使用plc以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)對(duì)隔河巖電廠lcu改造及使用光纖縱差保護(hù)作為線變組主保護(hù)的方案研究

第47卷第1期2002年1月 簡(jiǎn)報(bào)PAGE -PAGE1- 使用PLC以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)對(duì)隔河巖電廠LCU改造[摘要]本文結(jié)合清江隔河巖水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)地控制單元改造工程，重點(diǎn)探討了在國內(nèi)大型水電廠首次使用施耐德以太網(wǎng)產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)直接上網(wǎng)LCU的新型結(jié)構(gòu)，討論了在這種結(jié)構(gòu)下實(shí)現(xiàn)輸入、輸出、電源、CPU、聯(lián)接等冗余策略，特別是在二元輸入情況下，實(shí)現(xiàn)開關(guān)量輸入冗余的方法。分析了國際電工委員會(huì)IEEE1131五種語言FBD、LD、SFC、ST、IL各自不同特點(diǎn)，討論了使用結(jié)構(gòu)化文本（ST）編寫PLC程序應(yīng)采用的策略和方法。分析了使用交流采樣裝置與變送器的策略。討論了在水電廠現(xiàn)地進(jìn)行LCU改造縮短工期的有效途徑。[關(guān)鍵詞]水電廠現(xiàn)地控制單元改造結(jié)構(gòu)無人值班經(jīng)過多年努力，計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)在水電廠及其它領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛。對(duì)于水電廠來說，采用一套結(jié)構(gòu)合理、功能完善、可靠性高、人機(jī)界面友好的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，是水電廠提高安全生產(chǎn)水平，實(shí)現(xiàn)“無人值班（關(guān)門運(yùn)行）”的環(huán)節(jié)。非?？上驳氖?，經(jīng)過國內(nèi)同行們的努力，國內(nèi)計(jì)算機(jī)監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展很快，已經(jīng)接近或達(dá)到同類產(chǎn)品的國際先進(jìn)水平。隨著近幾年計(jì)算機(jī)硬件、軟件的快速發(fā)展，國內(nèi)計(jì)算機(jī)監(jiān)控技術(shù)不斷得到發(fā)展。本文作者參加了清江隔河巖水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)改造工程，現(xiàn)就該廠LCU改造的特點(diǎn)，改造中所采用的新技術(shù)及LCU新型結(jié)構(gòu)，進(jìn)行初步探索，談一下個(gè)人的看法，不當(dāng)之處，希望批評(píng)指正。1．監(jiān)控系統(tǒng)改造的目標(biāo)隔河巖水電廠原采用加拿大的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，已穩(wěn)定運(yùn)行多年，為該廠安全生產(chǎn)及創(chuàng)國內(nèi)一流水電廠作出了應(yīng)有的貢獻(xiàn)。但隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，對(duì)電力系統(tǒng)、對(duì)電廠的要求越來越高，向國際的一流水電廠的技術(shù)、管理水平看齊，創(chuàng)建國際一流水電廠，從而實(shí)現(xiàn)管理水平高、技術(shù)先進(jìn)、人員進(jìn)一步精練、關(guān)門運(yùn)行的目標(biāo)，勢(shì)在必行。一方面，原有的系統(tǒng)功能已不能滿足要求，另一方面?zhèn)淦穫浼嗀浽絹碓嚼щy，而且價(jià)格非常高，對(duì)電廠的安全運(yùn)行形成隱患。為此對(duì)老系統(tǒng)必須進(jìn)行更新改造，以便為創(chuàng)國際一流水電廠打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。對(duì)于LCU，改造的方法是：現(xiàn)地設(shè)備僅保留原有的盤柜柜體、自動(dòng)準(zhǔn)同期裝置和24V電源、照明等少量附件，其它全部拆除，取而代之的是新的LCU，采用施耐德公司Quantum系列PLC作為控制器。中國水利水電科學(xué)研究院自動(dòng)化所提供了五套LCU，本文作者參加了LCU的研制、現(xiàn)場(chǎng)安裝調(diào)試等改造工作，本文是對(duì)改造工作的總結(jié)和思考。2．LCU改造的特點(diǎn)2．1控制流程方式不同原監(jiān)控系統(tǒng)是加拿大CAE研制的，CAE的模式與國內(nèi)的一貫做法有很大差異。比如，開機(jī)有九大步，停機(jī)也有九大步。對(duì)于常規(guī)水電廠的機(jī)組，而我們的一貫做法是五態(tài)轉(zhuǎn)換，所謂五態(tài)即停機(jī)態(tài)、空轉(zhuǎn)態(tài)、空載態(tài)、發(fā)電態(tài)、不定態(tài)（前四種狀態(tài)中過渡狀態(tài)稱為不定態(tài)）。（對(duì)于有調(diào)相任務(wù)的機(jī)組，還有調(diào)相態(tài)；對(duì)于抽水蓄能機(jī)組，還有水泵態(tài)；但不在討論的常規(guī)機(jī)組范圍之內(nèi)。）機(jī)組一定處于五種狀態(tài)之中。機(jī)組的開機(jī)、停機(jī)、解列、解列后并網(wǎng)等操作，不過就是機(jī)組在的停機(jī)態(tài)、空轉(zhuǎn)態(tài)、空載態(tài)、發(fā)電態(tài)四種狀態(tài)間的轉(zhuǎn)換。雖然兩種表示方法實(shí)質(zhì)是一致的，但習(xí)慣于五態(tài)轉(zhuǎn)換的人，要熟悉開機(jī)、停機(jī)各九大步，需要一定的時(shí)間?？紤]到電廠從運(yùn)行人員到檢修維護(hù)人員都諳熟這開、停機(jī)九大步這一因素，雖然編程與調(diào)試都需要付出較大的努力去適應(yīng)，還是采用了原來的開、停機(jī)九大步形式，以方便電廠人員的運(yùn)行與維護(hù)。2．2使用結(jié)構(gòu)化文本語言來編程原有計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的LCU的程序是使用文本化語言編寫的，它的風(fēng)格與C語言相類似。與機(jī)組開停機(jī)形式采用各九大步相類似，由于電廠維護(hù)人員熟悉文本化語言，要求全部采用文本化的編程語言編寫LCU的程序。在使用可編程控制器（以下稱為PLC）時(shí)，我們通常使用梯形圖的語言。它的好處是編程易學(xué)、直觀、與電氣二次展開圖極為相似，非常適合電廠人員掌握，可以使現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)人員方便的進(jìn)行對(duì)程序的維護(hù)。在隔河巖計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)LCU部分改造中，采用了施耐德（Shneider）公司的Quantum系列PLC，編程軟件采用Concept2.2。該軟件支持國際電工委員會(huì)IEEE1131的標(biāo)準(zhǔn)的全部五種語言，即：支持FBD（FunctionBlockDiagram功能塊圖）、SFC（SequentialFunctionChart順序功能圖）、LD（LaddarDiagram梯形圖）、ST（StructuredText結(jié)構(gòu)化文本）和IL（InstructionList指令表）五種語言。前三種語言是圖形方式，后兩種是文本方式。由于指令表IL語言指令的特點(diǎn)，具有可讀性差，指令簡(jiǎn)單，不直觀，可移植能力差，非結(jié)構(gòu)化文本（有JUMP指令），數(shù)據(jù)處理能力不強(qiáng)（無循環(huán)FOR語句），只能適合較小規(guī)模的控制。ST語言是一種結(jié)構(gòu)化的文本語言。它與C語言很相似。它不僅具有豐富的邏輯處理能力，它還具有IF、CASE、FOR、WHILE、REPEAT、EXIT、EMPTY等語句，數(shù)據(jù)處理能力非常強(qiáng)，沒有GOTO、JUMP或類似的指令。因此，它的移植性很好,有利于程序的標(biāo)準(zhǔn)化。它與FBD、LD、SFC相比，不夠直觀，與電氣二次展開圖相去較遠(yuǎn)。另外，它的不足之處是占用較多內(nèi)存且掃描周期要長(zhǎng)一些（均與FBD、LD、SFC相比）。上面提到了LD語言的一些優(yōu)點(diǎn)，F(xiàn)BD圖與電氣二次的原理圖更接近。FBD、SFC、LD都不具備IF、CASE、FOR、WHILE、REPEAT、EXIT、EMPTY等語句，數(shù)據(jù)處理能力不夠強(qiáng)。根據(jù)我個(gè)人使用情況，比較可取的方法有：（1）全部使用ST；（2）使用ST與FBD相結(jié)合；（3）使用ST與LD相結(jié)合。（2）和（3）兩種方法能夠?qū)煞N語言的特點(diǎn)結(jié)合起來，是比較好的方式。因?yàn)橛脭?shù)據(jù)處理能力強(qiáng)的文本化語言處理數(shù)據(jù)，用直觀性好的LD或FBD編制順控流程，現(xiàn)場(chǎng)的技術(shù)人員能夠比較容易接受、容易理解、容易接受?，F(xiàn)場(chǎng)的技術(shù)人員最關(guān)心的是順控流程。我個(gè)人比較傾向于（3）的方式。但是對(duì)于熟悉使用C語言或類似C語言的其它文本化語言的工程技術(shù)人員來說，或者對(duì)于特別復(fù)雜的順控流程用LD或FBD實(shí)現(xiàn)很困難的情況，使用結(jié)構(gòu)化文本ST語言是一個(gè)明智的選擇。隔河巖的情況就是這樣，他們?cè)瓉砑幽么驝AE計(jì)算機(jī)監(jiān)控的LCU的全部流程是用類似C語言的文本化的語言編制的，他們的機(jī)組順控流程也很復(fù)雜，因此電廠要求所有流程使用ST語言編制。這樣，改造后的LCU的程序，與原來的程序風(fēng)格上接近，電廠的技術(shù)人員比較容易理解和維護(hù)。實(shí)踐證明，選擇ST語言是正確的。2．3PLC直接上網(wǎng)經(jīng)過多年探索和實(shí)踐，計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)普遍采用分層、分布的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，也就是按照被控設(shè)備分成單元，即LCU?，F(xiàn)在較為普遍的LCU一般由工控機(jī)、控制器（PLC：用于數(shù)據(jù)采集和控制）、自動(dòng)準(zhǔn)同期裝置、轉(zhuǎn)速裝置、變送器、電源等附件組成。工控機(jī)作為計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)部網(wǎng)上的一個(gè)結(jié)點(diǎn)，各種數(shù)據(jù)經(jīng)過工控機(jī)送到網(wǎng)上各個(gè)結(jié)點(diǎn)，控制命令經(jīng)工控機(jī)下達(dá)到控制器等設(shè)備。因此工控機(jī)的可靠性顯得非常重要。雖然工控機(jī)是工控產(chǎn)品，由于它的風(fēng)扇、硬盤驅(qū)動(dòng)器、軟驅(qū)等旋轉(zhuǎn)部件的存在，可靠性就有所降低。針對(duì)這種情況，人們把眼光紛紛投向以太網(wǎng)，考慮PLC的直接上網(wǎng)?，F(xiàn)在國際上知名的幾大廠家的PLC均能夠?qū)崿F(xiàn)直接上網(wǎng)，如施耐德公司全線的Quantum系列、Premium系列等、通用電氣公司GE90-70系列、GE90-30系列、VersaMAX系列等、西門子公司的有關(guān)PLC、羅克韋爾PLC的有關(guān)系列控制器。在隔河巖計(jì)算機(jī)監(jiān)控改造工程中，采用了直接上網(wǎng)的形式。但它的結(jié)構(gòu)還是符合分層分布（單元）式的結(jié)構(gòu)原則。這種結(jié)構(gòu)是符合“無人值班（關(guān)門運(yùn)行）”的目標(biāo)的。2．4冗余結(jié)構(gòu)雙機(jī)熱備冗余現(xiàn)在PLC的可靠性是很高的，但為了把大型、特大型機(jī)組的可靠性提高到更高的水平，特別是滿足隔河巖這種大型骨干電廠“無人值班（關(guān)門運(yùn)行）”對(duì)LCU的要求，同時(shí)也利于維護(hù)（一臺(tái)運(yùn)行，另一臺(tái)可處于編程狀態(tài)），采用了雙機(jī)（CPU）熱備結(jié)構(gòu)。雙機(jī)熱備的實(shí)現(xiàn)有兩種放方式，一是硬件方式，一是軟件方式。硬件方式如施耐德公司Quantum系列PLC雙機(jī)熱備、通用電氣公司GE90-70系列雙機(jī)熱備等；軟件方式通用電氣公司GE90-30系列雙機(jī)熱備有一般硬件的方式性能比較好。但是不管那種方式，都要達(dá)到無擾切換。也就是切換的過程要保證控制連續(xù)進(jìn)行、數(shù)據(jù)不丟失。這一點(diǎn)是非常重要的。在隔河巖計(jì)算機(jī)監(jiān)控改造工程中，采用了施耐德公司Quantum系列PLC雙機(jī)熱備結(jié)構(gòu)。當(dāng)主控CPU故障或電源失去時(shí)，自動(dòng)切換到備用CPU，備用CPU自動(dòng)升為主控CPU，實(shí)現(xiàn)無擾切換。當(dāng)進(jìn)行維護(hù)時(shí)，可以手動(dòng)進(jìn)行主、備單元的切換。這樣，可以提高可靠性指標(biāo)。光纖以太網(wǎng)冗余對(duì)于LCU來說，它與系統(tǒng)的其它結(jié)點(diǎn)的連接方式，或說組網(wǎng)方式，現(xiàn)在普遍采用以太網(wǎng)，而且采用光纖作為介質(zhì)。單網(wǎng)的可靠性已經(jīng)很高，但考慮其它不可預(yù)見的機(jī)械物理上的等因數(shù)，可以考慮采用雙光纖以太網(wǎng)。隔河巖計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)采用了雙光纖以太網(wǎng)。從LCU（PLC）而言，它的雙光纖以太網(wǎng)工作方式不需要切換，而且是同時(shí)工作（ALLINWORKING）的方式。這樣，不需要切換，一旦一號(hào)網(wǎng)故障，二號(hào)網(wǎng)可以零時(shí)間切換過去。由此可以獲得很高的性能。這是由Quantum系列PLC的以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)的功能。與遠(yuǎn)程機(jī)箱的聯(lián)結(jié)電纜冗余一般情況，一個(gè)LCU單元需要幾個(gè)擴(kuò)展機(jī)箱。如隔河巖項(xiàng)目，它有五個(gè)擴(kuò)展機(jī)箱。在Quantum系列PLC上，它有兩種連接方式，一種是遠(yuǎn)程RIO（RemoteInput/Output）方式，一種是分布DIO（DistributedInput/Output）方式。隔河巖項(xiàng)目采用的是RIO方式，它的擴(kuò)展機(jī)箱稱為遠(yuǎn)程站（RemoteDrop）。一般情況下，主機(jī)箱采用與擴(kuò)展機(jī)箱采用單纜連接已經(jīng)足夠。但采用雙纜可以獲得更高的可靠性。如在龍羊峽水電廠，單機(jī)32萬千瓦，PLC的主機(jī)箱在上游側(cè)，其中一個(gè)遠(yuǎn)程站在下游側(cè)。在該電站，采用雙纜連接主機(jī)箱與該遠(yuǎn)程站，一跟從左側(cè)走線，一跟從右側(cè)走線，這樣一旦一側(cè)有火災(zāi)、機(jī)械損傷等不可預(yù)見性的因素，不影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行。在隔河巖計(jì)算機(jī)監(jiān)控改造工程中，也采用了雙纜的結(jié)構(gòu)。輸入冗余一般來說，輸入的冗余應(yīng)該采用三取二的方法，即少數(shù)服從多數(shù)的方法。通用電氣公司GE系列PLC有這樣的硬件結(jié)構(gòu)，從CPU、輸入、輸出都三重冗余，以滿足可靠性極高的情形，如冶金領(lǐng)域的高爐。但是它的投資大，在水電行業(yè)實(shí)在沒有必要。但是，對(duì)于少數(shù)重要的信號(hào)，如用于事故停機(jī)、緊急事故停機(jī)的信號(hào)、重要設(shè)備如出口斷路器的狀態(tài)信號(hào)有兩路信號(hào)輸入，就存在如何處理的問題。在隔河巖計(jì)算機(jī)監(jiān)控改造工程中，就遇到這樣的問題。處理的方法是采用安全傾向因子，在不同的狀態(tài)、過程中，可以采用不同的安全傾向因子，這樣用一對(duì)冗余信號(hào)加一組安全傾向因子，就可以得到在不同的狀態(tài)、過程中一組信號(hào)。一個(gè)安全傾向因子可以是幾個(gè)甚至更多個(gè)信號(hào)的邏輯運(yùn)算結(jié)果。5）輸出冗余對(duì)于部分重要設(shè)備，如滅磁開關(guān)、出口斷路器，為保證其在任何情況下的高可靠性動(dòng)作，需要對(duì)每一個(gè)這樣的設(shè)備配置兩個(gè)開出通道，即配置冗余的通道，已保證其可靠性。有些電廠的出口斷路器。如隔河巖的，分閘就是兩個(gè)線圈，正常工作線圈和后備線圈，任何一個(gè)線圈勵(lì)磁，斷路器都會(huì)分閘。實(shí)際上就是設(shè)備的冗余。國電公司在“無人值班（關(guān)門運(yùn)行）征求意見稿”中有過這樣的要求。一般，冗余的通道動(dòng)作策略有兩種：一種是采用兩個(gè)冗余通道同時(shí)動(dòng)作的策略；另一種是采用在第一個(gè)通道動(dòng)作失敗后，冗余的第二通道再動(dòng)做的策略。顯然同時(shí)動(dòng)作不是很好，因?yàn)檎Ｇ闆r下，設(shè)備會(huì)正常動(dòng)作。這種情況下，第二通道動(dòng)作沒有必要，可能造成第一通道動(dòng)作失敗后，第二冗余通道動(dòng)作不能正常動(dòng)作。采用后一種辦法較好。監(jiān)視第一個(gè)通道動(dòng)作，在一定時(shí)間內(nèi)，狀態(tài)沒有反饋回來，第二通道動(dòng)作。這樣，第二通道幾乎沒有“表現(xiàn)的機(jī)會(huì)”，一旦讓他表演，他會(huì)“準(zhǔn)確而恰如其分地表演”。在隔河巖計(jì)算機(jī)監(jiān)控改造工程中，就是采用這種方案，取得了比較理想的效果。電源的冗余電源的重要性不言而喻。再好的設(shè)備，不提供電源，什么都無從談起。在隔河巖計(jì)算機(jī)監(jiān)控改造工程中，采用了電源冗余技術(shù)。隔河巖電廠的主電源為DC110V，I/O電源為DC24V。在遠(yuǎn)程站中，采用兩塊電源模塊相冗余，在CPU機(jī)箱采用單電源（每一個(gè)CPU機(jī)箱占用獨(dú)立的底板）。電廠提供兩路DC110V電源，一路DC110V電源提供給其中一個(gè)CPU機(jī)箱電源模塊和遠(yuǎn)程站的一個(gè)電源模塊，另一路DC110V電源提供給另一個(gè)CPU機(jī)箱電源和遠(yuǎn)程站的另一個(gè)電源模塊。兩路DC110V各通過DC/DC轉(zhuǎn)換產(chǎn)生DC24V，兩路DC24V之間形成冗余。正常情況下，兩路DC110V都供電，兩個(gè)CPU機(jī)箱一主一備正常工作，DC24V正常工作，遠(yuǎn)程站上的兩塊電源各承擔(dān)該機(jī)箱一半負(fù)荷。當(dāng)一路DC110V故障時(shí)，其中一個(gè)CPU機(jī)箱能夠正常工作（當(dāng)備用CPU機(jī)箱上電源失去時(shí)，沒有什么操作，也沒有什么影響。當(dāng)主用CPU失去電源時(shí)，備用CPU無擾動(dòng)切成主CPU），一路DC24V正常工作，遠(yuǎn)程站上的其中一塊電源承擔(dān)該機(jī)箱全部負(fù)荷。這樣就實(shí)現(xiàn)了電源的冗余。2．5交流采樣與變送器交流采樣的使用越來越多，大有代替變送器的趨勢(shì)。但是，現(xiàn)在對(duì)于交流采樣的理解不是那么清楚。隔河巖計(jì)算機(jī)監(jiān)控改造工程中，關(guān)于交流采樣與變送器處理與使用是比較恰當(dāng)?shù)?、合適的，是值得其它電站（廠）借鑒的。這里所說的合理與恰當(dāng)，當(dāng)然指的是交流量的處理，因?yàn)楝F(xiàn)在對(duì)于直流及非電量只能采用變送器進(jìn)行采集處理。具體處理方法是：對(duì)于機(jī)組同期、機(jī)組有功功率、機(jī)組電壓（無功功率）、導(dǎo)葉開限等實(shí)時(shí)性、可靠性要求高的控制環(huán)節(jié)，采用變送器。而采用交流采樣裝置采集發(fā)電機(jī)的三相電流、三相電壓（相、線）、有功功率、無功功率、功率因數(shù)等電氣參數(shù)。2．6采用CableFast快速配線系統(tǒng)按照常規(guī)的接線方式，各種I/O模塊到盤柜端子需要配線。隔河巖水電廠機(jī)組單機(jī)容量大，考慮的較完善，因此I/O點(diǎn)數(shù)多。開關(guān)量輸入有320點(diǎn)，開關(guān)量輸出有128點(diǎn)，溫度點(diǎn)數(shù)有64點(diǎn)，非電氣模擬量輸入有32點(diǎn)，模擬量輸出8點(diǎn)。共有I/O模塊25塊，每個(gè)模塊有40端子需要與端子現(xiàn)聯(lián)，至少要有1000線需要接。但現(xiàn)場(chǎng)安裝改造時(shí)間非常有限，必須采取效率更高的方法。采用施耐德的快速接線系統(tǒng)CableFast是一種好的解決方法。CableFast快速配線系統(tǒng)是施耐德公司的標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品，它將Quantum接線端子與端子塊預(yù)先用電纜連接好，端子塊可以直接安裝在DIN導(dǎo)軌上，外部接線可以直接接在端子塊上，這樣就減少了配線的工作量，節(jié)省了大量時(shí)間，是一種比較好的方式。2．7精心設(shè)計(jì)認(rèn)真準(zhǔn)備為了使現(xiàn)場(chǎng)的配線、改造的工作量最小，也為以后的維護(hù)方便，需要精心地進(jìn)行設(shè)計(jì)。合理布局，合理配置。一般外部端子接線不要改變，這樣就可以減少施工時(shí)間。另外，要進(jìn)行充分的準(zhǔn)備，各種配件、各種工具等，否則就會(huì)影響工期。在隔河巖現(xiàn)場(chǎng)改造過程中，我們較好解決了這個(gè)問題，使得現(xiàn)場(chǎng)的改造、裝配工作有條不紊地進(jìn)行，在保障工期地前提下，使裝配地工藝操作原進(jìn)口設(shè)備地工藝水平，得到電廠地好評(píng)。

3．結(jié)語在清江隔河巖水電廠現(xiàn)地控制單元（LCU）改造中，在結(jié)構(gòu)、技術(shù)路線、實(shí)現(xiàn)方法上都有所創(chuàng)新。主要體現(xiàn)在水電行業(yè)首次使用QUANTUMPLC直接上網(wǎng)（取消工控機(jī)），體現(xiàn)在采用了雙機(jī)熱備冗余、雙網(wǎng)、部分I/O冗余及電源的冗余。隔河巖水電廠的LCU尤其是機(jī)組LCUI/O點(diǎn)數(shù)多，是一般同規(guī)模機(jī)組的3到4倍。而且監(jiān)控系統(tǒng)的改造要求高，特別是時(shí)間短。在不到三周的時(shí)間里，要進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)安裝、配線、調(diào)試，時(shí)間非常緊。經(jīng)過與電廠等有關(guān)方面的積極配合，隔河巖水電廠計(jì)算機(jī)改造工程已基本完成。目前，設(shè)備運(yùn)行良好，預(yù)期的目標(biāo)基本實(shí)現(xiàn)，效果是好的。

ReformofLocalControlUnitsinGeHeYanHydropowerPlantwithSchneider’sEthernetProductAbstract：ThispaperincombinationwithQingJiangGeHeYanhydropowerplant（HPP）localcontrolunitsofComputerizedSupervisionandcontrolsystem，focusesitsattentiononthenewstructureoflocalcontrolunitsbeyondQuantumPLClinkingtolocalareanetdirectlywhichstructureisfirstusedindomestichydropowerplants．Itdiscussestheredundancystrategyonhowtorealizeinput，output，power，CPU，combinationunderthiscondition，especiallyonhowtorealizeinputredundancystrategywithtwoinputsignals．ItanalysesdifferentcharacteristicbetweenIECfivelanguages：FBD、LD、SFC、ST、IL，especiallyhowtouseSTlanguageinhydropowerplantfieldcontrol．ItarguesonthestrategyhowtousepowersandDCtransfer．ItalsodiscussesdifferencestrategyonComputerizedSupervisionandcontrolsystemandfieldcontrolflowbetweendomesticandoverseashydropowerplants．Keywords:Hydropowerplant,No-manonduty,Reform,Localcontrolunits,Structure.使用光纖縱差保護(hù)作為線變組主保護(hù)的方案研究PAGEABSTRACT:theindustrialusersoftenusethelinetransformergroup,differentialprotectionforitsgoodselectivityandreliability,isthefirstchoiceofmainprotection.Butintheprocessofoperationfoundusingtransformerdifferentialprotectionexistsdeadzone,cann’tprotectrthelines,thisarticleanalysisusedtransformerdifferentialprotectiondevicelimitations,andputforwardtheuseasetofopticaldifferentialprotectiondeviceforlinesandtransformersprotectiontogether.KEYWORD:linetransformergroup；deadzone；opticaldifferentialprotection

摘要：工業(yè)用戶常常用到線路變壓器組的供電方式，而差動(dòng)保護(hù)因其良好的選擇性和可靠性，是主保護(hù)的首選。但是在運(yùn)營過程中發(fā)現(xiàn)使用變壓器差動(dòng)保護(hù)存在死區(qū)，無法發(fā)生在線路部分的故障進(jìn)行保護(hù)，本文主要針對(duì)線變組的供電方式，分析使用變壓器差動(dòng)保護(hù)裝置的局限性，并提出使用一套光纖差動(dòng)保護(hù)裝置為線路和變壓器共同提供主保護(hù)的方案。關(guān)鍵詞：線變組，光纖縱差保護(hù)，死區(qū)，7SD610。

0引言近年來工業(yè)用戶經(jīng)常會(huì)應(yīng)用到大功率電動(dòng)機(jī)，需要獨(dú)立配置變壓器為電動(dòng)機(jī)及其外圍設(shè)備供電，變壓器通常安裝在電動(dòng)機(jī)的廠房?jī)?nèi)，通過架空線或電纜與附近的變電所相聯(lián)。由于是廠區(qū)內(nèi)就近供電，所以線路距離較短，為節(jié)省投資，線路和變壓器之間不架設(shè)斷路器，這就是線變組供電方式，如圖1。一些工業(yè)用戶的自己上的小型發(fā)電廠也用這種方式將發(fā)出的電力送到廠站。圖1線變組供電方式Fig1linetransformergrouppowersupplymode線變組中的線路和變壓器中間沒有架設(shè)斷路器，但為了保護(hù)的需要，它們之間架設(shè)了電流互感器。變壓器通常配置差動(dòng)保護(hù)，后備保護(hù)，非電量保護(hù)；對(duì)于線路部分，由于距離短，應(yīng)用距離保護(hù)困難，而且變壓器保護(hù)跳閘信號(hào)需經(jīng)過光纖遠(yuǎn)傳裝置遠(yuǎn)傳去跳線路對(duì)側(cè)開關(guān)，變壓器差動(dòng)保護(hù)，后備保護(hù)，非電量保護(hù)的開出節(jié)點(diǎn)通過硬接線連接光纖遠(yuǎn)傳保護(hù)的開入，由光纖遠(yuǎn)傳裝置的直跳功能實(shí)現(xiàn)變壓器保護(hù)跳對(duì)側(cè)的開關(guān)經(jīng)過分析，上面這種保護(hù)配置存在動(dòng)作死區(qū)，如果A和B之間的線路存在短路故障時(shí)，變壓器差動(dòng)保護(hù)不會(huì)動(dòng)作，也就是說線變組里的線路部分并不在保護(hù)的保護(hù)范圍內(nèi)?，F(xiàn)在利用西門子7SD610光纖差動(dòng)保護(hù)裝置即可以為線路和變壓器共同提供主保護(hù)，既可減少電流互感器和保護(hù)單元等一二次設(shè)備的投資，也能大大減少接線和調(diào)試工作。本文將著重討論這種方案的可行性。

圖2使用光纖差動(dòng)保護(hù)作為線變組主保護(hù)Fig2opticaldifferentialprotectionasmainprotection1線變組光纖差動(dòng)保護(hù)的實(shí)現(xiàn)

1．1光纖差動(dòng)保護(hù)應(yīng)用于線變組面臨的問題線變組中的線路距離較短，一般為幾百米到幾公里左右，無論是正常運(yùn)行還是變壓器發(fā)生故障，線路兩側(cè)A和B的CT流過的一次電流幾乎相同，從這點(diǎn)來看，線變組光纖差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作特性接近于線變組內(nèi)單個(gè)變壓器的縱差保護(hù)。

所以光纖線變組差動(dòng)保護(hù)既要解決數(shù)據(jù)同步的問題，又要解決變壓器縱差保護(hù)特殊算法問題：即電流矢量變換、CT變比補(bǔ)償、涌流制動(dòng)（一般采用二次諧波制動(dòng)）和嚴(yán)重故障時(shí)的差動(dòng)速斷。西門子7SD610光纖縱差保護(hù)在作為線變組光纖縱差保護(hù)使用時(shí)，可實(shí)現(xiàn)變壓器兩側(cè)CT不同的極性組別和CT變比的匹配，并具有二次諧波抑制涌流功能。保護(hù)算法中加入了跟變壓器差動(dòng)保護(hù)的算法類似的星型接線和三角型接線間的角度轉(zhuǎn)換。并能自動(dòng)計(jì)算并補(bǔ)償兩側(cè)CT誤差。圖3.線變組差動(dòng)7SD610的基本工作模型Fig37SD610basicworkmodel系統(tǒng)各側(cè)各裝有一個(gè)保護(hù)裝置，各側(cè)的保護(hù)裝置分別檢測(cè)當(dāng)?shù)仉娏?，同時(shí)將本側(cè)的電流通過光纖傳送到其它側(cè)以便與各側(cè)電流進(jìn)行比較。若保護(hù)對(duì)象為一條線路，設(shè)一側(cè)電流為，另外一側(cè)電流為。理論上，在正常工作情況下保護(hù)兩側(cè)電流滿足如下方程如式（1）所示(1)而在線路內(nèi)部故障時(shí)，保護(hù)兩側(cè)電流滿足的條件如式（2）所示：(2)式中為故障電流。

1．2光纖差動(dòng)保護(hù)算法處理

光纖差動(dòng)保護(hù)首先要解決的是數(shù)據(jù)同步問題。線變組中的線路距離較短，可以采用專用光纖通道，數(shù)據(jù)同步算法采用成熟的采樣數(shù)據(jù)修正算法。

西門子7SD610光纖縱差保護(hù)對(duì)于電流矢量變換和CT補(bǔ)償方式是，數(shù)據(jù)同步完成后，將一套光纖差動(dòng)裝置看成兩個(gè)獨(dú)立的變壓器差動(dòng)保護(hù)裝置，兩側(cè)保護(hù)裝置各自依據(jù)變壓器差動(dòng)保護(hù)的算法對(duì)高低壓兩側(cè)的電流進(jìn)行相同的矢量變換和變比補(bǔ)償。由于采樣數(shù)據(jù)修正的同步算法傳輸?shù)氖请娏魇噶?。西門子7SD610光纖縱差保護(hù)數(shù)據(jù)同步和折算過程不會(huì)影響電流中各個(gè)諧波分量的比例關(guān)系，所以可以采用二次諧波比例制動(dòng)方式來防止投切變壓器時(shí)差動(dòng)誤動(dòng)作，同時(shí)配置差動(dòng)速斷。對(duì)于光纖差動(dòng)保護(hù)，需要在兩側(cè)裝置同時(shí)設(shè)置二次諧波制動(dòng)和差動(dòng)速斷。1.3光纖差動(dòng)保護(hù)裝置動(dòng)作特性7SD610差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作特性如圖4所示，圖4.7SD610差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作特性示意圖Fig47SD610characteristicsofthediagram橫坐標(biāo)為制動(dòng)電流，縱坐標(biāo)為差動(dòng)電流。為差動(dòng)起動(dòng)電流，其主要跟線路的充電電流有關(guān)，一般為2-2.5倍的充電電流，同時(shí)要大于15%的額定工作電流。為充電補(bǔ)償高速段，直線a為向右平移并跟縱坐標(biāo)平行，直線b為過原點(diǎn)斜率k為1的直線，直線c為高速段。由直線a、直線b與直線c組成的”trip”部分為裝置的動(dòng)作區(qū)。1.4光纖差動(dòng)保護(hù)保護(hù)動(dòng)作判據(jù)裝置的動(dòng)作判據(jù)如式（3）、（4）所示 (3)(4)式中為差動(dòng)保護(hù)的起動(dòng)電流，為制動(dòng)電流。裝置的制動(dòng)電流計(jì)算如(5)式所示： (5) 式中為綜合誤差電流總和，由式（6）可以看出制動(dòng)電流跟通常的取法不一樣，它為差動(dòng)起動(dòng)電流及所有誤差引起的系統(tǒng)的綜合誤差電流之和。

2線變組差動(dòng)保護(hù)的靈敏度2.1CT不飽和情況下的分析以保護(hù)線路為一條線路為例。當(dāng)發(fā)生穿越性故障時(shí)，由于CT不飽和，兩側(cè)裝置能在誤差允許范圍內(nèi)正確反映各側(cè)的電流，因而差動(dòng)電流為：(6)制動(dòng)電流為：(7)