田曉建 劉雄源 張澤煒 吳慶龍 何偉宏

國家管網(wǎng)集團西氣東輸公司廣東輸氣分公司

摘要：針對天然氣場(chǎng)站單UPS故障后冗余切換失效或雙UPS故障致使PLC系統及關(guān)鍵設備掉電進(jìn)而造成分輸供氣中斷的危害，采用STS（靜態(tài)轉換開(kāi)關(guān)）在原單一UPS供電PLC系統基礎上增加一路市電，開(kāi)展UPS故障工況下STS空載及待載（供電PLC系統）時(shí)的電力切換試驗。結果表明，可有效提高PLC系統運行可靠性，確保輸氣場(chǎng)站供氣不中斷。

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

SCADA系統通過(guò)調度中心、場(chǎng)站及就地控制模式實(shí)現對管道沿線(xiàn)實(shí)時(shí)生產(chǎn)動(dòng)態(tài)數據采集及智能監控[1-4]。PLC、通信服務(wù)器、路由器、交換機等作為輸氣場(chǎng)站SCADA系統主要設備，擔負完成站內工藝數據采集與監控，并執行調度中心指令及實(shí)時(shí)數據傳送任務(wù)[5]。UPS作為輸氣場(chǎng)站PLC系統、關(guān)鍵設備直供電力設備，一旦發(fā)生故障宕機，將致使PLC系統、關(guān)鍵設備等發(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(guò)STS在原UPS供電的基礎上增加一路市電供應，開(kāi)展UPS故障掉電工況下的空載及待載試驗，揭示基于STS實(shí)現電源冗余條件下PLC系統運行可靠性的路徑。

1  試驗概況

1.1  試驗設備

試驗裝置如圖 1所示，包含一個(gè)瑞物 STS 32A 雙電源靜態(tài)轉換開(kāi)關(guān)及若干空氣開(kāi)關(guān)，設備規格型號見(jiàn)表 1。試驗依托西氣東輸廣東管理處揭陽(yáng)分輸站中控PLC系統0#本地機架作為負載對象，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)模塊構成。

1.2  試驗布置

UPS供電PLC系統經(jīng)1#斷路器至PLC總斷路器實(shí)現單一電力能供，增設一路市電，將經(jīng)過(guò)1#、2#兩路斷路器保護后UPS與市電進(jìn)線(xiàn)分別與STS靜態(tài)轉換開(kāi)關(guān)M1及M2進(jìn)線(xiàn)端銜接，后由STS供電輸出至PLC進(jìn)線(xiàn)總斷路器，實(shí)現UPS及市電冗余供電PLC系統，具體見(jiàn)圖 1。

圖 1 基于STS電源冗余裝置

2  試驗過(guò)程及現象分析

2.1  試驗過(guò)程

空載試驗即STS輸出端無(wú)負載工況下，將STS輸出端與萬(wàn)用表連接的同時(shí)，斷開(kāi)圖 1中UPS線(xiàn)纜即M1進(jìn)線(xiàn)，觀(guān)察萬(wàn)用表測量值有無(wú)中斷現象，如圖 2所示。待載試驗即STS輸出端供電PLC本地0#機架工況，斷開(kāi)機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)現主備切換，開(kāi)展UPS掉電STS無(wú)間斷切換市電試驗。

圖 2 空載試驗

2.2  試驗現象

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，備用路左側狀態(tài)指示燈常綠右側熄滅，報警燈ALARM熄滅。斷開(kāi)UPS空載試驗前后，萬(wàn)用表測量值保持22.93 V，示值無(wú)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)報警ALARM指示燈紅色常亮并產(chǎn)生蜂鳴報警（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#機架待載工況下，斷開(kāi)STS一側UPS進(jìn)線(xiàn)進(jìn)行試驗。發(fā)現UPS斷開(kāi)前后PLC工作狀態(tài)無(wú)變化，機架電源模塊POWER指示燈顯示綠色常亮無(wú)閃斷，控制器模塊主用狀態(tài)Duplex指示燈顯示綠色常亮無(wú)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UPS與市電主備冗余，實(shí)現主備電力無(wú)間斷切換、斷電報警等功能，有助于提升PLC系統運行可靠性。

3  應用實(shí)踐

該套裝置已在揭陽(yáng)分輸站完成測試，通過(guò)引入市電備用電源，實(shí)現PLC系統供電雙電源冗余保障，在UPS故障工況下無(wú)間斷切換至市電供電，UPS故障消除時(shí)自動(dòng)恢復UPS優(yōu)先供電，不影響PLC系統正常運行，顯著(zhù)提高輸氣場(chǎng)站運行可靠性及穩定性。該套裝置構成簡(jiǎn)單且投資較小，在確保場(chǎng)站供氣方面至關(guān)重要，具有廣泛的應用前景。

4  結論

（1）PLC系統基于STS引入的備用市電與主用UPS實(shí)現電源冗余，發(fā)生UPS故障掉電時(shí)，STS產(chǎn)生掉電報警，無(wú)間斷實(shí)現主（UPS）備（市電）電力切換，提高系統運行可靠性。

（2）市電引入冗余供電裝置構成簡(jiǎn)單、投資較小，應用前景好。

參考文獻：

[1]杜雪峰.燃氣智能化與燃氣SCADA系統在燃氣安全管理中的應用[J].化工管理，2020(09)：80-81.

[2]趙曉旭.西氣東輸三線(xiàn)站場(chǎng)ESD與PLC系統通信現狀研究與改進(jìn)措施[J].儀器儀表用戶(hù)，2019，26(02)：36-39+17.

[3]張濤.長(cháng)輸油氣管道SCADA系統分析及應用[J].石化技術(shù)，2018，25(03)：102.

[4]胡朋.SCADA系統在長(cháng)輸天然氣管道的應用現狀及發(fā)展趨勢[J].山東化工，2018，47(10)：90+92.

[5]姜曉紅.天然氣管道SCADA系統運行維護淺析[J].中國石油和化工標準與質(zhì)量，2019，39(12)：27-28.

作者簡(jiǎn)介：田曉建，工學(xué)碩士，2019年畢業(yè)于西南石油大學(xué)油氣儲運工程專(zhuān)業(yè)，現從事長(cháng)輸管線(xiàn)場(chǎng)站生產(chǎn)運維管理相關(guān)工作。聯(lián)系方式：021-50958217，1475067693@qq.com。