任华

 

关键词：PLC；特高压变压器实验基地；空载实验；负载损耗实验；感应耐压实验；

 

  天威保变（秦皇岛）变压器有限公司成立于2006年4月6日， 由保定天威保变电气股份有限公司、河北省建设投资公司共同组建，总投资3.45亿元，占地160000平方米，坐落在美丽的海滨城市秦皇岛市经济技术开发区东区（山海关）。

  安科瑞电气股份有限公司于2016年10月承接天威保变（秦皇岛）变压器有限公司投资建设的“±1100kV特高压变压器基地建设项目”中的高压实验自动监控系统。

  试验系统必须完成的变压器产品试验项目，具体内容如下：

  1.1 空载电流和空载损耗测量

  1.2 空载电流谐波测量

  1.3外施感应耐压试验

  1.4短路阻抗和负载损耗测量

  1.5三相变压器零序阻抗测量

  1.6温升试验

  依据被试变压器测试电压，调整中间变压器电压分接，显示分接开关分接位置，确定并调整电压互感器电压档位，显示电压互感器档位及变比，依据被试电流大小确定并调整电流互感器档位，显示电流互感器档位及变比；并保证互感器二次不开路；确认隔离刀的位置并判断是否正确。依据试验电压、电流确定过电压、过电流的值，并进行保护。（一般电压不超过105%，电流不超过120%）。

  控制试验输出母线的隔离刀分、合位置是否正确。对分、合位置不正开关进行提示，并且直到错误纠正后才进行下一步操作。

  系统应具有试验速度快、试验数据精度高、自动记录各项性能数据并实时显示试品各项试验结果等性能。同时可以对实验数据进行存储和打印。

  本套监控系统主要实现对本项目的各配电回路进行监控。监测对象主要为配电柜中BXD325微机保护装置、温湿度WHD96-22/C、CE100仪表、40-1号PLC柜以及发电机组控制PLC柜。

  系统网络结构图

  本配电系统采用分层分布式结构，即站控管理层，网络通讯层与现场设备层；如下图2-1所示：

图 2-1

  站控管理层一般设于中心变电站值班室或其他地方。包含监控计算机，网络交换机，打印机，UPS，配置软件，监控软件。主要功能是接受网络层上传的数据，并正确分析显示给客户，让用户时间知道现场设备的运行状态。

2.1.1  监控主机

  40-1号PLC柜子220V交流电输入到PLC柜内UPS，UPS输出到监控主机。由于UPS有可以储存电能，即使由于外部故障导致突然断电，监控主机也不会因此断电。下图2-2是40-2号操作台里面的DELL监控主机。

图 2-2

  网络通讯层包含数据采集器，网络交换机等设备组成。主要功能是从设备层采集数据，然后将数据上传至监控主机服务器。

2.2.1  仪表的通讯接线

  10KV高压开关柜上面的BXD325微机保护装置、温湿度WHD96-22/C、CE100等设备以及操作台上的6块安科瑞仪表通讯线一端在40-2号操作台X3、X4端子排上的，如图2-3。另一端连接到电脑操作台里的MOXA串口服务器上。

图 2-3

2.2.2  PLC的通讯接线

  PLC通过PROFIBUS网络电缆连接，两端都接入DP接头。一端DP接头插入到40-1号PLC 端上，如图2-4。另一端接在电脑后端的DP接头。

图 2-4

2.3  现场设备层

  现场设备主要为配电柜中BXD325微机保护装置、温湿度WHD96-22/C、CE100仪表、40-1号PLC柜以及发电机组控制PLC柜。设备上的数据通过网络通讯层传输到监控主机上进行显示。

2.3.1  PLC柜

  图2-5中第1部分为西门子PLC，从左向右分别为电源PS 307，CPU315-2DP，3个数字量输入模块 、1个数字输出模块、1个模拟量输入模块、1个CP341通讯模块。电源PS 307给CPU，数字输入输出模块提供电。3个数字量输入模块采集3组隔离刀信号、630KV调压器信号，中间变压器状态信号等设备状态。通过1个数字输出模块可以对3对隔离刀组、630KV调压器、4对发电机组进行远程遥控。

图 2-5

  图2-5中第2部分是断路器。QF1断路器控制着整个PLC机柜的用电；QF2断路器控制着PLC电源模块；QF3断路器控制着机柜的照明风扇等。

  图2-5中第3部分是中间继电器，用于电路中传递中间信号。

  本系统主要实现以下功能：

  1）．系统一次图显示可实时观察开关柜断路器，隔离开关的分合闸状态以及中间变压器等设备的状态；

  2）．系统实现了对5MVA发电机、7.5MVA发电机、15MVA发电机、30MVA发电机等四台机组的加磁、灭磁、励磁电流的粗增、粗减、细增、细减的调压功能；

  3）．系统实现了远程控制39-1号高压柜、34-1号高压柜断路器分合闸的功能；

  4）．系统实现了对630KV调压器升压、降压控制功能；

  5）．系统实现了对35-1-3、35-4-6、36-1-3 三组隔离刀组的远程分合闸功能；

  6）．系统实现了用户设定时间参数查询电压、电流 、功率、温度、湿度等参数；

  7）．运行事件报警、记录及查询打印功能；

  8）．设备运行状态的实时动态显示；

  9）．设备通讯异常实时采集显示；

  10）．用户权限管理； 

  可查看个配电回路的分布和连接情况以及主要的电参量。主要数据包括：电流，电压，功率、功率因数、温湿度以及开关状态。

图 3-1

  系统图的各个回路开关状态在分闸时会显示绿色，合闸后会显示红色，以此区分。在图3-1界面中主要实现了以下功能：

  1、39-1、34-1开关柜的断路器远程遥控功能。

图 3-2

  2、35-1~3、35-4~6、36-1~3 三组隔离刀的远程遥控功能。

图 3-3

  3、630kV调压器的远程升降调压功能。

图 3-4

  用户在升压之前需确保34-1号开关柜断路器已经合闸，否则系统将弹出如图3-5的提示界面无法升压。

图 3-5

  4、对5MVA发电机、7.5MVA发电机、15MVA发电机、30MVA发电机等四台机组的加磁、灭磁、励磁电流的粗增、粗减、细增、细减的调压功能；如图3-6：

图 3-6

  5、用户可以对中间变压器状态实现监测功能。如图3-7所示：

图 3-7

  6、在图3-1中，用户可以对警铃、警灯进行遥控，点击相应按钮警铃响、警灯闪烁，再点击警铃灭、警灯不闪烁。

  7、屏蔽门监测功能，如果有屏蔽门开启，图3-1中屏蔽门将会一直闪烁。

  点击菜单栏上的“数据查询”，即弹出图3-8所示表格：

图 3-8

  设置时间控件的时间，点击查询按钮即可查询历史某时刻的各个回路的参量报表。主要数据包括：电压、电流、有功功率、无功功率、、功率因数、频率、温湿度等参数。该报表可以以电子表格的方式导出和具备打印功能。

  点击菜单栏上的“报警查询”，即弹出图3-9所示报警界面：

图 3-9

  通过该功能用户可以查询到各种开关状态变化情况。可以查询到时间，对应的点位、动作情况等信息。报警设置功能可以以电子表格的方式具备打印功能。

  点击菜单栏的“通讯状态”，见图3-10：

图 3-10

  进入通讯状态后，能够看到整个系统采用已变压器为干线的分布式网络结构，具有系统网络诊断功能。能实时监控系统网络通讯状态，出现网络故障时，系统自动显示故障线路及具体单元。

图 3-11

  用户管理界面为用户提供了3项与用户身份和管理有关的功能。“用户登录”可以实现登录用户身份的切换；已登录用户可以通过“用户注销”删除登录用户的身份；“管理员”可以通过“用户配置” ，修改所有用户的登录密码；”管理员“可以使用“添加删除”增添用户身份，也可以删除已有的用户身份。

  采用PLC编程控制系统对整套试验站的控制部分进行集中控制，通过复杂的联锁及互锁电路设计，防止人为误操作事件的发生；所采用PLC编程控制器由德国西门子生产；配合高精度进口功率分析仪等测量仪器，可对各项数据进行测量、采集、显示、储存；PLC控制柜与监控系统采用光纤通讯；试验站通过高压隔离切换可以完成试验电源的选用，同时可以将试验电源控制权交由试验台控制；由于两试验室共用两套试验电源。接线较为复杂，为了保证设备和人身安全，各试验台设置了电气互锁。同时在试验室内设置模拟运行盘，以显示试验系统的连接状态，便于试验人员掌握设备总体运行情况。

  高压试验系统自投入运行后，大大提高了试验数据的准确性和数据保存时间，为实现出厂变压器的可追溯性提供了基础数据和依据。

 

[1]《电力电测数字仪表原理与应用指南》， 任致程、周中，中国电力出版社

[2]《电力监控系统在供配电设计中的应用》，高士宏，科技风