【摘要】随着大型石化企业生产自动化、信息化程度的不断提高，电气微机综合自动化系统（以下简称微机综自系统）的应用也越来越广泛。本文对某炼化公司新建100万吨/年乙烯工程及原有企业全厂微机综自系统的构成、内容、功能及特点进行了介绍，并对今后大型石化企业微机综自系统设置进行了深入的分析。
【关键词】微机综自系统 监控系统 遥测系统 集控中心 调度
1 前言
大型石化企业的产品多为有毒有害物质，一旦发生事故对设备及人身安全危害很高。任何电气设备的故障、误动或控制失误均可能造成企业停车、爆炸等严重事故，其微机综自系统的配置安全性、合理性及可靠性就显得尤为重要。电网的自动化技术规程主要规定的是软硬件技术参数的要求，对微机综自系统结构要求很少。某炼化公司100万吨/年乙烯项目采用先进的网络技术，按照分层分布式结构设置全厂微机综自系统，下面就介绍一下其微机综自系统的结构及配置。
2 供电系统概况
本项目的变电所设置情况如下，220kV总降1座，110kV变电站1座，35kV变电站2座，6kV变电所及低压变配电室若干座，新建50MW汽轮发电机组4台。该企业原有110kV变电站2座，35kV变电站、6kV变电所及低压变配电室若干座，本项目建成后正常运行情况下用电负荷为438MW，自备电站发电量为362MW，需要电网提供负荷76MW。电力系统的规模较大，厂内原有微机综自系统不完整，且比较分散和独立，为保证全厂电力系统运行的安全、稳定、经济运行，同时为保证地方供电部门对电网的监控，本项目新建一套全厂微机综自系统。
3 综自系统结构
全厂微机综自系统主要包括微机监控系统、遥视系统、微机防误系统、电力调度系统及其网络连接等。本项目特点是用电负荷大、变电所多且分散、发电机组多，经过多方研究讨论，确定采取如下结构方案：
首先在各低压变配电室内分别设置一套综自系统子站，负责本低压变配电室内的电力设施监控，称之为低配子站，本项目共设置19座；其次在220kV变电站、110kV变电站、35kV变电站、6kV变电所内分别设置一套综自系统子站，负责各变电所及其下属的低压配电室的电力设施监控，称之为变电所子站，本项目共设置24座；再在220kV变电站、35kV变电站的控制室和区域生产中心控制室内分别设置一套综自系统总站，负责对所辖区域内各变电所的电力设施监控，称之为集控中心，本项目共设置6座；最后在全厂生产调度中心设置一套电力调度中心（称电调中心），将厂内原有的电气监控系统（7个集控中心）和本项目新建的集控中心统一纳入该电度中心，对全厂的供配电系统进行监控与调度，并对汽电联产企业发电机的电气运行数据进行监测和运行调度，同时留有与MIS系统的接口，方便领导巡视，如图1所示。
通讯主干网采用单模铠装光纤，网络结构采用自愈式光纤环网结构。集控中心以下网络结构采用星型拓扑结构，为保证通讯畅通，光纤网络均采用双网结构，如图2所示。
图2集控中心以下光纤连接示意图
电调中心配置远动装置，与市局和省局调度中心联网，实现数据共享，信息传输方式如图3所示。
4 综自系统各部分配置及功能
4.1 低配子站
低配子站主要由监控系统和遥视系统组成，监控系统配置带显示功能的通讯管理机和公用测控企业，由低压微机综保、带通讯模块的多功能表计和其他智能设备采集信息后，通讯上传至通讯管理机，非智能设备需上送硬接点信号的，可将硬接点信号接到公用测控企业上，由公用测控企业通讯上送给通讯管理机。低配子站内的数据信息由通讯管理机通过采集、整理、转换、统计、分析、计算等一系列过程，将数据保存到本地数据库中。并通过光纤网络上传至上级变电所子站。
为了实现变电所无人值守时也能看到变电所内的情况，在各变电所内设置遥视系统，低配子站内只设置视频光端机，将影像信号转换成光信号上传至上级集控中心的视频主机内。
4.2 变电所子站
变电所子站主要由监控系统、遥视系统、微机防误系统和临时接地线管理系统组成。监控系统配置带显示功能的通讯管理机、公用测控企业和操作员站。数据采集方式和通讯管理机的功能与低配子站的相同，不同的是变电站子站电气设备较多，通讯管理机往往要配置2～3套，且配置1套操作员站，方便巡检人员查看设备运行状态、历史记录等。数据通过光纤网络上传至上级集控中心。变电所子站同时将参与工艺联锁的电气设备的状态信号通过通讯方式上传给DCS。
变电所子站内也只设置视频光端机，将影像信号转换成光信号上传至上级集控中心的视频主机内。
为了保障电力运行和维护的安全，在变电所子站内设置1套微机防误系统。微机防误系统是一种采用计算机软件、网络通讯技术、现代控制技术，用于防止高压电气设备误操作的装置。变电所子站的微机防误系统主要由防误主机、闭锁控制器、遥控闭锁继电器等功能元件组成。在需要遥控的开关柜内装设遥控闭锁继电器，遥控闭锁控制器通过一对屏蔽双绞线实现对遥控闭锁继电器的管理。通过把遥控闭锁继电器的常开接点串联在远方遥控、就地操作的控制回路中，来实现对电气设备的强制闭锁。遥控闭锁控制器接收到五防主机的操作命令后，通过系统总线把此命令传达给串接在控制回路中遥控闭锁继电器，由遥控闭锁继电器实现闭锁或解锁功能。
在中压柜、变压器停电检修时，要挂临时接地线或接地小车，但常常在检修完毕后，忘记摘除临时接地线或接地小车，造成合闸时接地故障。偶尔也可能出现未断电挂接地线的情况。这些会危及人身或设备安全，故在变电所子站内设置1套与微机防误系统配套使用的临时接地线管理系统。通过地线锁具和钥匙来防止临时接地线的不当操作。
4.3 集控中心
集控中心又称总站，主要由监控系统、遥视系统、微机防误系统和远动系统组成。监控系统主要配置服务器、值班机、工程师站、网络交换机、GPS同步时钟、音响报警企业、打印机等。实现下列功能：数据采集和存储、统计计算、画面显示、统计和打印、历史记录、报警输出和处理、控制、数据库维护、同步时钟、通讯、自检功能等。为把数据上传给电调中心，集控中心还需配置1～2套远动系统，远动系统兼有规约转换功能。
集控中心的遥视系统主要由视频监控主机、视频矩阵切换企业、光端机、大屏幕显示装置等组成。可以调取所辖变电所内的所有摄像机画面，通过操作手柄，轻松控制摄像机的角度和焦距。通过监控系统发来的数据，在某处故障时，能将摄像机画面联锁切换至故障设备，并开启相应的照明灯具。
微机防误系统主要由模拟操作屏、五防主机、值班机等组成。五防主机采集监控系统和下级变电所子站的信息后，通过建立闭锁逻辑数据库将现场大量的二次电气闭锁回路变为计算机中的防误闭锁规则库。五防主机使用规则库对模拟预演操作进行闭锁逻辑判断，记录符合防误闭锁规则的模拟预演操作步骤，生成实际操作程序。模拟操作屏动态显示主要电气设备的状态，并可供操作人员模拟预演。
4.4 电调中心
电调中心一般配置前置数据处理服务器、数据库服务器、电网应用分析服务器、WEB服务器、调度员工作站、系统维护工作站、内网报表工作站、远程诊断设备、远程监视终端、网络安全隔离设备、投影仪、GPS同步时钟、打印机等设备。
电调中心提供数据采集与监控（SCADA）、电力系统高级应用（PAS）、网络拓扑、状态估计、负荷预测、调度员潮流、静态安全分析、调度员培训仿真（DTS）、远动通讯等功能。调度员通过该系统对全厂电气系统实施监视、控制、测量和保护信息诊断与管理，并完成电力系统负荷预测、潮流计算、计量统计、报表生成、短路计算、动态仿真、优化管理等应用功能。并可与ETAP软件实现接口对接。
4.5 其他
220kV总降建成后由当地电力部门负责运行和维护，220kV总降的数据除了上传给厂内电调中心外，还上传给市地调中心和省调中心。另外，在220kV总降和110kV变电站（包括原有110kV变电站）的进出线处设有关口计量表计，在220kV总降内设1～2套电能量数据终端（ERTU），各计量表计通过通讯将数据上传至220kV总降内的ERTU，由ERTU采集、统计后上送至市地调中心和省调中心。
当经济条件允许时，综自系统中的一些重要设备可以采取冗余配置，本项目中的通讯管理机、网络交换机、服务器等为冗余配置，网络也采用双网结构。
5 综自系统的信息采集及通信方式
5.1 采集的信息
综自系统主要采集、处理和控制的信息如下：
遥测量：模拟量（4～20mA、Pt100等）、脉冲量、数字量；
遥信量：各种状态信号（开关状态、故障信号、综保输出等）；
遥控命令：数字量、脉冲量；
遥调命令：模拟量、脉冲量、数字量；
时钟对时信号；
计算量；
统计量；
人工输入量。
关于上述四遥量的各项指标要求在规范中都有明确，使用时可以对照查询。5.2 通讯方式及通讯协议
集控中心以下的系统网络采用星网拓扑结构，子站与子站之间、子站与集控中心之间采用光纤作为通讯介质，通讯协议一般采用IEC60870-5-103。
各子站内部设备采用超五类线和屏蔽双绞线作为通讯介质。中高压微机综保与通讯管理机之间和微机防误系统与监控系统之间的通讯协议一般采用IEC60870-5-103，也可以采用MODBUS RTU。低压微机综保、其他智能设备与通讯前置机之间的通讯协议通常采用MODBUS RTU，个别智能设备采用PROFIBUS RTU或其他协议，通讯管理机负责通讯协议转换。通讯接口类型主要采用RS485、RS232、RJ45等。
集控中心以上的系统网络采用自愈式环网结构，集控中心与电调中心之间、电调中心与地调和省调之间均采用光纤作为通讯介质。集控中心与电调中心之间的通讯协议采用IEC60870-5-104。电调中心与地调和省调之间的通讯协议及接口型式应根据当地电力部门的要求实施，一般要求双通道。
6 综自系统设计时应考虑的问题
6.1 数据的采集和通讯
数据的采集是关系到能否安全正常运行的基础，随着数据量一级级地增多，使用总线制通讯方式时，每条链路上连接的设备不宜太多，否则容易造成通讯缓慢或堵塞。一定要保证数据的实时更新时间。
通讯接口损坏也是常有的事，所以在设计时应根据经济条件预留一些备用通讯接口。另外，不同生产厂家的通讯协议不同，这也会影响通讯速度，在设计和订货之初，应首先规定好各设备的通讯接口型式和通讯协议。
6.2 设备选择
数据通讯的过程中难免出现错误，硬件出问题，往往修复的时间长，设备选择和配置也不容忽视。要坚持简单、实用、可靠的原则，以保证电网安全、经济、可靠运行为目的，选用稳定性和可靠性强，工程业绩突出，售后服务好的厂家。
6.3 电磁干扰
综自系统内部各个子系统都为低电平的弱电系统，它们所工作的环境是电磁干扰极其严重的强电场所，很容易受到这些电磁的干扰而不能正常工作，给电力系统的安全经济运行带来非常严重的后果。所以，提高自动化监控系统的抗电磁干扰能力，有着非常重要的意义。
消除或抑制电磁干扰可针对电磁干扰的三要素来进行。即：干扰源、传播途径和电磁敏感设备。可在硬件和软件方面采取以下措施，以期消除或抑制电磁干扰：
在硬接线和通讯线输入端增加光电隔离；采用屏蔽电缆；
采用UPS供电，可有效地抑制电网低频正常状态下的干扰。或在综自系统电源的输入侧安装电源滤波器和隔离变压器，可以滤去交流电源输入的高频干扰和高次谐波。
7 结论
本项目微机综自系统配置相对齐全，自动化程度高，项目已投产使用，效果非常好，值得在今后新建项目中大力推广。在应用时可根据项目的规模、经济条件、建设方的意愿等做增减配置。
石化企业生产区域工作条件通常比较恶劣，电力运行方式不同于电力企业，微机综自系统的结构和配置也不同于电力企业。微机综自系统自动化程度越高，需要的电气运行和值班人员越少，运行成本越低，人身更安全，信息反馈更迅速，调度更灵活，可以有效缩短事故停电时间。随着计算机技术、产品质量的提高和软件上的完善，微机综自系统在石化企业将得到更为广泛的使用。
参考文献
[1] 唐涛，等编著.发电厂与变电站自动化技术及其应用[M].中国电力出版社，2005
[2] 电力工程电气设计手册：电气二次部分[M].西北电力设计院编著，中国电力出版社，1991
[3] 孟祥萍，等编著.电力系统远动与调度自动化[M].中国电力出版社，2007
作者简介
郜松涛，2003年毕业于郑州大学电气工程及自动化专业，现在上海蒙福陇化学工程有限公司从事电气设计工作，职称工程师。
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