配电自动化系统在PVC工程中的应用

【摘要】结合北京德威特电力自动化集团的DVP-600系列分散式微机保护单元和DVPS-600系列综合管理自动化系统在锦化化工集团新建“八万吨聚氯乙烯装置” （即PVC）304配电所的工程应用，详细介绍了配电自动化系统的结构和功能特点，并为今后我国化工行业在工艺控制及配电自动化系统的设计选型和工程实践方面，提供了一套现代化的解决方案。 【关键词】配电自动化系统、PVC工程、10KV配电所、微机保护、自动化装置、综合管理自动化、软件和硬件等。 随着以计算机技术、通讯技术和电子技术为代表的3C技术的飞速发展，我国在化工生产装置的自动化控制方面已经赶上了国外发达国家的水平。各大型引进装置和工程项目基本上实现了DCS系统和工艺控制的自动化，这就对配电系统的稳定性和可靠性提出了更高的技术要求。只有采用微机监控技术，提高配电系统及工艺装置整体的自动化水平，才能不断满足工艺进步和生产发展的技术要求。但是，由于过去对电气自动化的认识不够和经验不足，很多化工装置的配电系统还处在设备陈旧、技术和管理相对落后的情况之下，尤其在以10KV和6KV为代表的生产配电系统，自动化装置的应用更不多见。伴随着“九五规划项目”的建成投产，锦化化工集团先后建成了“八万吨离子膜烧碱”、“八万吨聚氯乙烯”（PVC）、“十二万吨离子膜烧碱”、“八万吨环氧丙烷”等大型化工装置，并配套建设了六座大型现代化微机变电所，真正实现了配电系统和化工装置的全面自动化。通过几年来的运行，取得了一定的经验。本文通过对PVC装置新建304配电所10KV配电系统微机监控系统的技术分析，阐述了分散式微机保护装置在化工生产领域应用的巨大优越性，并对工程实践中如何因地制宜的实现工艺控制和配电系统自动化的具体设计方案进行了分析，希望能为今后的装置建设提供一些值得借鉴的经验。 一．综合自动化系统方案的确定: 锦化304配电所是我公司九五重点工程项目“八万吨聚氯乙烯装置” 的中心变电所，该所由60台KYN-10(Z)高压开关柜组成，分为10KV和6KV两个部分，承担着装置区内2台8000KVA主变、10台2000KVA配变和20几台大功率高压电机等全部设备的生产供电任务。按照外方工艺要求，生产、配电系统所有关键设备的动作信号和连锁状态均需通过专用控制电缆，与DCS控制室实现互联。要保证如此庞大的供电系统安全,满足化工装置生产稳定性、连续性和连锁控制的技术要求，就必须采用微机保护和综合管理自动化系统。 大家都知道，通常微机保护系统按其结构形式一般可分为集中和分散式两种。集中式与传统的结构形式相近，即所有的二次设备均需按照功能划分为不同的子系统；通过控制电缆在中央控制室的控制屏上进行集中管理，这样不但浪费电缆、接线复杂，而且对现场控制室而言，至少要8-10台控制盘，不但日后的维护和检修的难度很大，就是正常的运行管理也很困难。分散式装置则不同。它将所有的继电保护等控制功能按配出类型划分为不同的功能单元，下放到各开关柜，真正做到了保护功能的分散化、控制系统的集中化。这与常规保护的接线方式和控制原理完全相同，工人易于掌握理解。而一条普通的屏蔽双绞线就将整个系统的后台管理微机和各个柜上的微机保护单元联为一体，不但使控制室的面积大大减小，而且系统安全运行的可靠性也大大提高了。 通过上面的分析和比较，我们最终选择了最符合我们技术要求的北京德威特电力自动化集团的DVP-600系列分散式微机保护装置和DVPS-600系列微机自动化管理系统。实践证明，我们的选择是正确的。 二．系统结构： 304配电所现场数据采集系统的基础成员是DVP-600系列微机保护及监控装置。它们由多单片机CPU协调工作，每个微机保护及监控装置单元对应于一个独立机箱，嵌入式安装于高压开关柜的仪表门内，专门用于配电系统的继电保护、电量测量和与DCS的连锁控制，自己可以独立地运行。10KV和6KV二部分配电设备分别通过各自的CAN总线网络将对应的机箱连接起来并由PC主计算机协调工作，就构成了DVPS-600配电综合自动化系统。 DVPS-600配电综合自动化系统共有64台微机保护单元和2台工控机、1台打印机、2条通讯线和网络控制器组成。其结构如图一所示： 三．主计算机及软件配置： 1．计算机(主，辅)配用工业标准控制计算机，维护方便、性能可靠，机种统一，便于掌握控制及维护。同时抗恶劣工作环境能力强。 ·台湾研华工业控制主机IPC-610主板CPU为P III 600MHz，128MSDRAM，10G硬盘。 ·3.5，1.44M软驱动器及40速光驱。 ·21吋高分辨率显示器(1280*1280)，64K彩色，PC101标准键盘，机械鼠标器。 ·美国SANTAK在线式不间断供电电源(UPS)，容量为1000kVA。 ·智能通讯网卡(主CAN网，备用485驱动)。装于工控主机箱内，通讯卡容量为50箱/卡。 ·EPSON打印机LQ-1600K,支持各种汉字打印、各类报表、选择事件及随机打印。 2．软件系统为北京德威特自动化集团的DVPS-600综合自动化管理软件。该软件是基于WINDOWS NT的实时多线程管理系统。 四．微机监控装置的系统配置： 1．DVP-601微机中央信号监控装置（用于中央信号监控）。 2．DVP-621微机主变差动保护装置（用于主变的差动）。 3．DVP-622微机主变后备保护装置（用于主电源侧的后备保护）。 4．DVP-623微机厂用变压器保护监控装置（用于断路器控制的厂用变的保护）。 5．DVP-631微机6（10）KV线路保护监控装置（用于6（10）KV的线路保护）。 6．DVP-641微机电容器保护监控装置（用于电容器的保护）。 7．DVP-651微机分段自投保护监控装置（用于6（10）KV的母联柜保护）。 8．DVP-653微机进线自投保护监控装置（用于6（10）KV的进线柜保护）。 9．DVP-661微机电动机综合保护监控装置（用于2000KW以下的异步电动机保护）。 10．DVP-671微机PT监控装置（用于6（10）KV的PT监控）。 五．系统、装置、特点及其功能： 1．系统软件特点： lDVPS-600综合自动化系统采用当今世界上最稳定的WINDOWS NT软件平台。为真32位字长的多线程、多用户、多任务系统软件。它与其他工业控制系统软件一样，也是建立在硬件设备基础上的。但不同的是，DVPS-600系统软件在已确定的硬件规模范围内，用户可以随意修改各种类型的采集电量属性、处理方式、显示方式、中文名称等。这是该系统优越于其他公司产品的显著特点。而且所有这些修改均可在线进行，用户不必更改程序代码。所需做的工作仅仅是在相关的菜单选择项上作一些简单的设定。例如：系统中某台设备设计时作为备用预留，系统投运一段时间以后，此设备投入运行，用户只需在线将此设备的开关量、模拟量等设为投入采集。且更改相关采集电量的中文名称，这样就将此台设备“投入”运行，而且具有了所有的报警及打印特性，这就是软件的“生成”及“扩充”机理。 l全中文的用户界面使操作人员在系统运行时，通过屏幕上的提示菜单、就可利用鼠标或键盘来控制过程和输入数据。操作人员不需专业的计算机知识，就可以掌握整个系统中个工艺设备的运行细节。 2.现场监控装置的主要特点 ·分散式系统 按每条线路对应于一个小机箱设计,装置可下放到开关附近安装,同主机之间由CAN总线通迅电缆连络节省了投资、提高了系统可靠性及可维护性、减少了事故隐患。 ·硬件标准化 机箱只有三块小插件组成, 电路原理简单、易于掌握，插件硬件通用,不需任何调节就可互换，更换后测量精度不受影响。便于系统快速修复。 ·先进高速的通讯网络 采用高可靠CAN总线工业控制现场网络，网上任意设备间均可直接进行数据交换，接口芯片自动完成网络协议和校验，监控主站数量任意增减，彻底克服了主从式网络结构的瓶颈现象。 ·高可靠性 所有元件均采用CMOS工业级芯片,抗干扰能力强,故障率极低,独特的布线设计、电磁屏蔽、软硬件冗余、瞬态抑制使装置具有高抗干扰能力，任一元件损坏均保证自动进行及时有效的处理,任何情况下不影响正常工作. 以及全密封钢结构防振机箱、低功耗设计、完整的电气防跳及控制回路、开放式系统设计思想、灵活的硬件组态工作方式和简单方便的显示整定，使之完全适应化工生产及与DCS连锁控制的需要。 3．系统软件性能指标： DVPS-600系统由于采用多CPU硬件结构，因而整个系统装置具有较强的实时性，数据变化响应速度快，系统SOE分辨率<=2MS遥信变位<=2秒，遥控过程完成<=6秒，画面响应1～3秒，画面数据刷新1～60秒可设置。可自由图形显示标准控制窗(主接线、历史曲线、电流柱图)，另外事件报警、越限情况，报警顺序显示、历史曲线、运行报表查询和强大的打印功能等，为日常生产管理和事故分析提供了极大的方便。 4. 现场监控装置的主要功能及性能指标: 各装置均能独立完成各种电气参数测量、开关事件记录、PT断线报警、定值错误报警、装置及DCS故障报警、故障记录查询、遥控、遥信及网络通讯。后台及网络故障不影响单机运行。同时，所有保护控制参数均可现场设定，简单方便，还可以选择在中控室遥控设备分、合闸输出。 六．工程实践 304配电所在工期紧任务重的情况下，仅用一个月就完成了全部微机系统的安装调试工作。这是传统电力控制模式所无法实现的。该装置于九九年四月份投入运行以来，一直运行稳定，工作可靠。它不但使工人从繁琐的手工作业中解放出来，减少了各种事故的发生率，而且使系统维护及故障检修变得容易、迅速，从而真正实现了配电管理的科学化和准确化。不仅受到了广大运行岗位电气人员的好评，还为工艺技术人员处理停车事故和分析连锁故障原因提供了可靠的技术资料。尤其在多起由于工艺故障而引起的系统连锁停车过程中，该装置均可靠动作并准确记录故障情况和动作顺序，为及时排除故障，提早恢复开车，做出了重要的贡献。配<