鉛鋅冶煉廠6KV系統電氣綜合自動化改造的實施應用

李錫香，劉燕

（白銀有色集團股份有限公司西北鉛鋅冶煉廠，甘肅 白銀 730900）

鉛鋅冶煉廠于1986年相繼投入運行，96臺6KV高壓開關柜采用的是上世紀80年代生產的GC型高壓開關柜。其保護裝置采用電磁式繼電保護，可靠性差，每次設備大修時試驗班要對四個變電所的96臺開關柜的繼電保護定值進行全面調整與校驗，完成的難度非常大。更為嚴重的是當6KV系統發生接地或短路時，饋線開關柜的繼電保護常誤動，造成越級跳閘引起全廠范圍的停電，嚴重限制了鉛鋅廠的生產進度。

為提高電氣自動化控制水平，防止電氣誤操作及誤動作，以確保6KV設備安全、穩定、經濟運行。鉛鋅廠電力運管中心依靠自身技術力量進行了6KV電氣系統自動化改造的研究規劃、方案制定、設備選定、系統改造的施工圖設計及電氣改造工作的具體化實施。

該系統采用某公司Pecstar監控組態軟件（專用于發電廠、變電站以及大型企業用電系統的綜合自動化系統），它通過實時數據采集、精準事件記錄、越限報警設置、事故追憶分析實現繼電保護全過程監控與控制，同時又滿足故障錄波、遙控和遙控閉鎖、遠動、通信等全部需求。該系統通過主控層、通訊層和現場管理層，借助當今先進的微處理技術、數據高速公路、現代控制技術，完美實現了變電站綜合自動化功能，全面推進了鉛鋅冶煉廠高壓供電系統“數字化、網絡化、智能化”改造升級。

1 電氣綜合自動化改造原則與改造范圍

針對即將進行的電氣自動化改造，以既確保生產又兼顧技改為前提，明確了改造基本原則：提前統一規劃、過程精確部署、各站分步實施，確保改造后的電氣系統安全可靠、技術水平先進、主要功能實用、滿足客戶需求。根據這一原則，參照國內電氣發展水平，評判多個意向廠家產品性能與應用實效并結合現場實際后，最終確定了如下改造方案：

（1）改造后的6KV電氣自動化監控系統應滿足電力行業最新頒布的二次設計技術規程及《電力系統繼電保護及安全自動裝置反事故措施要點》的規定，在滿足現場原有設備控制要求的前提下進行必要的優化與完善。

（2）自動化改造的范圍：鉛鋅廠四個6KV變電所（總降壓變電所、硫酸配電站、鉛配電站和制氧配電站）的96臺6KV高壓開關柜。

（3）電氣系統自動化改造全部完成后，實現LCD／鍵盤監控、就地／遠程監控、完成“四遙”功能。

（4）改造后的監控系統能實現與上位調度系統進行通訊，實現生產指揮中心對全廠高壓供、配電系統的實時信息監控和調度。

2 改造方案與設計思想

2.1 監控系統采用分層、分布式設計思想與單元化、分散化的系統結構

依據鉛鋅廠6KV電氣系統運行參數和繼電保護配置情況，結合生產工藝系統特點，6KV綜合自動化保護網絡結構圖配置如圖1所示。

圖1 6KV綜合自動化保護網絡結構圖配置

2.1.1 主控層

核心為各分布式處理單元，通過“操作員站”這個人機接口，以實時冗余以太網連接形成監控網絡，以windows2000作為操作平臺（在后臺可以對設備進行操作、測量、管理、查詢等功能），以上層網絡的計算機為核心，具有數據采集、事故追憶、故障錄波、統計、通訊、診斷等變電站綜合自動化系統的全部保護和監控功能。

2.1.2 通訊管理層

通訊管理層用智能通訊管理機控制所有現場控制層的保護裝置、監控裝置和其他IED智能設備。系統以多臺通訊管理器為核心，通過光纖、雙絞線以數字通訊方式將現場管理層與主控層連接起來。

2.1.3 現場管理層

由保護測控裝置、計量表計、智能監控采樣裝置、PLC裝置（為核心裝置且采用高端配置）及站內智能裝置等組成：高性能32位嵌入式單片機、保護與測控完全分離的雙16位AD采樣、大液晶全中文圖形化人機界面、軟件在線升級、可帶電播拔的電流電壓特制端子、后插式5U數控標準機箱，配置了高可靠性的繼電保護功能和自動裝置功能、高精度的測量與計量功能、高度實用化的故障錄波功能、完備的遙控與中央信號輸出功能。PMC系列綜保可不依賴網絡能獨立工作，并具有分辨率為1ms的大容量事件記錄與長時間故障錄波功能。另外，為了保證PMC系列綜保裝置的安全、可靠運行，防止保護與控制系統的電源互相干擾，對保護與信號系統采用相互獨立的供電模式。

因保護的設備不同，PMC裝置的保護功能也有相應的配置如下表1所示。

表1 PMC裝置的保護功能

2.2 監控系統充分結合現場實際、最大程度利用原有系統設備的原則

綜合自動化系統的施工涉及到全部高壓供電回路，僅靠鉛鋅廠停產大修期停電是無法完成工期的。為了保質保量地在大修結束前完成所有的改造任務，電管中心緊跟生產計劃提前安排檢修計劃、認真梳理現場設備，進行全面細致的研究分析，規劃制定施工方案，采用調整運行方式、設備交替運行等手段在停產前完成主控層、通訊管理層全部設備的安裝和調試。

2.3 裝置的安裝要求

將6KV開關柜內原有電磁式繼電器清理干凈，PMC裝置提前安裝于訂制的柜門上并按設計要求配接好二次線，端子排安裝于柜內的合適位置，同時加裝接地刀合、分位位置采集開關。將裝置接地點以一點接地方式與高壓室內原有接地網連接，進一步減小干擾影響的同時，可有效地利用控制室內良好的電氣接地網絡（其接地電阻小于0.5Ω）、利用原有電壓、電流互感器、利用原有的按鈕指示燈和轉換開關。

2.4 優化施工設計，合理利用主控室內原系統

要求改造后的綜合自動化監控系統不但要實現原有系統的全部功能而且要更安全、可靠、完善、靈活、直觀、易操作、易維護，具備防誤操作功能、報表統計功能、全電量計測功能、報警及事件記錄和錄波功能、具備完善的“四遙”功能。以縮短施工周期、降低改造成本為目標，充分利用鉛鋅廠原有電氣設備完成采集、控制和表記顯示，規劃監控方案，優化施工設計。

雖然改造后的系統可以實現就地／遠方操作，但是要考慮在電腦故障或網絡故障的情況下無法在電腦上進行操作。為此保留原主控室的所有監控設備，這樣不但維持了原有的操作方式和直觀的顯示方式，而且減少了改造的工程量，提高了操作的可靠性和靈活性。兩種操作方式的結合可以解決改造中新舊設備配合方面的矛盾。

斷路器分／合位監視由PMC綜保內部的電位監視繼電器來完成，不直接采集斷路器的輔助接點信號。以便于監視斷路器的位置、分合閘回路的完整性，簡化了外部接線，節省了線纜，減少了故障環節。

與運行方式及倒閘操作密切相關的接地刀位置監視由限位開關的接點引入，在監控界面上進行模擬操作監視，確保與現場實際位置相一致。

對原控制室監測的5A電流信號和100V交流電壓信號，改造時采用精度可達0.2級的采樣板直接采樣。對發電機勵磁系統、直流系統及其它輔助設備交流信號的監測信號，采用相應規格的0.5級有源變送器輸出4－20mA標準信號進入采樣板進行監測。

操作員站采用單機單顯示器模式，取消原常規中央告警系統，以設備單元為對象在監控界面中設置光字牌告警信號并按重要程度分級報警。

按電氣距離與電氣回路的走向聯系，盡可能將PMC裝置及其配套的端子柜作為電氣回路的尾端設備，以滿足監控系統的相對獨立性，簡化電氣回路接線與走向聯系。

2.5 主控制室至高壓室各就地設備的二次線纜的應用

為滿足抗干擾要求，二次電纜的設汁選用原則上按交流與直流回路分開、動力與控制回路分開、模擬量信號與開關量信號分開，同時滿足載流量、回路阻抗與導線強度要求的原則。

為了滿足長距離大容量傳輸信號的需要，以及電磁兼容原則，在工業干擾極大的環境中正確有效傳輸數據，要使用抗干擾能力極強的光纜將各個子站與通訊層相連，同理用光纜做線路縱差保護的傳輸通道。對于設備層，由于各設備之間的距離較近現場干擾相對較小可用總線結構的屏蔽雙絞線傳輸數據信號。

在鉛鋅廠自動化改造的施工設計中，提前全部清理出所涉及的二次電纜（規格型號、芯數與備用芯數、用途及鋪設走向等），根據監控系統所需，優化施工設計，在滿足絕緣性能及芯數使用要求下盡可能利用主控室至高壓室各就地設備的原有二次電纜。

3 自動化改造的現場施工

在施工工期的安排上，因為電力運管中心擔負著全廠各個生產環節（包括焙燒、浸出、凈液、電解、熔鑄、污水處理等）的供電任務，涉及設備不能進行全部停電來滿足施工作業的需求，各電氣設備相互間又有密切的電氣回路聯系，對生產運行系統影響很大。電氣運行方式對改造施工作業的制約影響較大，同時集中檢修時間短，而需改造的高壓開關柜必須在停電狀態下方能實施改造方案，且因二次回路的保護、控制電源均由屏頂小母線提供，即使在開關柜停電的狀態下，二次回路依然有觸電的危險。因此先對停運設備或不重要負荷的出線柜進行改造，對于投運設備，則提前在新訂制柜門上裝配好PMC裝置及其連線，利用檢修間隙集中人力進行突擊改造，爭取當天改造、當天投運。

在施工方案安排和安全保護措施的具體落實下，電管中心利用輪流檢修機會，按電氣系統自動化改造進度安排，最終完成了鉛鋅廠6KV電氣系統綜合自動化監控系統的改造。投運至今系統運行穩定可靠，大大地提高了鉛鋅廠6KV電氣系統自動化程度與安全運行水平。

PMC系列微機型綜保成功地應用于鉛鋅廠四個6KV變電所（總降壓變電所、硫酸配電站、鉛配電站和制氧配電站）的96臺6KV高壓開關柜上，淘汰了老舊的電磁式常規繼電器，避免了原有繼電保護誤動、拒動而導致的缺陷及故障。同時，它的許多功能在一定程度上提升了變電站管理運行水平。

（1）通過綜保裝置自診斷及輸出輸入回路自檢查功能，實現誤動或拒動的早期發現，電氣二次部分工作可靠性大幅提升。

（2）通過被保護設備運行歷史記錄保存，合理安排高壓電氣設備維護檢修，減輕了“運檢合一”崗位員工的工作強度。

（3）通過各種記錄及監測數據，加快變、配電過程中異常事件的反應速度，在事故分析和運行異常分析時便于及時找出故障原因、盡快恢復生產，對于鉛鋅廠的連續大生產至關重要。

（4）崗位運行人員可通過監控畫面及運行參數，快速、全面掌握設備運行情況（如開關位置、母線電壓、負荷電流、保護狀態等）并有針對性地采取相應的防范措施。

（5）繼電保護定值調整、校驗操作簡單，效率提高。

5 結論

6kV系統自動化監控改造任務，建立了適合鉛鋅廠需要的體現了先進性、安全性、可靠性的開放型電氣控制系統，大大地提高了鉛鋅廠6KV電氣系統的安全穩定運行水平與自動化水平。