安科瑞 唐瀟倩

摘要：介紹安科瑞高壓試驗(yàn)監(jiān)控系統(tǒng)，對(duì)天威保變（秦皇島）變壓器有限公司±1100kV特高壓變壓器基地建設(shè)項(xiàng)目高壓試驗(yàn)進(jìn)行監(jiān)控，系統(tǒng)有PLC和后臺(tái)軟件組成的自動(dòng)控制回路和操作臺(tái)按鈕等組成的手動(dòng)控制回路兩套試驗(yàn)線路，可充分保證在某一點(diǎn)故障時(shí)，不影響正常的操作和試驗(yàn)工作的進(jìn)行。

關(guān)鍵詞：PLC，特高壓變壓器實(shí)驗(yàn)基地，空載實(shí)驗(yàn)，負(fù)載損耗實(shí)驗(yàn)，感應(yīng)耐壓實(shí)驗(yàn)

0、概述 

天威保變（秦皇島）變壓器有限公司成立于2006年4月6日， 由保定天威保變電氣股份有限公司、河北省建設(shè)投資公司共同組建，總投資3.45億元，占地160000平方米，坐落在美麗的海濱城市秦皇島市經(jīng)濟(jì)技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)東區(qū)（山海關(guān)）。

安科瑞電氣股份有限公司于2016年10月承接天威保變（秦皇島）變壓器有限公司投資建設(shè)的“±1100kV特高壓變壓器基地建設(shè)項(xiàng)目”中的高壓實(shí)驗(yàn)自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)。

1、客戶(hù)需求

試驗(yàn)系統(tǒng)必須完成的變壓器產(chǎn)品試驗(yàn)項(xiàng)目，具體內(nèi)容如下：

1.1 空載電流和空載損耗測(cè)量

1.2 空載電流諧波測(cè)量

1.3外施感應(yīng)耐壓試驗(yàn)

1.4短路阻抗和負(fù)載損耗測(cè)量

1.5三相變壓器零序阻抗測(cè)量

1.6溫升試驗(yàn)

具體要求

依據(jù)被試變壓器測(cè)試電壓，調(diào)整中間變壓器電壓分接，顯示分接開(kāi)關(guān)分接位置，確定并調(diào)整電壓互感器電壓檔位，顯示電壓互感器檔位及變比，依據(jù)被試電流大小確定并調(diào)整電流互感器檔位，顯示電流互感器檔位及變比；并保證互感器二次不開(kāi)路；確認(rèn)隔離刀的位置并判斷是否正確。依據(jù)試驗(yàn)電壓、電流確定過(guò)電壓、過(guò)電流的值，并進(jìn)行保護(hù)。（一般電壓不超過(guò)105%，電流不超過(guò)120%）。

控制試驗(yàn)輸出母線的隔離刀分、合位置是否正確。對(duì)分、合位置不正開(kāi)關(guān)進(jìn)行提示，并且直到錯(cuò)誤糾正后才進(jìn)行下一步操作。

系統(tǒng)應(yīng)具有試驗(yàn)速度快、試驗(yàn)數(shù)據(jù)精度高、自動(dòng)記錄各項(xiàng)性能數(shù)據(jù)并實(shí)時(shí)顯示試品各項(xiàng)試驗(yàn)結(jié)果等性能。同時(shí)可以對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)和打印。

2、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)描述

本套監(jiān)控系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)對(duì)本項(xiàng)目的各配電回路進(jìn)行監(jiān)控。監(jiān)測(cè)對(duì)象主要為配電柜中BXD325微機(jī)保護(hù)裝置、溫濕度WHD96-22/C、CE100儀表、40-1號(hào)PLC柜以及發(fā)電機(jī)組控制PLC柜。

系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

本配電系統(tǒng)采用分層分布式結(jié)構(gòu)，即站控管理層，網(wǎng)絡(luò)通訊層與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層；如下圖2-1所示：

圖 2-1

2.1  站控管理層

站控管理層一般設(shè)于中心變電站值班室或其他地方。包含監(jiān)控計(jì)算機(jī)，網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，打印機(jī)，UPS，配置軟件，監(jiān)控軟件。主要功能是接受網(wǎng)絡(luò)層上傳的數(shù)據(jù)，并正確分析顯示給客戶(hù)，讓用戶(hù)時(shí)間知道現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。

2.1.1  監(jiān)控主機(jī)

40-1號(hào)PLC柜子220V交流電輸入到PLC柜內(nèi)UPS，UPS輸出到監(jiān)控主機(jī)。由于UPS有可以?xún)?chǔ)存電能，即使由于外部故障導(dǎo)致突然斷電，監(jiān)控主機(jī)也不會(huì)因此斷電。下圖2-2是40-2號(hào)操作臺(tái)里面的DELL監(jiān)控主機(jī)。

圖 2-2

2.2  網(wǎng)絡(luò)通訊層

網(wǎng)絡(luò)通訊層包含數(shù)據(jù)采集器，網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)等設(shè)備組成。主要功能是從設(shè)備層采集數(shù)據(jù)，然后將數(shù)據(jù)上傳至監(jiān)控主機(jī)服務(wù)器。

2.2.1  儀表的通訊接線

10KV高壓開(kāi)關(guān)柜上面的BXD325微機(jī)保護(hù)裝置、溫濕度WHD96-22/C、CE100等設(shè)備以及操作臺(tái)上的6塊安科瑞儀表通訊線一端在40-2號(hào)操作臺(tái)X3、X4端子排上的，如圖2-3。另一端連接到電腦操作臺(tái)里的MOXA串口服務(wù)器上。

圖 2-3

2.2.2  PLC的通訊接線

PLC通過(guò)PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)電纜連接，兩端都接入DP接頭。一端DP接頭插入到40-1號(hào)PLC 端上，如圖2-4。另一端接在電腦后端的DP接頭。

圖 2-4

2.3  現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層

現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備主要為配電柜中BXD325微機(jī)保護(hù)裝置、溫濕度WHD96-22/C、CE100儀表、40-1號(hào)PLC柜以及發(fā)電機(jī)組控制PLC柜。設(shè)備上的數(shù)據(jù)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)通訊層傳輸?shù)奖O(jiān)控主機(jī)上進(jìn)行顯示。

2.3.1  PLC柜

圖2-5中第1部分為西門(mén)子PLC，從左向右分別為電源PS 307，CPU315-2DP，3個(gè)數(shù)字量輸入模塊 、1個(gè)數(shù)字輸出模塊、1個(gè)模擬量輸入模塊、1個(gè)CP341通訊模塊。電源PS 307給CPU，數(shù)字輸入輸出模塊提供電。3個(gè)數(shù)字量輸入模塊采集3組隔離刀信號(hào)、630KV調(diào)壓器信號(hào)，中間變壓器狀態(tài)信號(hào)等設(shè)備狀態(tài)。通過(guò)1個(gè)數(shù)字輸出模塊可以對(duì)3對(duì)隔離刀組、630KV調(diào)壓器、4對(duì)發(fā)電機(jī)組進(jìn)行遠(yuǎn)程遙控。

圖 2-5

圖2-5中第2部分是斷路器。QF1斷路器控制著整個(gè)PLC機(jī)柜的用電；QF2斷路器控制著PLC電源模塊；QF3斷路器控制著機(jī)柜的照明風(fēng)扇等。

圖2-5中第3部分是中間繼電器，用于電路中傳遞中間信號(hào)。

3、系統(tǒng)功能概述

本系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)以下功能：

1）．系統(tǒng)一次圖顯示可實(shí)時(shí)觀察開(kāi)關(guān)柜斷路器，隔離開(kāi)關(guān)的分合閘狀態(tài)以及中間變壓器等設(shè)備的狀態(tài)；

2）．系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)5MVA發(fā)電機(jī)、7.5MVA發(fā)電機(jī)、15MVA發(fā)電機(jī)、30MVA發(fā)電機(jī)等四臺(tái)機(jī)組的加磁、滅磁、勵(lì)磁電流的粗增、粗減、細(xì)增、細(xì)減的調(diào)壓功能；

3）．系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程控制39-1號(hào)高壓柜、34-1號(hào)高壓柜斷路器分合閘的功能；

4）．系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)630KV調(diào)壓器升壓、降壓控制功能；

5）．系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)35-1-3、35-4-6、36-1-3 三組隔離刀組的遠(yuǎn)程分合閘功能；

6）．系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了用戶(hù)設(shè)定時(shí)間參數(shù)查詢(xún)電壓、電流 、功率、溫度、濕度等參數(shù)；

7）．運(yùn)行事件報(bào)警、記錄及查詢(xún)打印功能；

8）．設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)顯示；

9）．設(shè)備通訊異常實(shí)時(shí)采集顯示；

10）．用戶(hù)權(quán)限管理； 

配電監(jiān)控功能

可查看個(gè)配電回路的分布和連接情況以及主要的電參量。主要數(shù)據(jù)包括：電流，電壓，功率、功率因數(shù)、溫濕度以及開(kāi)關(guān)狀態(tài)。

圖 3-1

系統(tǒng)圖的各個(gè)回路開(kāi)關(guān)狀態(tài)在分閘時(shí)會(huì)顯示綠色，合閘后會(huì)顯示紅色，以此區(qū)分。在圖3-1界面中主要實(shí)現(xiàn)了以下功能：

3.1、39-1、34-1開(kāi)關(guān)柜的斷路器遠(yuǎn)程遙控功能。

圖 3-2

3.2、35-1~3、35-4~6、36-1~3 三組隔離刀的遠(yuǎn)程遙控功能。

圖 3-3

3.3、630kV調(diào)壓器的遠(yuǎn)程升降調(diào)壓功能。

圖 3-4

用戶(hù)在升壓之前需確保34-1號(hào)開(kāi)關(guān)柜斷路器已經(jīng)合閘，否則系統(tǒng)將彈出如圖3-5的提示界面無(wú)法升壓。

圖 3-5

3.4、對(duì)5MVA發(fā)電機(jī)、7.5MVA發(fā)電機(jī)、15MVA發(fā)電機(jī)、30MVA發(fā)電機(jī)等四臺(tái)機(jī)組的加磁、滅磁、勵(lì)磁電流的粗增、粗減、細(xì)增、細(xì)減的調(diào)壓功能；如圖3-6：

圖 3-6

3.5、用戶(hù)可以對(duì)中間變壓器狀態(tài)實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)功能。如圖3-7所示：

圖 3-7

3.6、在圖3-1中，用戶(hù)可以對(duì)警鈴、警燈進(jìn)行遙控，點(diǎn)擊相應(yīng)按鈕警鈴響、警燈閃爍，再點(diǎn)擊警鈴滅、警燈不閃爍。

3.7、屏蔽門(mén)監(jiān)測(cè)功能，如果有屏蔽門(mén)開(kāi)啟，圖3-1中屏蔽門(mén)將會(huì)一直閃爍。

數(shù)據(jù)查詢(xún)

點(diǎn)擊菜單欄上的“數(shù)據(jù)查詢(xún)”，即彈出圖3-8所示表格：

圖 3-8

設(shè)置時(shí)間控件的時(shí)間，點(diǎn)擊查詢(xún)按鈕即可查詢(xún)歷史某時(shí)刻的各個(gè)回路的參量報(bào)表。主要數(shù)據(jù)包括：電壓、電流、有功功率、無(wú)功功率、、功率因數(shù)、頻率、溫濕度等參數(shù)。該報(bào)表可以以電子表格的方式導(dǎo)出和具備打印功能。

報(bào)警查詢(xún)

點(diǎn)擊菜單欄上的“報(bào)警查詢(xún)”，即彈出圖3-9所示報(bào)警界面：

圖 3-9

通過(guò)該功能用戶(hù)可以查詢(xún)到各種開(kāi)關(guān)狀態(tài)變化情況。可以查詢(xún)到時(shí)間，對(duì)應(yīng)的點(diǎn)位、動(dòng)作情況等信息。報(bào)警設(shè)置功能可以以電子表格的方式具備打印功能。

通訊狀態(tài)

點(diǎn)擊菜單欄的“通訊狀態(tài)”，見(jiàn)圖3-10：

圖 3-10

進(jìn)入通訊狀態(tài)后，能夠看到整個(gè)系統(tǒng)采用已變壓器為干線的分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，具有系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)診斷功能。能實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通訊狀態(tài)，出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)故障時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)顯示故障線路及具體單元。

用戶(hù)權(quán)限管理

圖 3-11

用戶(hù)管理界面為用戶(hù)提供了3項(xiàng)與用戶(hù)身份和管理有關(guān)的功能。“用戶(hù)登錄”可以實(shí)現(xiàn)登錄用戶(hù)身份的切換；已登錄用戶(hù)可以通過(guò)“用戶(hù)注銷(xiāo)”刪除登錄用戶(hù)的身份；“管理員”可以通過(guò)“用戶(hù)配置” ，修改所有用戶(hù)的登錄密碼；”管理員“可以使用“添加刪除”增添用戶(hù)身份，也可以刪除已有的用戶(hù)身份。

4、結(jié)束語(yǔ)：

采用PLC編程控制系統(tǒng)對(duì)整套試驗(yàn)站的控制部分進(jìn)行集中控制，通過(guò)復(fù)雜的聯(lián)鎖及互鎖電路設(shè)計(jì)，防止人為誤操作事件的發(fā)生；所采用PLC編程控制器由德國(guó)西門(mén)子生產(chǎn)；配合高精度進(jìn)口功率分析儀等測(cè)量?jī)x器，可對(duì)各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)量、采集、顯示、儲(chǔ)存；PLC控制柜與監(jiān)控系統(tǒng)采用光纖通訊；試驗(yàn)站通過(guò)高壓隔離切換可以完成試驗(yàn)電源的選用，同時(shí)可以將試驗(yàn)電源控制權(quán)交由試驗(yàn)臺(tái)控制；由于兩試驗(yàn)室共用兩套試驗(yàn)電源。接線較為復(fù)雜，為了保證設(shè)備和人身安全，各試驗(yàn)臺(tái)設(shè)置了電氣互鎖。同時(shí)在試驗(yàn)室內(nèi)設(shè)置模擬運(yùn)行盤(pán)，以顯示試驗(yàn)系統(tǒng)的連接狀態(tài)，便于試驗(yàn)人員掌握設(shè)備總體運(yùn)行情況。

高壓試驗(yàn)系統(tǒng)自投入運(yùn)行后，大大提高了試驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和數(shù)據(jù)保存時(shí)間，為實(shí)現(xiàn)出廠變壓器的可追溯性提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和依據(jù)。 

參考文獻(xiàn)：  

[1]《電力電測(cè)數(shù)字儀表原理與應(yīng)用指南》， 任致程、周中，中國(guó)電力出版社

[2]《電力監(jiān)控系統(tǒng)在供配電設(shè)計(jì)中的應(yīng)用》，高士宏，科技風(fēng)