SEL-3354保護管理機在廠用電系統(tǒng)中的應(yīng)用

摘要：在詳細分析SEL-3354保護管理機功能特點的基礎(chǔ)上，對該裝置在微機保護系統(tǒng)中的幾種應(yīng)用方案進行討論，闡述了它們的優(yōu)勢和普遍借鑒意義，并結(jié)合SEL系列微機保護裝置在三門核電項目中的具體應(yīng)用，介紹整個中低壓系統(tǒng)的保護配置、功能及通信實現(xiàn)方式，提出優(yōu)化方案，為后續(xù)項目提供參考。

關(guān)鍵詞：SEL-3354;微機保護;通信;Modbus協(xié)議

0? ? 引言

計算機特別是微機處理器的出現(xiàn)及其在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用，為大機組電廠常規(guī)監(jiān)控系統(tǒng)的改進及電廠自動化水平的提高提供了先進而有效的技術(shù)手段。三門核電為了更有效地對廠用電系統(tǒng)的各項參數(shù)（如電流、電壓、功率、溫度及各種報警信息等）進行監(jiān)視，首次采用了美國SEL公司的SEL-3354保護管理機對下游的SEL系列微機保護進行實時的數(shù)據(jù)采集，并通過Modbus通信與上位機進行數(shù)據(jù)交換，以實現(xiàn)主控室對全廠重要設(shè)備的實時監(jiān)控。

1? ? SEL-3354保護管理機

1.1? ? SEL-3354保護管理機功能特點分析

SEL-3354保護管理機可以為變電站和電廠提供所需的數(shù)據(jù)采集和傳輸特性，能與基于微處理器的設(shè)備進行通信，既可作為一種簡單、智能的端口切換器，也有復(fù)雜的通信和數(shù)據(jù)處理功能[1]。

（1）SEL-3354保護管理機共有16個標(biāo)為“COM1”到“COM16”的EIA-232/485背板串口、2個標(biāo)為“ETH1/ETH2”的光纖通信口和1個標(biāo)為“PORT F”的面板以太網(wǎng)口。除PORT F口只能用于和主機設(shè)備通信外，其他16個COM串口可以選擇和SEL保護裝置或其他智能電子設(shè)備、串行打印機或主機設(shè)備（包括RTU、PC機或非智能終端）進行通信。

（2）SEL-3354保護管理機支持Modbus RTU/TCP、DNP、103、SEL等多種通信協(xié)議，能并發(fā)地處理所有端口的操作，允許多個用戶同時與SEL-3354進行通信[2]。

（3）SEL-3354保護管理機能接收、緩沖、解析數(shù)據(jù)，并能對這些數(shù)據(jù)作出響應(yīng)，通過發(fā)送制式報文或自定義報文向端口上連接的設(shè)備請求數(shù)據(jù)[3]。

1.2? ? SEL-3354保護管理機的幾種應(yīng)用方案

通過對SEL-3354保護管理機功能特點的分析，發(fā)現(xiàn)它的通信處理能力和數(shù)據(jù)庫性能使其能從各種設(shè)備采集數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)解析成有用的部分，只將所需數(shù)據(jù)傳送到其他設(shè)備或系統(tǒng)，這正是電廠綜合自動化的基本思路。SEL-3354的網(wǎng)絡(luò)功能使其能作為小型電站數(shù)據(jù)綜合的通信網(wǎng)絡(luò)，也可作為大型電站網(wǎng)絡(luò)中的子網(wǎng)集約裝置。目前，SEL-3354保護管理機在構(gòu)建電廠微機繼電保護系統(tǒng)底層網(wǎng)絡(luò)時主要有3種應(yīng)用方案。

方案一：將SEL-3354作為數(shù)據(jù)集中裝置，接受RTU（Remote Terminal Unit，遠程數(shù)據(jù)終端）的查詢和控制，通過連接現(xiàn)場的SEL繼電保護裝置或其他智能儀表，并選擇合適的COM口接Modem連接RTU、打印機，Port F連接本地終端，IRIG-B連接時鐘源，形成一個單獨的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)對下游各類型保護裝置的監(jiān)視與控制，適用于小型變電站或電廠。

方案二：將SEL-3354與其他SEL系列或各種非SEL智能電子設(shè)備組成一個可實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換、設(shè)備控制功能的小型網(wǎng)絡(luò)，并將其作為整個電廠控制網(wǎng)絡(luò)中的一個子網(wǎng)，由SEL-3354接到主網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)。對于小型的自動化系統(tǒng)，可以考慮直接使用結(jié)構(gòu)，以簡化設(shè)計和安裝。

方案三：基本應(yīng)用方式，將SEL-3354作為SEL設(shè)備的數(shù)據(jù)集中裝置，起到端口切換、數(shù)據(jù)傳遞、解析、處理和存儲的作用，并同步所連接的時鐘，同時作為現(xiàn)場測控層串口通信網(wǎng)絡(luò)總線上的一個節(jié)點。三門核電即采用這種方式。

2? ? SEL-3354保護管理機的實際應(yīng)用

2.1? ? 保護配置

三門核電常規(guī)島和核島中低壓采用的是SEL系列微機保護裝置來實現(xiàn)對各電源進線、電動機、變壓器及變頻器等設(shè)備的保護和監(jiān)控。

各種型號的SEL系列微機保護裝置分別適用于不同的電力設(shè)備，其主要特點是可以利用SELogic控制方程完成對保護開入/開出量及其他邏輯的控制編程，靈活實現(xiàn)所需保護功能，以滿足不同客戶的需求，使保護具有較大的適應(yīng)性;并且通過不同的串行通信口，可以有效傳輸測量數(shù)據(jù)、保護元件及接點I/O狀態(tài)、事件報告、斷路器監(jiān)視以及時鐘同步等關(guān)鍵信息。

在三門核電中，廠用電系統(tǒng)的保護配置、功能及通信信息如表1所示。

2.2? ? 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

三門核電在常規(guī)島和核島每段中壓母線上分別配有兩臺SEL-3354保護管理機，每臺SEL-3354通過9針串口線與下游各進線及饋線間隔的保護裝置進行數(shù)據(jù)交換，與儀控DDS機柜下層的交換機Network Switch通過光纖連接，進行數(shù)據(jù)傳輸和報警顯示。

三門核電廠用電系統(tǒng)總體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及微機保護系統(tǒng)在整個儀控監(jiān)視網(wǎng)絡(luò)中的位置如圖1所示。SEL-3354與下層的微機保護裝置，上層儀控的交換機、數(shù)據(jù)處理服務(wù)器Datalink Drop及Ovation平臺形成了一個完整的分布式集散控制監(jiān)視系統(tǒng)。各SEL系列微機保護裝置以SEL-3354為主站形成監(jiān)控子網(wǎng)，同時SEL-3354還作為上層儀控系統(tǒng)的從站接入到Ovation平臺，實現(xiàn)主控室對全廠中壓系統(tǒng)設(shè)備運行狀態(tài)的監(jiān)視。

3? ? SEL-3354相比于其他廠用電系統(tǒng)監(jiān)視方案的優(yōu)點

3.1? ? 廠用電系統(tǒng)傳統(tǒng)監(jiān)視模式

目前，各個電廠一般都是采用保護裝置+多功能電度表或變送器等儀表相互配合來完成對廠用電系統(tǒng)的監(jiān)視。無論是保護裝置+多功能電度表還是保護裝置+變送器的模式，都需要在每個設(shè)備間隔加裝多功能電度表或變送器，不僅增加了設(shè)備成本，也使得柜內(nèi)接線更加復(fù)雜，對調(diào)試和運行提出了更高的要求，同時也加大了設(shè)備出現(xiàn)故障的幾率。并且在傳統(tǒng)方式下，PLS/DCS儀控系統(tǒng)只能接收到就地設(shè)備的模擬量，開關(guān)量需要通過硬接線進行上傳，而保護動作量只能通過保護裝置進行傳輸，這樣不僅又增加了控制電纜的數(shù)量，電纜橋架也需考慮更大的電纜敷設(shè)空間和載荷，再次增加了投資成本。

但是，在傳統(tǒng)的廠用電系統(tǒng)監(jiān)視模式下，每臺設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸通道都是各自獨立的，某個設(shè)備的損壞不會引起聯(lián)鎖反應(yīng)，導(dǎo)致其他設(shè)備的數(shù)據(jù)通信中斷，維護更加便捷。

3.2? ? 保護管理機形式的廠用電系統(tǒng)監(jiān)視模式

三門核電是首次采用保護管理機的形式來對下層微機保護裝置的電流、電壓及故障狀態(tài)等運行參數(shù)進行集中處理、分析，并上傳給儀控上位機進行監(jiān)視。

相較于傳統(tǒng)監(jiān)視方式，三門核電廠用電系統(tǒng)采用的保護管理機模式更加符合電廠監(jiān)控系統(tǒng)向智能化、網(wǎng)絡(luò)化、自動化轉(zhuǎn)變的發(fā)展方向，與上層監(jiān)控系統(tǒng)的連接更加緊密，便于運行人員對全廠設(shè)備運行狀況的監(jiān)視和控制。并且在今后的運行過程中，如有新設(shè)備投運，只需將新設(shè)備的保護裝置或其他智能儀表連接至SEL-3354保護管理機，便能將新設(shè)備加入到整個電廠的監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中。同時，保護管理機模式下的通信網(wǎng)絡(luò)更加簡潔，沒有復(fù)雜的接線，沒有額外的設(shè)備，并且比傳統(tǒng)模式能傳輸更多的信息量，不僅是模擬量，更包括開關(guān)量、保護動作量等傳統(tǒng)意義上的硬接點，尤其是保護動作量，通過保護管理機，主控室人員能看到某個設(shè)備具體是由哪種故障引起的動作跳閘，以便對設(shè)備故障作出快速、正確的反映，并及時通知維修人員。

盡管保護管理機的模式具有可操作性強、回路簡單、傳輸信息量大等特點，但也存在著某一臺保護管理機出現(xiàn)故障，而導(dǎo)致其連接的下層所有設(shè)備失去監(jiān)控的風(fēng)險。因此，該模式對保護管理機的質(zhì)量、運行維護等提出了更高的要求，以免現(xiàn)場出現(xiàn)由于保護管理機故障而形成的監(jiān)控真空。

4? ? 結(jié)語

SEL-3354保護管理機在三門核電廠用電系統(tǒng)中的應(yīng)用符合大型電廠監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)向分散化、網(wǎng)絡(luò)化和開放化轉(zhuǎn)變的發(fā)展方向，其不僅加強了電廠儀控系統(tǒng)對下層設(shè)備的監(jiān)視和數(shù)據(jù)處理，還提高了電廠人員對設(shè)備故障的響應(yīng)速度。

[參考文獻]

[1] SEL.Inc.SEL-3354 Embedded Automation Computing Platform Instruction Manual[Z]，2010-12-01.

[2] 皮鯤，王仲東，黃劍，等.SEL智能儀表在下會坑電站的應(yīng)用[J].中國儀器儀表，2002（1）：32-36.

[3] 皮鯤，王仲東，黃劍，等.基于SEL-2020通訊處理器的電站監(jiān)控保護系統(tǒng)[J].儀表技術(shù)與傳感器，2002（6）：24-26.

收稿日期：2020-03-13

作者簡介：王能（1987—），男，浙江湖州人，工程師，研究方向：繼電保護。