田曉建 劉雄源 張澤煒 吳慶龍 何偉宏

國家管網集團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系統及關鍵設備掉電進而造成分輸供氣中斷的危害，采用STS（靜態轉換開關）在原單一UPS供電PLC系統基礎上增加一路市電，開展UPS故障工況下STS空載及待載（供電PLC系統）時的電力切換試驗。結果表明，可有效提高PLC系統運行可靠性，確保輸氣場站供氣不中斷。

關鍵詞：輸氣場站；UPS宕機；STS；不間斷切換；市電輸入

SCADA系統通過調度中心、場站及就地控制模式實現對管道沿線實時生產動態數據采集及智能監控[1-4]。PLC、通信服務器、路由器、交換機等作為輸氣場站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時數據傳送任務[5]。UPS作為輸氣場站PLC系統、關鍵設備直供電力設備，一旦發生故障宕機，將致使PLC系統、關鍵設備等發生掉電進而造成供氣中斷。如2018年廣東管理處清遠站雙UPS發生掉電；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供電的基礎上增加一路市電供應，開展UPS故障掉電工況下的空載及待載試驗，揭示基于STS實現電源冗余條件下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，包含一個瑞物 STS 32A 雙電源靜態轉換開關及若干空氣開關，設備規格型號見表 1。試驗依托西氣東輸廣東管理處揭陽分輸站中控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以太網模塊構成。

1.2  試驗布置

UPS供電PLC系統經1#斷路器至PLC總斷路器實現單一電力能供，增設一路市電，將經過1#、2#兩路斷路器保護后UPS與市電進線分別與STS靜態轉換開關M1及M2進線端銜接，后由STS供電輸出至PLC進線總斷路器，實現UPS及市電冗余供電PLC系統，具體見圖 1。

圖 1 基于STS電源冗余裝置

2  試驗過程及現象分析

2.1  試驗過程

空載試驗即STS輸出端無負載工況下，將STS輸出端與萬用表連接的同時，斷開圖 1中UPS線纜即M1進線，觀察萬用表測量值有無中斷現象，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，控制器實現主備切換，開展UPS掉電STS無間斷切換市電試驗。

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優先供電模式（圖 3）。主用路兩狀態指示燈常綠，備用路左側狀態指示燈常綠右側熄滅，報警燈ALARM熄滅。斷開UPS空載試驗前后，萬用表測量值保持22.93 V，示值無閃斷產生，STS切換至市電主用供電模式，原UPS主用兩狀態指示燈熄滅，市電兩狀態指示燈綠色常亮，同時報警ALARM指示燈紅色常亮并產生蜂鳴報警（圖 4）。

圖 3 UPS供電優先模式

圖 4 市電切換

STS輸出端供電PLC 0#機架待載工況下，斷開STS一側UPS進線進行試驗。發現UPS斷開前后PLC工作狀態無變化，機架電源模塊POWER指示燈顯示綠色常亮無閃斷，控制器模塊主用狀態Duplex指示燈顯示綠色常亮無閃斷。STS工作狀態指示燈與空載工況下的變化一致（圖 3、圖 4）。

綜上，基于STS引入市電實現UPS與市電主備冗余，實現主備電力無間斷切換、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，實現PLC系統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故障消除時自動恢復UPS優先供電，不影響PLC系統正常運行，顯著提高輸氣場站運行可靠性及穩定性。該套裝置構成簡單且投資較小，在確保場站供氣方面至關重要，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實現電源冗余，發生UPS故障掉電時，STS產生掉電報警，無間斷實現主（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.西氣東輸三線站場ESD與PLC系統通信現狀研究與改進措施[J].儀器儀表用戶，2019，26(02)：36-39+17.

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

[4]胡朋.SCADA系統在長輸天然氣管道的應用現狀及發展趨勢[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量，2019，39(12)：27-28.

作者簡介：田曉建，工學碩士，2019年畢業于西南石油大學油氣儲運工程專業，現從事長輸管線場站生產運維管理相關工作。聯系方式：021-50958217，1475067693@qq.com。