摘要：目前我國電力系統中正在逐步應用和推廣綜合自動化技術，本文簡要介紹分散式變電站綜合自動化系統的基本構成、典型結構和技術特點，對常用的SEL保護裝置、PML監測裝置等設備的主要性能也作出說明，針對電解鋁行業變電整流所的特殊性，探討了應用綜合自動化系統時應注意的事項和提高系統可靠性的措施，提出了自己的建議方案，同時對此系統應具備的功能也做了描述。
　　
　　關鍵詞：綜合自動化，繼電保護，監測，電解鋁，可靠性
　　前言在一個電解鋁廠中，變電整流所及開關站是全廠的動力能源中心，為保證其安全可靠運行，需選用靈敏可靠的繼電保護裝置及精確的測量裝置。以往電解鋁廠的變電站普遍采用大量常規繼電器及常規儀表構成繼電保護系統和測量系統，這樣不可避免的使系統存在設計工作繁雜、控制電纜敷設量多、可靠性和靈敏性不高、安裝調試維修工作量大等問題。近年來，隨著微機智能保護裝置、智能測量設備和計算機控制技術的發展，采用先進可靠的綜合自動化系統來改造原有變電站和裝備新建變電站已成為大勢所趨，分散式綜合自動化系統能夠真正實現繼電保護、就地監測、遠動的統一，保護功能和監測功能均在就地分散安裝的裝置中完成，監控的結果以數字信號送入監控微機，高性能的監控微機具備遠動功能，能夠做到遙測、遙控、遙信、遙調，對于電解鋁廠的變電整流所來講，分散式綜合自動化系統有廣闊的應用前景。以下就筆者了解的分散式變電站綜合自動化系統做一簡要介紹，并分析此類系統今后在電解鋁廠的應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化系統系統采用單元結構，以微機保護裝置和智能監測裝置為核心，實現分散安裝，減少大量二次電纜的敷設，結構簡潔，功能全，可靠性高，可視為一個特殊的計算機網絡。目前國內的系統集成商大多以美國SEL系列微機保護裝置、加拿大PML系列電智能監測裝置、監控微機、各種品牌的PLC以及自行開發的計算機軟件來構成系統。系統組成SEL微機保護和PML智能監測裝置：均為模塊化結構設計，具有多種規格的遠程數字通信接口，支持分散安裝和上位監控SEL微機保護裝置把多保護功能集中在一套裝置中，并通過軟件完成定值整定、修改、保護投退等功能；PML智能監測裝置集測量
　　  
　　              
　　 　　
　　圖1110KV及以下變電站綜合自動化系統的典型結構
　　1． 常用的保護和監測裝置
　　SEL---551線路及電動機過流綜合保護裝置，主要功能如下：
　　•瞬時過流、定時限過流、反時限過流
　　•帶順序配合的自動重合閘
　　•接地零序瞬時過流、定時限過流、反時限過流
　　•SELogic可編程功能，邏輯控制方程可生成多種保護方案
　　•負序瞬時過流、定時限過流、反時限過流
　　•事故順序紀錄報告和事件儲存功能，
　　SEL---587雙卷變壓器、大型電機機電流差動保護裝置，主要功能如下：
　　•高速電流差動
　　•高（低）壓側相（接地）過流后備保護 
　　•重瓦斯保護、輕瓦斯報警
　　•電流測量、動作電流紀錄、二次和五次諧波測量
　　•SELogic可編程配置特殊保護方案
　　•事故順序紀錄報告和儲存
　　SEL---351A通用型饋線綜合保護裝置，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，采用相、負序、零序電流組件、電壓組件的各種組合來保護饋線及其它設備
　　•SELogic可編程功能，邏輯控制方程可生成多種復雜保護方案
　　•故障測距及定位
　　•重合閘
　　•事故順序紀錄報告和儲存
　　PML75000ION智能電力監測裝置，取代常規儀表、變送器等：
　　•測量一回線路或設備的全部三相電量，自動紀錄測量量的最大值和最小值，U、I測量精度為0.1%，KWH、KAVRH的測量精度為0.5%
　　•最高63次諧波測量及監視
　　•每周波一次高速紀錄電壓、電流、功率波動過程
　　•96周波的故障錄波
　　•24組電量越限監視、遠程通信與聯網
　　•560個事件紀錄和存儲,雙RS—485接口，液晶顯示板
　　技術特點
　　（1）繼電保護和監測裝置相對獨立設置，監控微機集中統一管理，在綜合自動化中繼電保護的可靠性是最為重要的，獨立設置保護裝置有利于提高系統的可靠性，SEL保護裝置一般通過其專用的智能通信處理器（如SEL2030）與綜合自動化系統相連，杜絕了通過其他廠家設備傳輸信息引起數據丟失的可能。另外雖然SEL微機保護裝置中也兼容了一些監測功能，但普遍存在測量精度不高、監測功能不全等缺陷，因此系統中獨立設置保護和監測，由監控微機統一管理，在保證系統可靠性的同時，也保證了監控功能的全面性和完整性。
　　（2）系統分層、分散、系列化、多種配置，可滿足不同用戶的各種具體需求。SEL系列保護和PML監測系列的規格品種十分豐富，具有不同形式的通信接口和功能組合，擴展性好，便于用戶按其系統的具體功能要求、費用預算、規模進行配置，還可分期分批投資。
　　（3）系統簡單、可靠、綜合造價低，由于SEL保護裝置和PML監測裝置為模塊化結構，可就地分散安裝，整個系統的結構簡潔，在提高可靠性的同時，還節省了大量二次電纜，減少占地面機，節約投資。
　　（4）SEL保護裝置特有的SELogic邏輯可編程功能，保證了用戶可按照不同的運行方式配置準確的保護方案。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視、大型電動機起停過程紀錄、線路負荷動態過程紀錄等，可按用戶要求定義啟動條件、紀錄內容、提供非常有用的監測數據。
　　
　　一、 電解鋁行業的特殊性及綜合自動化系統應用中的需考慮的措施
　　1．電解鋁廠通常是特一級用電負荷，一旦供電整流系統發生故障，如果不能及時恢復將造成非常大的經濟損失，因此對系統設備的可靠性要求非常高。
　　大型電解鋁廠（進線電壓等級通常為220KV或110KV）的供電整流系統除包含一般變電站的進線、母聯、主變壓器和若干動力饋線回路外，另一類相當重要的設備是若干套直降式整流機組，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、整流柜及自動穩流裝置和冷卻裝置。整流機組按照獨立間隔布置，整流變壓器組又分為調壓變壓器和整流變壓器；各機組的自動穩流裝置、油風冷卻裝置以及純水冷卻裝置一般都由PLC進行控制，整個系列還設有一套系列電流自動調節PLC。
　　電解鋁廠的綜合自動化系統不僅應具有完善的保護和監測功能，還應該具有全面的事故報警和紀錄功能，既能有效地防止事故的發生和擴大，也能夠在事故發生后及時準確的查找事故原因，便于采取有效措施，防止類似事故再次發生。
　　2．在現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。具體到綜合自動化系統中應采取以下措施：
　　系統采取雙機雙網對等結構，由于監控微機是面向操作運行人員的，而且微機通常留有開放的軟驅、光驅接口，在總投資增加不多的前提下，設置雙監控微機有利于避免因設備原因或人為因素造成故障而影響整個系統。網絡通信介質主要是金屬芯通信線或光纜，常需遠距離敷設，故障概率比較高，另外通信介質的接口連接處也容易出現問題，采用雙網結構的冗余配置非常合理和必要。
　　SEL保護裝置、PML監測裝置、PLC都通過冗余的通信網絡與兩臺微機獨立連接，網絡和監控微機不僅冗余而且完全對等，任何一條通信網路或任何一臺監控微機出現故障，均不會影響系統的正常運行，能顯著提高提高系統的可靠性。
　　所有SEL保護和PML監測裝置按間隔采取單元式配置方式，通過裝置的分散設置，也就減小了故障影響的范圍。電解鋁廠的整流機組普遍已考慮為N+1方式，即任何一個機組出現故障，都不會對整個電解生產造成影響，如果幾套整流機組共用一套監測裝置，一旦監測裝置出現故障，則所有整流機組的監測將無法實施，單元式設置可以有效避免這類情況的發生。SEL保護裝置、PML監測裝置本身具有數據和事件的存儲和記憶功能，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現場的所有保護和監測設備進行管理。監控微機以WindowsNT為平臺，通過以太網還可以提供數據庫服務功能，實現全廠生產調度系統對綜合自動化系統數據的共享。
　　3．綜上所述，分散式綜合自動化系統在電解鋁行業中可考慮圖2的配置方案：
　　
　　             
　　　　
　　                                                                  圖2電解鋁廠應采用的系統結構示意圖
　　
　　三、分散式綜合自動化系統可實現的主要功能
　　1．數據采集：
　　每一回路的V、I、P、Q、COSφ、KWH、KVARH、f、諧波等實時數據
　　全部直流電量：直流電壓、電流、電度.，直流電流小時、電壓小時、系列電壓、電流
　　斷路器和隔離刀閘的狀態、保護信號和接點狀態、變壓器分接頭位置和油溫等狀態量
　　整流機組、油風冷卻器、純水冷卻器、直流刀開關的運行狀態等
　　2．系統運行監視：
　　系統的運行狀態（主接線畫面和多個分畫面），實時顯示主要運行參數，如進線電流、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
　　整流機組運行狀態、油風冷卻器運行狀態、純水冷卻器運行狀態
　　電解系列直流電壓、直流電流運行曲線
　　整流變油溫、整流柜水溫、水壓運行曲線
　　3． 事故報警和紀錄：
　　順序事件紀錄
　　對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）可以設置上、下限值，但測量值超越限值時發出報警（聲光方式）
　　開關量變位可發出報警
　　分類紀錄報警事件的時間和日期
　　保護動作紀錄、系統設置紀錄、通信故障紀錄、操作紀錄
　　電壓、電流故障錄波
　　諧波測量和越限監視
　　獨立報警事故畫面
　　4． 統計、報表、打印
　　分類整理實時采集的各類電量
　　小時、日、月、年電能統計
　　分時計費功能
　　班報、日報、月報等統計報表并定時打印
　　所有畫面、曲線打印
　　每機組直流電流、系列直流電壓、電流、電流小時、電壓小時、功率小時打印
　　歷史數據分類查詢顯示并打印
　　5． 穩流控制
　　系列電流的大閉環穩流調節
　　系列最大需量控制
　　各機組電流的自動分配
　　系列電流設定
　　6． 整定值設定
　　可顯示繼電保護整定值、保護的投入和退出情況、設定保護定值（通常利用口令設置權限）
　　顯示各機組的控制繞組電流，但電解發生效應或電網波動時，穩流系統可以自動調節飽和電抗器的控制電流，達到恒流的目的，必要時自動升降有載調壓開關。
　　7． 遙控操作
　　在主控室通過鍵盤或鼠標可執行對斷路器、刀閘、有載調壓開關等設備的的操作，還可以進行停、送電操作、母線切換操作，油風冷卻器、純水冷卻器的啟停操作，遠動操作與就地操作互相閉鎖，每個被控對象同時只能執行一條指令。
　　
　　二、 結語
　　綜合自動化系統在國內總降改造項目及一些小型技改項目中已經采用，效果良好。但如何將綜合自動化系統應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如何充分利用這類系統，系統的可靠性與投資費用如何掌握，仍是一個需認真思考的題目，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化系統方案時參考。