置外部回路实现了“速断保护闭锁合闸回路”的连锁控制功能，弥补了装置本身不能实现速断保护闭锁的弊端。4、充分考虑了化工企业自身的特点，将110KV线路、110KV变压器、6KV发电机配出单元采用了专用的间隔层单元进行测量、控制、保护。5、结合我公司6KV系统多为电缆线路，系统电容电流大的现状，将6KV一次系统中性点小电阻接地改造（原理图如图二所示）与变电站综合自动化改造相结合，大大降低了系统单相接地造成的弧光过电压现象，同时提高了单相接地故障的选线可靠性，降低了接地故障对6KV系统的绝缘损坏，促进系统的安全连运。6KV母线转角接地变接地电阻零序CT图二六、新旧设备优劣比较新装的NSC系列通用厂站监控系统是变电站综合自动化系统，它通过经常性的自检和提供多组整定值来提高系统的可靠性。传统的继电保护装置每年最多只能校验几次，装置动作正确与否只有动作后才知道。而基于微机的保护单元却经常处于自检状态，包括温度监视在内，一有异常立即报警。此外，传统的继电保护装置一般只提供一套定值，而保护单元可以提供多套定值，甚至可以动态修改定值，以适应不同运行方式的要求。在系统配置上，除保留了保护单元独立工作的传统特点外，保护单元故障时，控制单元还可以起到某些后备保护的作用。通过面向现场分散布置和软件闭锁，节约了大量的电缆、用地和基建工程量，这就大大降低了工程改造的造价。面向现场分散布置的第一个特点，就是用极少量的通信电缆来取代大量长距离的信号电缆，用软件闭锁来取代或简化二次闭锁回路，节约大量电缆和相应的施工和调试工作量。其次，由于分散布置，这大大减少了控制室内屏柜的安装数量，改善了设备的运行环境和运行人员的工作环境。最后，由于综合自动化设计的软件化，传统上大量繁杂的现场点对点的调试工作，已有厂家（提供NSC系列通用厂站监控系统的中德保护公司）软件组态建库为主来替代。这样，现场基建和工厂验收就可平行进行，加快工程的整体进度，节约了时间。我厂采用南瑞集团中德保护公司的NSC系列保护监控设备对总降01＃变电所进行了综合自动化改造后，实现了遥测、遥信、遥调、遥控的四遥功能，监控系统实现了自动化，大大提高了系统运行和维护的稳定性，经济性，快捷性和智能性，更好的满足了化工生产的连续性、稳定性的要求，为我公司的稳产、高产打下了坚实的基础。七、综合自动化系统在化工企业中应用应注意的事项通过对整个综合自动化改造过程和改造后运行中出现的问题及解决方法的了解，我认为在化工企业中进行此类项目的改造工程应注意以下几点：1、为了系统的稳定性和安全性，厂站级单元设备、通信设备（包括路由器、MAX卡、通讯转换装置等这些小型设备）的电源都必须采用工业不间断UPS电源供电，以保证在系统故障特别是系统失电的整个综合自动化系统正常运行，方便运行人员对事故情况的准确了解和处理，缩短事故处理的时间。2、现代电子器件因大量使用CMOS电路，极易受到静电和电磁波的干扰和损坏，所以必须注意一下三点：其一，由于在国内现在生产保护监控装置的厂家比较多，我们在选择此类产品时，对厂家在电磁兼容性方面提出严格的要求；其二，在接触各模件时，必须现通过触摸金属外壳将手上静电释放，并不能接触板上任何裸露的元件；其三，各种信号和通信电缆在连接时必须保证做到线芯不能裸露太长和屏蔽线连接牢固，且不能与动力电缆和整流设备离的太近，若无法避免则应采取加装屏蔽层或屏蔽管的技术措施。例如：我公司此次改造中，由于在两个控制柜间装了一个励磁柜，且通信电缆的线芯裸露太长和屏蔽线没接牢，导致通信装置受到电磁干扰而经常自动复位影响了系统的稳定运行，发现问题后我们通过采取把通信电缆的屏蔽线从新接牢、裸露的线芯截断、柜子间加装屏蔽层等措施及时解决了这个问题。3、随着电子产品的集成化程度的日益提高，继电保护、监控等综合自动化装置的功能越来越强大，伴随而来的就是装置电源功率增大，功耗增加发热严重，然而CMOS电路在高温下运行不稳定且极易损坏，这样以来装置散热性能的好坏就成了设备运行是否可靠的关键因素。在化工企业中，环境中存在各种各样的腐蚀性气体和导电尘埃是不可避免的，为了设备的安全装置必须密闭性良好，但密闭的环境中更不利于散热，这就要求化工企业在选择此类产品时，应在满足技术要求的前提下，选用功耗低、散热性能优良的产品。八、结束语6KV系统中性点经小电阻接地与变电站综合自动化系统相结合、在变电站综合自动化系统录入仪表DCS信号、变电站综合自动化系统与信息局域网进行数据交换、在装置外部实现“速断保护闭锁合闸回路”的连锁控制功能等的成功应用不但大大提高了我公司的供电系统自动化程度和本质安全度，并且在化工企业新建变电站和对旧变电站综合自动化改造工程中很具推广价值。