淺談電力系統(tǒng)中SF6氣體密度遠傳自動化在線監(jiān)測系統(tǒng)

淺談電力系統(tǒng)中SF6氣體密度遠傳自動化在線監(jiān)測系統(tǒng)

Summary：當(dāng)前電力系統(tǒng)中在高壓、超高壓及特高壓電氣設(shè)備裝置上，廣泛采用了SF6氣體做為一次主設(shè)備的絕緣和滅弧介質(zhì)，故SF6氣體壓力、溫度及密度等參數(shù)值的重要性尤為重要。以往傳統(tǒng)電氣設(shè)備上的氣體壓力顯示值均需電力運行值班人員去現(xiàn)場查看采集，以確保氣體壓力的數(shù)據(jù)及時性及整個系統(tǒng)的安全可靠性。本文闡述將電氣設(shè)備內(nèi)的SF6氣體參數(shù)通過遠傳式SF6氣體密度繼電器，采用電氣自動化在線監(jiān)測遠傳系統(tǒng)，將現(xiàn)場電氣設(shè)備內(nèi)的SF6氣體參數(shù)上傳至自動化室內(nèi)的后臺控制機柜，自動在線監(jiān)測和顯示電氣設(shè)備內(nèi)的氣體參數(shù)，并可提供氣體值的實時數(shù)據(jù)顯示、報警、閉鎖及數(shù)據(jù)推發(fā)等綜合功能，為電力運行人員節(jié)約了大量的人力和時間，目前部分先進的變配電站內(nèi)已實現(xiàn)了無人值守，為電力系統(tǒng)的自動化提供了有力的技術(shù)保障。Keys：電氣自動化遠傳在線監(jiān)測智能化SF6氣體微水密度遠傳自動化在線監(jiān)測系統(tǒng)采用可視化界面編程，直觀的數(shù)據(jù)操作界面，通過簡約的界面設(shè)計可以更加加強用戶的交互體驗?；诳梢暬亩鄻踊δ茉O(shè)計，易于理解的操作模式，使電氣設(shè)備內(nèi)SF6氣體微水密度監(jiān)視系統(tǒng)變得易常操作與管理，內(nèi)部集成功能強大的數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)SQL為數(shù)據(jù)保存與記錄得到了更好的實現(xiàn)和應(yīng)用。SF6氣體密度遠傳自動化在線監(jiān)測系統(tǒng)效果拓樸圖如圖1所示：RS485集線器遠傳密度繼電器遠傳密度繼電器圖1：SF6氣體密度遠傳自動化在線監(jiān)測系統(tǒng)效果拓樸圖遠傳密度自動化在線監(jiān)測系統(tǒng)在數(shù)據(jù)通信管理方面，采用了分離式驅(qū)動設(shè)計，最大程度的與國內(nèi)現(xiàn)有廠家保持高度兼容，例如許繼、南瑞、四方、南自、ABB、西門子等國際知名電氣設(shè)備廠家。在保證數(shù)據(jù)的兼容可操作性時，為客戶提供了數(shù)據(jù)向上一層路由數(shù)據(jù)的功能，充分完成了數(shù)據(jù)多途徑轉(zhuǎn)輸與多系統(tǒng)管理，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的最大可視化與安全保障。SF6氣體密度遠傳自動化在線監(jiān)測系統(tǒng)現(xiàn)場采用了遠傳式SF6氣體密度繼電器，進行對電氣設(shè)備內(nèi)的SF6氣體參數(shù)采集,SF6電氣設(shè)備上的SF6氣體密度是以SF6氣體經(jīng)溫度補償后的壓力來表示的，即以20℃時的壓力值來表示的。SF6氣體密度繼電器在額定壓力下工作，當(dāng)環(huán)境溫度發(fā)生變化時，SF6氣體的壓力也發(fā)生變化、SF6密度繼電器內(nèi)部的溫度補償單元對變化的壓力進行修正，使其額定壓力示值不變，遠傳部分把壓力信號轉(zhuǎn)變RS485差模信號，進行遠距離傳送，在自動化控制室內(nèi)即可監(jiān)測到SF6的壓力狀態(tài)。具有遠傳功能的同時SF6氣體密度繼電器提供了機械觸點信號的輸出，當(dāng)SF6氣體發(fā)生泄漏時，壓力值降到報警整定值時，繼電器輸出一對接點（報警信號），此時要求用戶對電氣設(shè)備進行補氣，如果壓力繼續(xù)下降，降到閉鎖設(shè)定值時，繼電器輸出另一對接點（閉鎖信號），使設(shè)備的電氣控制系統(tǒng)進行閉鎖，從而實現(xiàn)對電氣設(shè)備的安全運行保護?，F(xiàn)場采集的RS485差模信號通過RS485集線器匯集至RS485總線（或通過光纖線路，如采用光纖需做信號解調(diào)處理）上傳至IDE服務(wù)器，經(jīng)IEC61850協(xié)議轉(zhuǎn)換和處理后在后臺機柜上顯示，SF6氣體密度總體自動化系統(tǒng)原理拓樸如下圖2所示：圖2：SF6氣體密度遠傳自動化在線監(jiān)測系統(tǒng)原理拓樸圖本SF6氣體密度遠傳自動化在線監(jiān)測系統(tǒng)架構(gòu)將整個系統(tǒng)分三層結(jié)構(gòu)，每層具體的功能及對應(yīng)的設(shè)備如下：應(yīng)用層：實現(xiàn)數(shù)據(jù)的展示、存儲、報警管理、數(shù)據(jù)曲線、歷史數(shù)據(jù)等；常用設(shè)備：工控電腦/液晶顯示器、網(wǎng)絡(luò)打印機、報警裝置等；服務(wù)層：實現(xiàn)數(shù)據(jù)的協(xié)議轉(zhuǎn)換、協(xié)議轉(zhuǎn)發(fā)、協(xié)議管理等；常用設(shè)備：IED服務(wù)器、協(xié)議處理器等；過程層：實現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊鏈路的向上集成，完成數(shù)據(jù)通訊的連接等；常用設(shè)備：RS485集線器、4-20mA采集轉(zhuǎn)換器、遠傳密度繼電器等；系統(tǒng)參數(shù)SF6氣體微水密度自動化在線監(jiān)測軟件系統(tǒng)開發(fā)平臺:Win7編譯平臺:C#2010版界面顯示：WinForm窗體界面提供形式:Exe可執(zhí)行程序功能包括:【用戶登錄確認】【系統(tǒng)簡介】【實時數(shù)時】【歷史數(shù)據(jù)】【數(shù)據(jù)報警】【用戶配置】【用戶管理】【用戶退出確人】數(shù)據(jù)庫：SQLServer2008（專業(yè)版）采集周期：≧6分(可根據(jù)用戶需求配置)安全運行：7*24*1000（前期項目安全運行累計）SF6遠傳密度繼電器壓力范圍：0…+1MPa溫度范圍：-40…+80℃壓力值（密度)精度：-40~80℃±1%FS溫度精度：-40~80℃±1℃?zhèn)鞲衅黜憫?yīng)時間：≦3S工作溫度：-40~80℃測量氣體：SF6、SF6/N2混合氣體通訊方式：RS485Modbus規(guī)約【N、8、1、9600bps】工作電壓：24VDC功率：<1W防護等級：IP65電氣接頭：M12不銹鋼機械接口：M30*1.5密封方式：O型圈(33*2.5mm)絕對漏氣率：≦10-8Pa.m3/s(氦氣檢測儀檢測）電力屏柜外形尺寸：800*600*2260（mm)顏色標(biāo)配：RAL(7035)【可根據(jù)用戶定制】噴涂工藝：靜電噴涂鋼材工藝：冷軋工藝、厚度≧1.2(mm)前置面板：透明式鋼化玻璃使用環(huán)境：符合GB/T18037防護等級：≧IP30RS485集線器電源供電：24VDC或220VAC接口：符合EIARS-485、RS-232標(biāo)準(zhǔn)RS-232信號：RXD、TXD、GND工作方式：支持異步、點對點、多點，半雙工等波特率：300~115.2Kbps，自動偵測中繼距離：≦5000米靜電保護：15KV光電隔離：隔離電壓2.5KVrms機形尺寸：標(biāo)準(zhǔn)1U結(jié)構(gòu)RS485集線器如圖3所示：圖3：機架式485集線器卡軌式485集線器工業(yè)控制主機套件電源供電：220VAC主板：AIMB-701VGCPU：I3-21203.3G內(nèi)存：4G硬盤：≧500G光驅(qū)：DVD-ROM液晶顯示器：Dell(1440*900)機形尺寸：標(biāo)準(zhǔn)4U主機工業(yè)控制主要如圖4所示：圖4：工業(yè)控制主機系統(tǒng)整體的三層架構(gòu)，由設(shè)備層進行數(shù)據(jù)采集、轉(zhuǎn)換、輸出工作，多個設(shè)備層由過程層進行分段、分間隔、分區(qū)域集中處理上傳，以減少通訊電纜用量。設(shè)備層數(shù)據(jù)采集采用由上海樂研電氣有限公司提供的RDM型遠傳密度繼電器，RDM通過RS485通信鏈路，通過Modbus標(biāo)準(zhǔn)規(guī)約協(xié)議進行壓力、溫度、密度數(shù)據(jù)的傳輸。設(shè)備層以過程層為中心進行星形連接，盡可能的減少電纜在互相通訊過程中的環(huán)形反射干擾。過程層采用透明數(shù)據(jù)傳輸，將設(shè)備層數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)輸至服務(wù)層，服務(wù)層對每家的設(shè)備進行單獨的協(xié)議解析、協(xié)議轉(zhuǎn)換、統(tǒng)一上傳。從而實現(xiàn)對設(shè)備層數(shù)據(jù)的讀取工作。應(yīng)用層讀取服務(wù)層數(shù)據(jù)，并實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實時曲線、歷史曲線、報警、存儲管理等。服務(wù)層：協(xié)議轉(zhuǎn)換服務(wù)器如圖5所示：圖5：協(xié)議轉(zhuǎn)換服務(wù)器協(xié)議轉(zhuǎn)換通訊服務(wù)器，也叫終端服務(wù)器或串行服務(wù)器，是異步串行口RS-422/485和以太網(wǎng)之間的一個轉(zhuǎn)換器。是一個帶有CPU和嵌入式OS及完整TCP/IP協(xié)議棧的獨立智能設(shè)備。完成RS-422/485和以太網(wǎng)之間的數(shù)據(jù)雙向透明傳輸，可以讓RS-422/485串口設(shè)備立即聯(lián)接網(wǎng)絡(luò)。通過以上設(shè)備及上位機軟件的開發(fā)利用，SF6氣體密度自動化在線監(jiān)測系統(tǒng)在客戶需求的情況下，實現(xiàn)了C/S、B/S等不同的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)瀏覽模塊，采用了服務(wù)器統(tǒng)一管理，多地分發(fā)的數(shù)據(jù)模式，為不同用戶與權(quán)限的操作與瀏覽者提供分區(qū)域、分地方的操作管理功能，使得數(shù)據(jù)可以不受地理位置的限制隨時可以被操作管理。權(quán)限的分配為數(shù)據(jù)的操作提供了安全保障。整個自動化在線監(jiān)測系統(tǒng)收集現(xiàn)場設(shè)備SF6氣體參數(shù)信息，經(jīng)數(shù)據(jù)（信號）匯集接線上傳至了后臺系統(tǒng)機柜，經(jīng)工控主機處理實時在線監(jiān)測和顯示SF6氣體密度的動態(tài)信息。SF6氣體密度自動化在線監(jiān)測系統(tǒng)界面如下圖6、7、8、9、10、11所示：圖6：系統(tǒng)登錄用戶驗證圖7：系統(tǒng)顯示主界面圖8：系統(tǒng)列表視圖圖9：系統(tǒng)采集視圖圖10：系統(tǒng)實時曲線視圖圖11：系統(tǒng)用戶配置視圖SF6氣體密度自動化在線監(jiān)測系統(tǒng)經(jīng)多次開發(fā)和整合，現(xiàn)能有效地兼容了國際、國內(nèi)市場主流二次設(shè)備的采集協(xié)議，如Modbus、DL104、IEC61850等多達1000多種協(xié)議采集，充分達到與二次設(shè)備完美結(jié)合并可靠操作。采集系統(tǒng)采有樂研自主開發(fā)的二次組態(tài)軟件組件，最大程度的縮減了自動化程序的開發(fā)周期。通過多次合理的系統(tǒng)分層架構(gòu)，SF6氣體密度繼電器的優(yōu)化升級，現(xiàn)場RS485傳輸線纜合規(guī)性敷設(shè)及調(diào)整，有效的接口分配管理，使SF6氣體密度自動化在線監(jiān)測系統(tǒng)更有效、更可靠的為電力系統(tǒng)更好的服務(wù)。SF6氣體密度自動化在線監(jiān)測系統(tǒng)經(jīng)過在華東電網(wǎng)公司安徽楚城變電站、國網(wǎng)上海奉賢換流站、國網(wǎng)吉林省電力公司、湖北省電力公司武漢宗關(guān)變電站等眾多項目的實際應(yīng)用，以其直觀、簡單、可交互性的操作界面，跨網(wǎng)段、跨地域的數(shù)據(jù)管理，安全穩(wěn)定的數(shù)據(jù)集成等方面而得到廣大電力公司的的一致高度好評。伴隨著國際智能化電網(wǎng)的積極發(fā)展趨勢，國內(nèi)的智能化電網(wǎng)也必將如雨后春筍般澎湃發(fā)展。SF6氣體密度自動化在線監(jiān)測系統(tǒng)的發(fā)展迎合了國際智能化電網(wǎng)的需求，適應(yīng)了國內(nèi)智能化發(fā)展的潮流，以其優(yōu)異的電氣自動化、智能化系統(tǒng)化集成為客戶提供優(yōu)良的數(shù)據(jù)操作管理功能，分體式的驅(qū)動開發(fā)最大程度的保持了與國際、國內(nèi)眾多廠家的高度兼容。SF6氣體密度自動化在線監(jiān)測系統(tǒng)的簡單、直觀、兼容必將成為國際、國內(nèi)電氣自動化、智能化電網(wǎng)建設(shè)中不可或缺的有利成員，為整個電氣自動化系統(tǒng)建設(shè)增磚添瓦！結(jié)語：本文從SF6氣體密度自動化在線監(jiān)測系統(tǒng)在國家電網(wǎng)公司實際的工程項目應(yīng)用入手，講述了該系統(tǒng)的原理、特點及發(fā)展?fàn)顩r和趨勢，并闡明了電力行業(yè)遠傳電氣自動化在線監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計思想及主要功能，更進一步從實際項目案例中說明該系統(tǒng)在電力系統(tǒng)的高壓、超高壓及特高壓電網(wǎng)中的應(yīng)用。Reference：[1]張利燕。電力設(shè)備用SF6氣體技術(shù)問答。中國電力出版社。2012（03）[2]國網(wǎng)技術(shù)學(xué)院。電網(wǎng)設(shè)備狀態(tài)檢測技術(shù)培訓(xùn)教材:SF6氣體