田曉建 劉雄源 張澤煒 吳慶龍 何偉宏

國家管網(wǎng)集團(tuán)西氣東輸公司廣東輸氣分公司

摘要：針對天然氣場站單UPS故障后冗余切換失效或雙UPS故障致使PLC系統(tǒng)及關(guān)鍵設(shè)備掉電進(jìn)而造成分輸供氣中斷的危害，采用STS（靜態(tài)轉(zhuǎn)換開關(guān)）在原單一UPS供電PLC系統(tǒng)基礎(chǔ)上增加一路市電，開展UPS故障工況下STS空載及待載（供電PLC系統(tǒng)）時(shí)的電力切換試驗(yàn)。結(jié)果表明，可有效提高PLC系統(tǒng)運(yùn)行可靠性，確保輸氣場站供氣不中斷。

關(guān)鍵詞：輸氣場站；UPS宕機(jī)；STS；不間斷切換；市電輸入

SCADA系統(tǒng)通過調(diào)度中心、場站及就地控制模式實(shí)現(xiàn)對管道沿線實(shí)時(shí)生產(chǎn)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采集及智能監(jiān)控[1-4]。PLC、通信服務(wù)器、路由器、交換機(jī)等作為輸氣場站SCADA系統(tǒng)主要設(shè)備，擔(dān)負(fù)完成站內(nèi)工藝數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控，并執(zhí)行調(diào)度中心指令及實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳送任務(wù)[5]。UPS作為輸氣場站PLC系統(tǒng)、關(guān)鍵設(shè)備直供電力設(shè)備，一旦發(fā)生故障宕機(jī)，將致使PLC系統(tǒng)、關(guān)鍵設(shè)備等發(fā)生掉電進(jìn)而造成供氣中斷。如2018年廣東管理處清遠(yuǎn)站雙UPS發(fā)生掉電；2020年銀川管理處銀川壓氣站輸氣中斷事件等。

針對上述存在的不足，通過STS在原UPS供電的基礎(chǔ)上增加一路市電供應(yīng)，開展UPS故障掉電工況下的空載及待載試驗(yàn)，揭示基于STS實(shí)現(xiàn)電源冗余條件下PLC系統(tǒng)運(yùn)行可靠性的路徑。

1  試驗(yàn)概況

1.1  試驗(yàn)設(shè)備

試驗(yàn)裝置如圖 1所示，包含一個(gè)瑞物 STS 32A 雙電源靜態(tài)轉(zhuǎn)換開關(guān)及若干空氣開關(guān)，設(shè)備規(guī)格型號見表 1。試驗(yàn)依托西氣東輸廣東管理處揭陽分輸站中控PLC系統(tǒng)0#本地機(jī)架作為負(fù)載對象，主要由兩塊互為冗余的PW521電源模塊、一塊GCU521-S系列控制器、兩塊LNK501通信模塊、一塊COM511本地連接模塊及兩塊COM523以太網(wǎng)模塊構(gòu)成。

1.2  試驗(yàn)布置

UPS供電PLC系統(tǒng)經(jīng)1#斷路器至PLC總斷路器實(shí)現(xiàn)單一電力能供，增設(shè)一路市電，將經(jīng)過1#、2#兩路斷路器保護(hù)后UPS與市電進(jìn)線分別與STS靜態(tài)轉(zhuǎn)換開關(guān)M1及M2進(jìn)線端銜接，后由STS供電輸出至PLC進(jìn)線總斷路器，實(shí)現(xiàn)UPS及市電冗余供電PLC系統(tǒng)，具體見圖 1。

圖 1 基于STS電源冗余裝置

2  試驗(yàn)過程及現(xiàn)象分析

2.1  試驗(yàn)過程

空載試驗(yàn)即STS輸出端無負(fù)載工況下，將STS輸出端與萬用表連接的同時(shí)，斷開圖 1中UPS線纜即M1進(jìn)線，觀察萬用表測量值有無中斷現(xiàn)象，如圖 2所示。待載試驗(yàn)即STS輸出端供電PLC本地0#機(jī)架工況，斷開機(jī)架冗余電源模塊中的任意一塊，基于在用電源模塊掉電，控制器實(shí)現(xiàn)主備切換，開展UPS掉電STS無間斷切換市電試驗(yàn)。

圖 2 空載試驗(yàn)

2.2  試驗(yàn)現(xiàn)象

基于STS的UPS、市電冗余供電采用UPS優(yōu)先供電模式（圖 3）。主用路兩狀態(tài)指示燈常綠，備用路左側(cè)狀態(tài)指示燈常綠右側(cè)熄滅，報(bào)警燈ALARM熄滅。斷開UPS空載試驗(yàn)前后，萬用表測量值保持22.93 V，示值無閃斷產(chǎn)生，STS切換至市電主用供電模式，原UPS主用兩狀態(tài)指示燈熄滅，市電兩狀態(tài)指示燈綠色常亮，同時(shí)報(bào)警ALARM指示燈紅色常亮并產(chǎn)生蜂鳴報(bào)警（圖 4）。

圖 3 UPS供電優(yōu)先模式

圖 4 市電切換

STS輸出端供電PLC 0#機(jī)架待載工況下，斷開STS一側(cè)UPS進(jìn)線進(jìn)行試驗(yàn)。發(fā)現(xiàn)UPS斷開前后PLC工作狀態(tài)無變化，機(jī)架電源模塊POWER指示燈顯示綠色常亮無閃斷，控制器模塊主用狀態(tài)Duplex指示燈顯示綠色常亮無閃斷。STS工作狀態(tài)指示燈與空載工況下的變化一致（圖 3、圖 4）。

綜上，基于STS引入市電實(shí)現(xiàn)UPS與市電主備冗余，實(shí)現(xiàn)主備電力無間斷切換、斷電報(bào)警等功能，有助于提升PLC系統(tǒng)運(yùn)行可靠性。

3  應(yīng)用實(shí)踐

該套裝置已在揭陽分輸站完成測試，通過引入市電備用電源，實(shí)現(xiàn)PLC系統(tǒng)供電雙電源冗余保障，在UPS故障工況下無間斷切換至市電供電，UPS故障消除時(shí)自動(dòng)恢復(fù)UPS優(yōu)先供電，不影響PLC系統(tǒng)正常運(yùn)行，顯著提高輸氣場站運(yùn)行可靠性及穩(wěn)定性。該套裝置構(gòu)成簡單且投資較小，在確保場站供氣方面至關(guān)重要，具有廣泛的應(yīng)用前景。

4  結(jié)論

（1）PLC系統(tǒng)基于STS引入的備用市電與主用UPS實(shí)現(xiàn)電源冗余，發(fā)生UPS故障掉電時(shí)，STS產(chǎn)生掉電報(bào)警，無間斷實(shí)現(xiàn)主（UPS）備（市電）電力切換，提高系統(tǒng)運(yùn)行可靠性。

（2）市電引入冗余供電裝置構(gòu)成簡單、投資較小，應(yīng)用前景好。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡介：田曉建，工學(xué)碩士，2019年畢業(yè)于西南石油大學(xué)油氣儲(chǔ)運(yùn)工程專業(yè)，現(xiàn)從事長輸管線場站生產(chǎn)運(yùn)維管理相關(guān)工作。聯(lián)系方式：021-50958217，1475067693@qq.com。