基于组态王的变电站运行状态在线监控系统设计与应用

辛小燕

摘 要：针对当前变电站监控系统中存在的智能化、数字化程度低，不便远程控制，控制回路复杂、可靠性低、维护工作量大等问题，利用CAN现场总线技术，提出基于组态王和PLC的变压器监控系统的实施方案。

关键词：变电站变压器组态王CAN总线PLC在线监控系统

一、组态软件选取及监控结构设计

目前市面上常用的组态软件有MCGS、组态王以及WinCC等，其中WinCC可以集中多种自动化设备和控制软件，具有控制灵活、功能齐全等优点，可拓展性最强大。MCGS则是国内组态软件中可靠性较好的产品，具备现场数据采集、历史实时曲线输出、报表输出以及动画显示等特点。组态王经9年的开发优化，具备了实用、简单、可靠的优点。目前已成为国内组态软件用户使用最多的软件，特别在航天航空领域应用较为广泛。本文选取了组态王作为上位机的监控平台。按照混合工艺流程要求，监控软件主要分为5块：菜单窗口、主窗口、子窗口、实时数据库窗口以及运行策略。

二、变电站电压电流实时监测设计

以某变电站为例，其电气主接线，采用内桥式双母线的主结线结构。其运行状态及部分控制要求为：变电站电气主接线Fig.1Thesubstationmainelectricalwiring初始状态时，两套电源G1、G2同时供电，分列运行，断路器QF1、QF2、QF4、QF5、QF7都处于合闸状态，QF3、QF6处于断开态。若电源G1、G2有一个掉电，则QF1或QF2跳闸，QF3闭合，实现两路电源的相互备用。若K1短路，则QF7立即跳闸（速断保护）;若K2短路，QF7经2s延时跳闸（过流保护）。在系统运行时，可以实时监控包括三相电源的电压、电流、有功和无功功率信号、开关跳合、警铃报警等。

2.1 系统构成及特点

根据变电站监控系统的控制要求所设计的硬件基于CAN总线的变电站监控系统结构Fig.2ThebasedonCANbusStructureofsubstationmonitoringandcontrolsystem该系统是具有分布式数据采集控制的计算机监控系统，它的硬件由以下几部分组成：

（1）工作站它具有较高的可靠性和集成的装置结构，PCL-841总线适配卡可以插人其中。

（2）PCL-841CAN总线适配卡PCL-841是一款特殊用途的通信卡，它能够提供PC与控制器区域网（CAN）的连接。

（3）ADAM5000/CAN分布式数据采集控制器ADAM5000/CAN在控制应用和数据采集上提供了多种功能。在结构上内含微处理器、CAN通信控制器、CAN数据收发器等接口电路，同时封装了CAN2.0网络协议。它受主电脑远距离控制，把本系列I/O输入输出卡传来的信息加工分类、打包、缓存，然后通过CAN总线传给工作站监控计算机。

（4）外围设备包括电流互感器、电压互感器、转换器、中间继电器以及其他电量检测设备。

（5）I/O分配变电站监控系统，根据控制要求，有许多模拟和开关量参数需要测量和监视，模拟和开关量的数量应根据出口的数量和吸入管路的配电变压器站，包括模拟来自各种各样的转换器，如电流、电压和功率转换器，继电保护及二次电路的开关量或断路器辅助节点等。

2.2 系统软件设计与组态

在启动组态王工程浏览器以后，进行设备配置，设备配置的主要目的是进行上下位机的通信，本系统主要配置PCL841以及智能模块ADAM5000/CAN系列模块。进行图形画面的制作：组态王提供了类型丰富的绘图工具，还提供按钮、实时曲线、历史曲线、报警窗口等复杂的图形对象。下一步需要进行数据库的构造，在Touchview运行时，它含有全部数据变量的当前值，变量在画面开发系统定义时，要指定变量名和变量类型。进行下一步动画链接的定义：动画链接是指在画面的图形对象与数据库的數据变量之间建立一种关系。在组态王软件的实时运行环境Touchview中，运行和调试在画面制作系统中建立的动画图形画面。根据变电站监控系统的实际要求，设计的软件实现了下述功能：监控画面的动画显示，可以看出主接线中各个电量的实时变化，电压、电流输出曲电压、电流输出曲线Fig.3Thevoltageandcurrentoutputcurve根据变电站监控系统的实际要求，设计的软件实现了下述功能：监控画面的动画显示，可以看出主结线中各个电量的实时变化;实时显示故障报警画面、查询历史报警，并可以设置报警的极限值;可以进行实时曲线监测和历史曲线查询;可生成系统实时报表和历史报表，可以进行定时打印;可对实时数据库和历史数据库进行方便的管理。

三、变压器油质气体浓度含量的在线监测

在变压器中几乎都是用油来进行绝缘和散热，变压器油与油中的固体有机绝缘材料在运行电压下因电热、氧化和局部电弧等多种因素作用会逐渐变质，裂解成不同种类的低分子气体，而每一种气体最大产气率都有一个特定的温度范围，故绝缘油在各不相同的故障性质下产生不同成分、不同含量的气体。由此可见，油中溶解气体的组分和含量在一定程度上反映出变压器绝缘老化或故障的程度。而油中溶解气体的组分和含量必须通过气体传感器检测出来。所以为了更精确的测出变压器绝缘老化或故障的程度，就要求对气体传感器的灵敏度、线性度等性能有更高的要求。

3.1 油中气体在线监测工作原理

气相色谱分析虽然具有选择性好、分离性能高、分离时间快、灵敏度高和适应范围广等优点，但其从取油样到脱气、到鉴定是一套较为庞大精密和复杂的检测装置，整个分析时间较长，而且油样需从现场采集并运送到试验室，采集、运输、保存过程中还会引起气体组分的变化，更不能做到实时在线监测，为了达到在现场实现在线监测，需从取油样、脱气、鉴定等方面着手，加以改进，需采用的方法是“渗透膜脱气法”。

3.2 油气分离装置的原理

油气分离装置包括不渗透油只渗透各种气体的透氣膜，集存渗透气体的测量管和装在变压器本体放油阀上变换气流通过的六通阀以及电动设备。Fig.9Theoilandgasseparationplantoffigure采用MGA2000-6e溶解气体在变压器在线监测系统，系统包括油气分离装置，控制装置，气体探测和诊断单元，包括石油和天然气分离器、传感器、控制电路板、背景和其他硬件设施和监控、访问、远程通信等软件部分。安装在变压器油气分离装置、油气分离装置的核心部件是透气膜。Fig.10Theprinciplediagramofthegasintransformeroilonlinemonitoring它有不渗油只渗透各种气体的特点，气体分子从油中向气室的一侧扩散，一定时间后，膜两侧的气体压力趋于平衡，自动实现了油气的分离。分离后的混合气体送至安装在变压器旁的气体检测单元，先通过色谱柱对六种气体进行分离，然后依次与传感器接触，将气信号转换为电信号，电信号传输至安装在主控室的控制及检测单元，经过放大、变换，还原为各种气体含量，再通过专家诊断系统对数据进行分析判断，提出指导性处理意见，最终达到对变压器油中溶解气体进行在线监测的目的。

3.3 气体检测结果

由变压器气体成分分析可知，CH4和C2H2气体检测可以覆盖所有的故障类型，能够反映变压器的设计应用传感器协调控制的硬件系统，利用渗透膜脱气法，直接从油中将气体分离出来，免去取油样，注油和脱气等工序，不仅节省了监测时间，而且简化了装置，易于实现在线连续监测的要求，完成了对变压器油质气体含量的在线实时监控。

4 结束语

该系统设计运用了先进的计算机和通讯技术的新成果，各部分间以通讯的方式建立联系，简化了控制器的硬件设计，提高了控制器的可靠性，降低了成本。各组成部分在功能上相对独立，易于控制器的组成和扩展，具有良好的应用前景。主控单元选用了PLC技术，它具有极高的可靠性和抗干扰能力，简单易学的编程语言和灵活的I/O扩展能力及强大的通讯功能，既能够满足变电站对控制装置性能的要求又有利于缩短开发周期，方便操作人员的使用。控制软件功能完善，能够自动识别系统各种可能的运行方式和各种调节设备的状态，并能及时获得系统的实时运行参数，控制命令的发出及时、准确。

参考文献

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