铅锌冶炼厂6KV系统电气综合自动化改造的实施应用

李锡香，刘燕

（白银有色集团股份有限公司西北铅锌冶炼厂，甘肃 白银 730900）

铅锌冶炼厂于1986年相继投入运行，96台6KV高压开关柜采用的是上世纪80年代生产的GC型高压开关柜。其保护装置采用电磁式继电保护，可靠性差，每次设备大修时试验班要对四个变电所的96台开关柜的继电保护定值进行全面调整与校验，完成的难度非常大。更为严重的是当6KV系统发生接地或短路时，馈线开关柜的继电保护常误动，造成越级跳闸引起全厂范围的停电，严重限制了铅锌厂的生产进度。

为提高电气自动化控制水平，防止电气误操作及误动作，以确保6KV设备安全、稳定、经济运行。铅锌厂电力运管中心依靠自身技术力量进行了6KV电气系统自动化改造的研究规划、方案制定、设备选定、系统改造的施工图设计及电气改造工作的具体化实施。

该系统采用某公司Pecstar监控组态软件（专用于发电厂、变电站以及大型企业用电系统的综合自动化系统），它通过实时数据采集、精准事件记录、越限报警设置、事故追忆分析实现继电保护全过程监控与控制，同时又满足故障录波、遥控和遥控闭锁、远动、通信等全部需求。该系统通过主控层、通讯层和现场管理层，借助当今先进的微处理技术、数据高速公路、现代控制技术，完美实现了变电站综合自动化功能，全面推进了铅锌冶炼厂高压供电系统“数字化、网络化、智能化”改造升级。

1 电气综合自动化改造原则与改造范围

针对即将进行的电气自动化改造，以既确保生产又兼顾技改为前提，明确了改造基本原则：提前统一规划、过程精确部署、各站分步实施，确保改造后的电气系统安全可靠、技术水平先进、主要功能实用、满足客户需求。根据这一原则，参照国内电气发展水平，评判多个意向厂家产品性能与应用实效并结合现场实际后，最终确定了如下改造方案：

（1）改造后的6KV电气自动化监控系统应满足电力行业最新颁布的二次设计技术规程及《电力系统继电保护及安全自动装置反事故措施要点》的规定，在满足现场原有设备控制要求的前提下进行必要的优化与完善。

（2）自动化改造的范围：铅锌厂四个6KV变电所（总降压变电所、硫酸配电站、铅配电站和制氧配电站）的96台6KV高压开关柜。

（3）电气系统自动化改造全部完成后，实现LCD／键盘监控、就地／远程监控、完成“四遥”功能。

（4）改造后的监控系统能实现与上位调度系统进行通讯，实现生产指挥中心对全厂高压供、配电系统的实时信息监控和调度。

2 改造方案与设计思想

2.1 监控系统采用分层、分布式设计思想与单元化、分散化的系统结构

依据铅锌厂6KV电气系统运行参数和继电保护配置情况，结合生产工艺系统特点，6KV综合自动化保护网络结构图配置如图1所示。

图1 6KV综合自动化保护网络结构图配置

2.1.1 主控层

核心为各分布式处理单元，通过“操作员站”这个人机接口，以实时冗余以太网连接形成监控网络，以windows2000作为操作平台（在后台可以对设备进行操作、测量、管理、查询等功能），以上层网络的计算机为核心，具有数据采集、事故追忆、故障录波、统计、通讯、诊断等变电站综合自动化系统的全部保护和监控功能。

2.1.2 通讯管理层

通讯管理层用智能通讯管理机控制所有现场控制层的保护装置、监控装置和其他IED智能设备。系统以多台通讯管理器为核心，通过光纤、双绞线以数字通讯方式将现场管理层与主控层连接起来。

2.1.3 现场管理层

由保护测控装置、计量表计、智能监控采样装置、PLC装置（为核心装置且采用高端配置）及站内智能装置等组成：高性能32位嵌入式单片机、保护与测控完全分离的双16位AD采样、大液晶全中文图形化人机界面、软件在线升级、可带电播拔的电流电压特制端子、后插式5U数控标准机箱，配置了高可靠性的继电保护功能和自动装置功能、高精度的测量与计量功能、高度实用化的故障录波功能、完备的遥控与中央信号输出功能。PMC系列综保可不依赖网络能独立工作，并具有分辨率为1ms的大容量事件记录与长时间故障录波功能。另外，为了保证PMC系列综保装置的安全、可靠运行，防止保护与控制系统的电源互相干扰，对保护与信号系统采用相互独立的供电模式。

因保护的设备不同，PMC装置的保护功能也有相应的配置如下表1所示。

表1 PMC装置的保护功能

2.2 监控系统充分结合现场实际、最大程度利用原有系统设备的原则

综合自动化系统的施工涉及到全部高压供电回路，仅靠铅锌厂停产大修期停电是无法完成工期的。为了保质保量地在大修结束前完成所有的改造任务，电管中心紧跟生产计划提前安排检修计划、认真梳理现场设备，进行全面细致的研究分析，规划制定施工方案，采用调整运行方式、设备交替运行等手段在停产前完成主控层、通讯管理层全部设备的安装和调试。

2.3 装置的安装要求

将6KV开关柜内原有电磁式继电器清理干净，PMC装置提前安装于订制的柜门上并按设计要求配接好二次线，端子排安装于柜内的合适位置，同时加装接地刀合、分位位置采集开关。将装置接地点以一点接地方式与高压室内原有接地网连接，进一步减小干扰影响的同时，可有效地利用控制室内良好的电气接地网络（其接地电阻小于0.5Ω）、利用原有电压、电流互感器、利用原有的按钮指示灯和转换开关。

2.4 优化施工设计，合理利用主控室内原系统

要求改造后的综合自动化监控系统不但要实现原有系统的全部功能而且要更安全、可靠、完善、灵活、直观、易操作、易维护，具备防误操作功能、报表统计功能、全电量计测功能、报警及事件记录和录波功能、具备完善的“四遥”功能。以缩短施工周期、降低改造成本为目标，充分利用铅锌厂原有电气设备完成采集、控制和表记显示，规划监控方案，优化施工设计。

虽然改造后的系统可以实现就地／远方操作，但是要考虑在电脑故障或网络故障的情况下无法在电脑上进行操作。为此保留原主控室的所有监控设备，这样不但维持了原有的操作方式和直观的显示方式，而且减少了改造的工程量，提高了操作的可靠性和灵活性。两种操作方式的结合可以解决改造中新旧设备配合方面的矛盾。

断路器分／合位监视由PMC综保内部的电位监视继电器来完成，不直接采集断路器的辅助接点信号。以便于监视断路器的位置、分合闸回路的完整性，简化了外部接线，节省了线缆，减少了故障环节。

与运行方式及倒闸操作密切相关的接地刀位置监视由限位开关的接点引入，在监控界面上进行模拟操作监视，确保与现场实际位置相一致。

对原控制室监测的5A电流信号和100V交流电压信号，改造时采用精度可达0.2级的采样板直接采样。对发电机励磁系统、直流系统及其它辅助设备交流信号的监测信号，采用相应规格的0.5级有源变送器输出4－20mA标准信号进入采样板进行监测。

操作员站采用单机单显示器模式，取消原常规中央告警系统，以设备单元为对象在监控界面中设置光字牌告警信号并按重要程度分级报警。

按电气距离与电气回路的走向联系，尽可能将PMC装置及其配套的端子柜作为电气回路的尾端设备，以满足监控系统的相对独立性，简化电气回路接线与走向联系。

2.5 主控制室至高压室各就地设备的二次线缆的应用

为满足抗干扰要求，二次电缆的设汁选用原则上按交流与直流回路分开、动力与控制回路分开、模拟量信号与开关量信号分开，同时满足载流量、回路阻抗与导线强度要求的原则。

为了满足长距离大容量传输信号的需要，以及电磁兼容原则，在工业干扰极大的环境中正确有效传输数据，要使用抗干扰能力极强的光缆将各个子站与通讯层相连，同理用光缆做线路纵差保护的传输通道。对于设备层，由于各设备之间的距离较近现场干扰相对较小可用总线结构的屏蔽双绞线传输数据信号。

在铅锌厂自动化改造的施工设计中，提前全部清理出所涉及的二次电缆（规格型号、芯数与备用芯数、用途及铺设走向等），根据监控系统所需，优化施工设计，在满足绝缘性能及芯数使用要求下尽可能利用主控室至高压室各就地设备的原有二次电缆。

3 自动化改造的现场施工

在施工工期的安排上，因为电力运管中心担负着全厂各个生产环节（包括焙烧、浸出、净液、电解、熔铸、污水处理等）的供电任务，涉及设备不能进行全部停电来满足施工作业的需求，各电气设备相互间又有密切的电气回路联系，对生产运行系统影响很大。电气运行方式对改造施工作业的制约影响较大，同时集中检修时间短，而需改造的高压开关柜必须在停电状态下方能实施改造方案，且因二次回路的保护、控制电源均由屏顶小母线提供，即使在开关柜停电的状态下，二次回路依然有触电的危险。因此先对停运设备或不重要负荷的出线柜进行改造，对于投运设备，则提前在新订制柜门上装配好PMC装置及其连线，利用检修间隙集中人力进行突击改造，争取当天改造、当天投运。

在施工方案安排和安全保护措施的具体落实下，电管中心利用轮流检修机会，按电气系统自动化改造进度安排，最终完成了铅锌厂6KV电气系统综合自动化监控系统的改造。投运至今系统运行稳定可靠，大大地提高了铅锌厂6KV电气系统自动化程度与安全运行水平。

PMC系列微机型综保成功地应用于铅锌厂四个6KV变电所（总降压变电所、硫酸配电站、铅配电站和制氧配电站）的96台6KV高压开关柜上，淘汰了老旧的电磁式常规继电器，避免了原有继电保护误动、拒动而导致的缺陷及故障。同时，它的许多功能在一定程度上提升了变电站管理运行水平。

（1）通过综保装置自诊断及输出输入回路自检查功能，实现误动或拒动的早期发现，电气二次部分工作可靠性大幅提升。

（2）通过被保护设备运行历史记录保存，合理安排高压电气设备维护检修，减轻了“运检合一”岗位员工的工作强度。

（3）通过各种记录及监测数据，加快变、配电过程中异常事件的反应速度，在事故分析和运行异常分析时便于及时找出故障原因、尽快恢复生产，对于铅锌厂的连续大生产至关重要。

（4）岗位运行人员可通过监控画面及运行参数，快速、全面掌握设备运行情况（如开关位置、母线电压、负荷电流、保护状态等）并有针对性地采取相应的防范措施。

（5）继电保护定值调整、校验操作简单，效率提高。

5 结论

6kV系统自动化监控改造任务，建立了适合铅锌厂需要的体现了先进性、安全性、可靠性的开放型电气控制系统，大大地提高了铅锌厂6KV电气系统的安全稳定运行水平与自动化水平。