1  引言

    发电厂的继电保护系统在整个电厂设计中占有重要的地位。本设计方案采用美国GE公司继电保护产品构成保护系统，还采用了SIEMENS公司生产的PLC完成厂用电备自投、现场设备开关量的采集、遥控等功能。整个保护系统由两台互为热备用的上位机监视控制，监控程序采用的是国产“组态王”（KingView）软件，该软件便于掌握，开发周期短，内部嵌入了多种通讯规约，开发用户可以从中任意选择，十分灵活。

2  发电厂保护配置方案

    该发电厂有2台发电机，机端额定电压为10kV，经两绕组的主变与系统10kV母线相连并网。厂用变为4台，正常运行3台，另1台作为全厂热备用。

        2台发电机的保护装置采用的是SR489，主要完成的功能为：定子差动，负序过流、电压制动过电流，失磁，100％定子接地，频率、电压异常，失步保护等，此外还完成了一些监视功能，如：断路器失灵、跳闸线圈监视、PT断线监视、电压反相序等。通过SR489自带的多个数字量、模拟量输入还可以实现电超速保护、定子温度过热保护和过励磁保护等。与同类保护相比，SR489采用了多CPU结构，将主保护和后备保护集于一身，有完善的功能、较高的可靠性和性价比。当然这是以可靠的生产工艺和高质量的产品为前提的。在完成保护的同时，SR489还要完成发电机出口电压、负荷电流的测量工作，将测量数据传送给上位机进行实时显示。

    变压器保护采用的是URT60，主要完成的功能为：差动（带谐波制动的比例差动和瞬时差动）、复合电压启动过电流、过负荷、频率和电压异常保护等。完成的监视功能有：PT断线监视、跳闸线圈监视。通过数字量输入节点实现变压器本体保护如：轻瓦斯、重瓦斯保护，油温过高保护，本体温度过高保护等。在配置变压器保护过程中，除作为主保护的差动保护外，其它类型的保护和监视功能完全是使用柔性元件和柔性逻辑方程组合完成的，有很大的灵活性和广泛的组合空间。在完成保护的同时，URT60还要负责采集主变低压侧的电压、电流量以及高压侧的电流量，经RS485接口送上位机进行显示。

    并网线保护采用的是SR760。该系列的保护设备有两类，SR750和SR760，二者功能完全一样，只不过后者比前者增加了四轮自动重合闸功能。SR760完成的保护功能为：带电压闭锁的方向过电流保护，频率、电压异常保护，方向接地保护等。完成的监视和测量功能与上类似，此处不再赘述。

    厂用变和各电压等级的联络线、联络开关采用的保护设备是MIF，完成的主要功能为：瞬时过电流保护和带延时的定时限过流保护、多条国际标准曲线的反时限过电流保护以及接地过电流保护。MIF只能完成过电流保护，不测量电压信号，故它只能采集三相电流信号。

3  厂用电源备自投设计

    备自投在发电厂中占有重要地位，它有力的保证了供电连续性和可靠性。该热电公司采用的是进线备自投方式，一台厂用变带电运行作为其它三台厂用变的热备用。在本设计方案中采用的是SIEMENS生产的S7-200 PLC，结合电源监察的电流、电压继电器共同完成，备自投逻辑为：

    ?  检母线三相无压、无流（设定一个小的延时，躲开保护动作的时间）；

    ?  切除进线变压器，如果检测到开关已经断开，这一步可以跳过；

    ?  发出备用母线合闸命令，该命令只在一个整定的延时内有效，过了这个延时后就不能再合闸；

    ?  监视合闸后的母线电流，如果大于整定门槛值则跳开母线开关，闭锁备自投。

    该方案设计简单可靠，逻辑关系明确，节省了投资，简化了设备之间的接线，经现场运行验证该设计方案可完全满足现场运行要求。

4  PLC在现场控制中的应用

    本设计方案的一个明显的特点是大规模采用了PLC进行现场控制。PLC以其可靠的逻辑、灵活的组合、低价位、小体积而在工业控制中获得广泛的应用。本方案中，PLC主要实现以下功能：采集各保护单元的报警和跳闸信号供上位机在轮询时获取事件信号；执行上位机的遥控命令；采集其它数字量节点的输入信号，接至跳、合闸回路完成相应的操作；完成厂用电源备自投。在方案的设计中，对于PLC的使用可以进行全局规划，既要充分利用各保护装置自身所带的数字量输入节点，又要保证收集到尽可能多的有效信息，还要节约PLC的点数。

5  监控系统

5.1  监控系统硬件结构

    本系统硬件主要包括：2台IPC-610研华工控机、2台HP激光打印机、1台UPS电源2kVA，1台S7-200系列 PLC，保护装置：2台SR489、2台SR760、2台URT60、9台MIF。监控系统的结构如图1所示。

图1   监控系统框图

5.2  监控系统软件功能

    为了实现整个保护控制系统的遥控、遥信和遥测，必须建立可靠而有效的通讯系统。对于这样一套全部采用进口设备的保护方案来说，完善的通讯系统还可以较好的克服进口设备英文操作界面可读性不高的缺陷，便于现场运行人员及时发现、解决问题有重要意义。

    本系统根据需要选用了国产的“组态王”软件。该软件为用户提供了自由的组态平台，尤其针对国际知名品牌的设备而设计的通讯规约，大大缩短了软件开发周期，适用于中小规模工业监控机，价格低廉。“组态王”配有加密锁，支持工程加密；驱动程序较为丰富，如支持DDE、板卡、OPC服务器、PLC、智能仪表、智能模块等；支持ActiveX控件、配方管理、数据库访问、网络功能、冗余功能。其扩展性强，可与管理计算机或控制计算机联网通信。

    本系统使用的GE保护装置都具有2个485通信口，1个232通信口（用于完成本地通讯，使用便携式计算机可以方便的完成设备的定值设置、修改以及数据查询任务），支持Modbus协议。此外，S7-200系列的PLC支持PPI、自由口及Modbus协议。为了保证监控的可靠性，上位机采用了双机热备用方式。

    整个通讯系统采用轮询方式，由于PLC收集了现场的报警和跳闸信号，地位较其它设备重要，故要增加对PLC的轮询频率，具体做法是：对地址为1的设备轮询完毕，接着询问PLC，获取开关量信息；再对地址为2的装置进行轮询，完毕后再次询问PLC，依次类推。这样最大限度的保证了重要信息不被丢失。

    监控系统软件具有如下主要功能：

    ?  用户管理  用户分为系统管理员、工程师和操作员三级，各自权限不同；

    ?  日志管理  用户可以查看本系统的历史使用情况，以用户名、操作时间、操作类型的方式显示历史记录；

    ?  图形显示  显示全站一次系统图，实时显示断路器和隔离开关状态、故障记录及时间顺序（SOE）记录、运行参数记录、实时数据曲线、功率曲线及全站负荷曲线；

    ?  控制功能  在微机屏幕上用键盘和鼠标实现断路器和隔离开关的投切操作，并实现断路器和隔离开关的闭锁功能；

    ?  模拟操作  在微机模拟操作图上进行断路器和隔离开关的分合操作后，微机将自动保存并显示用户进行的模拟操作的顺序，当进行实际操作时必须与模拟操作一致，否则微机将拒绝执行并显示错误信息；

    ?  报警功能  当有事故或故障发生时，微机通过外接音箱发出语音报警，并在微机屏幕上给出提示；

    ?  故障录波  当发生故障时，系统自动记录故障分闸前2秒和故障分闸后7秒的电流波形；

    ?  打印功能  打印各种报表、运行记录、事故记录、电度记录、录波曲线、负荷曲线、保护定值等。