浅谈电力系统中SF6气体密度远传自动化在线监测系统

浅谈电力系统中SF6气体密度远传自动化在线监测系统

Summary：当前电力系统中在高压、超高压及特高压电气设备装置上，广泛采用了SF6气体做为一次主设备的绝缘和灭弧介质，故SF6气体压力、温度及密度等参数值的重要性尤为重要。以往传统电气设备上的气体压力显示值均需电力运行值班人员去现场查看采集，以确保气体压力的数据及时性及整个系统的安全可靠性。本文阐述将电气设备内的SF6气体参数通过远传式SF6气体密度继电器，采用电气自动化在线监测远传系统，将现场电气设备内的SF6气体参数上传至自动化室内的后台控制机柜，自动在线监测和显示电气设备内的气体参数，并可提供气体值的实时数据显示、报警、闭锁及数据推发等综合功能，为电力运行人员节约了大量的人力和时间，目前部分先进的变配电站内已实现了无人值守，为电力系统的自动化提供了有力的技术保障。Keys：电气自动化远传在线监测智能化SF6气体微水密度远传自动化在线监测系统采用可视化界面编程，直观的数据操作界面，通过简约的界面设计可以更加加强用户的交互体验。基于可视化的多样化功能设计，易于理解的操作模式，使电气设备内SF6气体微水密度监视系统变得易常操作与管理，内部集成功能强大的数据管理系统SQL为数据保存与记录得到了更好的实现和应用。SF6气体密度远传自动化在线监测系统效果拓朴图如图1所示：RS485集线器远传密度继电器远传密度继电器图1：SF6气体密度远传自动化在线监测系统效果拓朴图远传密度自动化在线监测系统在数据通信管理方面，采用了分离式驱动设计，最大程度的与国内现有厂家保持高度兼容，例如许继、南瑞、四方、南自、ABB、西门子等国际知名电气设备厂家。在保证数据的兼容可操作性时，为客户提供了数据向上一层路由数据的功能，充分完成了数据多途径转输与多系统管理，实现数据的最大可视化与安全保障。SF6气体密度远传自动化在线监测系统现场采用了远传式SF6气体密度继电器，进行对电气设备内的SF6气体参数采集,SF6电气设备上的SF6气体密度是以SF6气体经温度补偿后的压力来表示的，即以20℃时的压力值来表示的。SF6气体密度继电器在额定压力下工作，当环境温度发生变化时，SF6气体的压力也发生变化、SF6密度继电器内部的温度补偿单元对变化的压力进行修正，使其额定压力示值不变，远传部分把压力信号转变RS485差模信号，进行远距离传送，在自动化控制室内即可监测到SF6的压力状态。具有远传功能的同时SF6气体密度继电器提供了机械触点信号的输出，当SF6气体发生泄漏时，压力值降到报警整定值时，继电器输出一对接点（报警信号），此时要求用户对电气设备进行补气，如果压力继续下降，降到闭锁设定值时，继电器输出另一对接点（闭锁信号），使设备的电气控制系统进行闭锁，从而实现对电气设备的安全运行保护。现场采集的RS485差模信号通过RS485集线器汇集至RS485总线（或通过光纤线路，如采用光纤需做信号解调处理）上传至IDE服务器，经IEC61850协议转换和处理后在后台机柜上显示，SF6气体密度总体自动化系统原理拓朴如下图2所示：图2：SF6气体密度远传自动化在线监测系统原理拓朴图本SF6气体密度远传自动化在线监测系统架构将整个系统分三层结构，每层具体的功能及对应的设备如下：应用层：实现数据的展示、存储、报警管理、数据曲线、历史数据等；常用设备：工控电脑/液晶显示器、网络打印机、报警装置等；服务层：实现数据的协议转换、协议转发、协议管理等；常用设备：IED服务器、协议处理器等；过程层：实现数据通讯链路的向上集成，完成数据通讯的连接等；常用设备：RS485集线器、4-20mA采集转换器、远传密度继电器等；系统参数SF6气体微水密度自动化在线监测软件系统开发平台:Win7编译平台:C#2010版界面显示：WinForm窗体界面提供形式:Exe可执行程序功能包括:【用户登录确认】【系统简介】【实时数时】【历史数据】【数据报警】【用户配置】【用户管理】【用户退出确人】数据库：SQLServer2008（专业版）采集周期：≧6分(可根据用户需求配置)安全运行：7*24*1000（前期项目安全运行累计）SF6远传密度继电器压力范围：0…+1MPa温度范围：-40…+80℃压力值（密度)精度：-40~80℃±1%FS温度精度：-40~80℃±1℃传感器响应时间：≦3S工作温度：-40~80℃测量气体：SF6、SF6/N2混合气体通讯方式：RS485Modbus规约【N、8、1、9600bps】工作电压：24VDC功率：<1W防护等级：IP65电气接头：M12不锈钢机械接口：M30*1.5密封方式：O型圈(33*2.5mm)绝对漏气率：≦10-8Pa.m3/s(氦气检测仪检测）电力屏柜外形尺寸：800*600*2260（mm)颜色标配：RAL(7035)【可根据用户定制】喷涂工艺：静电喷涂钢材工艺：冷轧工艺、厚度≧1.2(mm)前置面板：透明式钢化玻璃使用环境：符合GB/T18037防护等级：≧IP30RS485集线器电源供电：24VDC或220VAC接口：符合EIARS-485、RS-232标准RS-232信号：RXD、TXD、GND工作方式：支持异步、点对点、多点，半双工等波特率：300~115.2Kbps，自动侦测中继距离：≦5000米静电保护：15KV光电隔离：隔离电压2.5KVrms机形尺寸：标准1U结构RS485集线器如图3所示：图3：机架式485集线器卡轨式485集线器工业控制主机套件电源供电：220VAC主板：AIMB-701VGCPU：I3-21203.3G内存：4G硬盘：≧500G光驱：DVD-ROM液晶显示器：Dell(1440*900)机形尺寸：标准4U主机工业控制主要如图4所示：图4：工业控制主机系统整体的三层架构，由设备层进行数据采集、转换、输出工作，多个设备层由过程层进行分段、分间隔、分区域集中处理上传，以减少通讯电缆用量。设备层数据采集采用由上海乐研电气有限公司提供的RDM型远传密度继电器，RDM通过RS485通信链路，通过Modbus标准规约协议进行压力、温度、密度数据的传输。设备层以过程层为中心进行星形连接，尽可能的减少电缆在互相通讯过程中的环形反射干扰。过程层采用透明数据传输，将设备层数据转输至服务层，服务层对每家的设备进行单独的协议解析、协议转换、统一上传。从而实现对设备层数据的读取工作。应用层读取服务层数据，并实现数据的实时曲线、历史曲线、报警、存储管理等。服务层：协议转换服务器如图5所示：图5：协议转换服务器协议转换通讯服务器，也叫终端服务器或串行服务器，是异步串行口RS-422/485和以太网之间的一个转换器。是一个带有CPU和嵌入式OS及完整TCP/IP协议栈的独立智能设备。完成RS-422/485和以太网之间的数据双向透明传输，可以让RS-422/485串口设备立即联接网络。通过以上设备及上位机软件的开发利用，SF6气体密度自动化在线监测系统在客户需求的情况下，实现了C/S、B/S等不同的网络数据浏览模块，采用了服务器统一管理，多地分发的数据模式，为不同用户与权限的操作与浏览者提供分区域、分地方的操作管理功能，使得数据可以不受地理位置的限制随时可以被操作管理。权限的分配为数据的操作提供了安全保障。整个自动化在线监测系统收集现场设备SF6气体参数信息，经数据（信号）汇集接线上传至了后台系统机柜，经工控主机处理实时在线监测和显示SF6气体密度的动态信息。SF6气体密度自动化在线监测系统界面如下图6、7、8、9、10、11所示：图6：系统登录用户验证图7：系统显示主界面图8：系统列表视图图9：系统采集视图图10：系统实时曲线视图图11：系统用户配置视图SF6气体密度自动化在线监测系统经多次开发和整合，现能有效地兼容了国际、国内市场主流二次设备的采集协议，如Modbus、DL104、IEC61850等多达1000多种协议采集，充分达到与二次设备完美结合并可靠操作。采集系统采有乐研自主开发的二次组态软件组件，最大程度的缩减了自动化程序的开发周期。通过多次合理的系统分层架构，SF6气体密度继电器的优化升级，现场RS485传输线缆合规性敷设及调整，有效的接口分配管理，使SF6气体密度自动化在线监测系统更有效、更可靠的为电力系统更好的服务。SF6气体密度自动化在线监测系统经过在华东电网公司安徽楚城变电站、国网上海奉贤换流站、国网吉林省电力公司、湖北省电力公司武汉宗关变电站等众多项目的实际应用，以其直观、简单、可交互性的操作界面，跨网段、跨地域的数据管理，安全稳定的数据集成等方面而得到广大电力公司的的一致高度好评。伴随着国际智能化电网的积极发展趋势，国内的智能化电网也必将如雨后春笋般澎湃发展。SF6气体密度自动化在线监测系统的发展迎合了国际智能化电网的需求，适应了国内智能化发展的潮流，以其优异的电气自动化、智能化系统化集成为客户提供优良的数据操作管理功能，分体式的驱动开发最大程度的保持了与国际、国内众多厂家的高度兼容。SF6气体密度自动化在线监测系统的简单、直观、兼容必将成为国际、国内电气自动化、智能化电网建设中不可或缺的有利成员，为整个电气自动化系统建设增砖添瓦！结语：本文从SF6气体密度自动化在线监测系统在国家电网公司实际的工程项目应用入手，讲述了该系统的原理、特点及发展状况和趋势，并阐明了电力行业远传电气自动化在线监测系统的设计思想及主要功能，更进一步从实际项目案例中说明该系统在电力系统的高压、超高压及特高压电网中的应用。Reference：[1]张利燕。电力设备用SF6气体技术问答。中国电力出版社。2012（03）[2]国网技术学院。电网设备状态检测技术培训教材:SF6气体