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和后臺軟件組成的自動控制回路和操作臺按鈕等組成的手動控制回路兩套試驗(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)自動監(jiān)控系統(tǒng)。

1、客戶需求

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量

1.2 空載電流諧波測量

1.3外施感應(yīng)耐壓試驗(yàn)

1.4短路阻抗和負(fù)載損耗測量

1.5三相變壓器零序阻抗測量

1.6溫升試驗(yàn)

具體要求

依據(jù)被試變壓器測試電壓，調(diào)整中間變壓器電壓分接，顯示分接開關(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、電流確定過電壓、過電流的值，并進(jìn)行保護(hù)。（一般電壓不超過105%，電流不超過120%）。

控制試驗(yàn)輸出母線的隔離刀分、合位置是否正確。對分、合位置不正開關(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)可以對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲和打印。

2、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)描述

本套監(jiān)控系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)對本項(xiàng)目的各配電回路進(jìn)行監(jiān)控。監(jiān)測對象主要為配電柜中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，讓用戶時(shí)間知道現(xiàn)場設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。

2.1.1  監(jiān)控主機(jī)

40-1號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有可以儲存電能，即使由于外部故障導(dǎo)致突然斷電，監(jiān)控主機(jī)也不會因此斷電。下圖2-2是40-2號操作臺里面的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)備以及操作臺上的6塊安科瑞儀表通訊線一端在40-2號操作臺X3、X4端子排上的，如圖2-3。另一端連接到電腦操作臺里的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)場設(shè)備層

現(xiàn)場設(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、630KV調(diào)壓器信號，中間變壓器狀態(tài)信號等設(shè)備狀態(tài)。通過1個(gè)數(shù)字輸出模塊可以對3對隔離刀組、630KV調(diào)壓器、4對發(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。

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)觀察開關(guān)柜斷路器，隔離開關(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號高壓柜、34-1號高壓柜斷路器分合閘的功能；

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

5）．系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對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)了用戶設(shè)定時(shí)間參數(shù)查詢電壓、電流 、功率、溫度、濕度等參數(shù)；

7）．運(yùn)行事件報(bào)警、記錄及查詢打印功能；

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

9）．設(shè)備通訊異常實(shí)時(shí)采集顯示；

10）．用戶權(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)、溫濕度以及開關(guān)狀態(tài)。

圖 3-1

系統(tǒng)圖的各個(gè)回路開關(guān)狀態(tài)在分閘時(shí)會顯示綠色，合閘后會顯示紅色，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

用戶在升壓之前需確保34-1號開關(guān)柜斷路器已經(jīng)合閘，否則系統(tǒng)將彈出如圖3-5的提示界面無法升壓。

圖 3-5

3.4、對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、用戶可以對中間變壓器狀態(tài)實(shí)現(xiàn)監(jiān)測功能。如圖3-7所示：

圖 3-7

3.6、在圖3-1中，用戶可以對警鈴、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、屏蔽門監(jiān)測功能，如果有屏蔽門開啟，圖3-1中屏蔽門將會一直閃爍。

數(shù)據(jù)查詢

點(diǎn)擊菜單欄上的“數(shù)據(jù)查詢”，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)擊查詢按鈕即可查詢歷史某時(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

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

圖 3-9

通過該功能用戶可以查詢到各種開關(guān)狀態(tài)變化情況。可以查詢到時(shí)間，對應(yīng)的點(diǎn)位、動作情況等信息。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)自動顯示故障線路及具體單元。

用戶權(quán)限管理

圖 3-11

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

4、結(jié)束語：

采用PLC編程控制系統(tǒng)對整套試驗(yàn)站的控制部分進(jìn)行集中控制，通過復(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編程控制器由德國西門子生產(chǎn)；配合高精度進(jìn)口功率分析儀等測量儀器，可對各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行測量、采集、顯示、儲存；PLC控制柜與監(jiān)控系統(tǒng)采用光纖通訊；試驗(yàn)站通過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，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]《電力電測數(shù)字儀表原理與應(yīng)用指南》， 任致程、周中，中國電力出版社

[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)