后湖排水站110kV 变电站轴流风机控制系统升级改造研究

付 强

(武汉市排水泵站管理处, 湖北 武汉 430015)

后湖排水站110kV GIS 变电站于2017 年5 月建成投用, 变电站GIS 室4 台轴流风机现状手动及根据室温自动运行控制失效, 1 号及2 号主变压器室内共计12 台主变散热风机不能实现根据室温自动运行, 且风机位于变压器下部, 不便于观察运行状态, 对变电站电气设备安全运行造成不利影响, 亟需进行改造以提高设备安全运行可靠性。

1 风机控制系统现状存在问题

后湖排水站110kV 变电站主变压器室与GIS 室内部容纳了多种高压设备, 它们在工作时会散发大量热量, 一方面这些设备对工作环境温度要求极高, 需要及时将热量传递出去, 保障设备正常运行; 另一方面如果出现火灾等突发情况能将烟雾快速排出, 为工作人员逃生及设备灭火提供有利条件。 变电站有几组轴流风机在控制系统改造前无法正常运行, 风机运行状态无法实时监测, 变电站设备运行存在安全隐患, 轴流风机设备及其控制系统存在一些问题。

1.1 风机手动及自动控制失效

变电站GIS 室风机控制柜出现故障, 无法手动控制风机, 且内部元器件老化, 增加了设备运行风险;主变压器散热风机控制柜与风机相隔多个房间, 于控制柜控制风机时不能及时观察风机运行状态, 并且2号控制柜无法启动风机。

1.2 变电站风机不能根据室温自动运行

变电站GIS 室及1 号、 2 号主变压器室内温控仪均已损坏, 导致GIS 室内4 台轴流风机及两台主变压器底部12 台风机均不能实现根据室温自动运行。

1.3 变压器散热风机运行状态不便于观察监控

1 号、 2 号主变压器室内共计12 台主变散热风机位于变压器下部, 不便于观察运行状态, 给变电站运行值班人员设备巡视带来很多不便。

1.4 主变压器室风机控制柜位置布置不合理

2 台主变压器室风机控制柜与主变压器风机相隔多个房间, 距离过长导致不便于管理设备, 当风机发生故障时不能及时发现, 不利于设备检修且控制风机时不能及时观察风机运行状态。

2 控制系统升级改造内容及功能分析

2.1 控制系统组成

变电站风机控制系统由前端设备、 传输网络、 数据交互中心构成。 前端设备主要涵盖了由控制柜、 电缆、 触摸屏、 工业处理器、 温度变送器等组成的现地控制单元。 信号传输网络为工业控制器到触摸屏的TCP/IP 协议网络, 用来传输控制柜与工业控制器之间的开关量信号, 其中开关量信号主要传输风机运行信号与工业控制器给出的控制信号, 其传输介质是RVVP4 ×1.0 信号电缆; 人机交互设备与工业控制器之间通过TCP/IP 协议传输信息, 传输介质是双绞线缆, 其作用是使工业控制器将接收到的风机运行信号转换为值班人员能一目了然的图形界面, 方便巡检与控制操作。 数据交互中心由触摸屏与其内部组态程序组成, 能实现实时监控风机与控制柜运行状态, 远程控制风机启停, 提升站内风机运行安全防范等级和异常事件处理效率。

对于风机控制系统升级改造, 不是对各个子系统进行简单堆砌, 而是在满足各子系统功能的基础上,寻求内部各子系统之间、 与外部其他智能化系统之间的完美结合。 系统主要依托于智能可视化管理平台,实现对风机系统的统一管理和控制, 并对控制流程进行优化。

风机控制系统改造遵从“集中管理、 分散控制”的原则, 系统各部分具有相对独立性; 并可利用网络技术完成系统的纵向与横向扩展; 检修系统的任何一部分, 均不会影响其他部分的正常运行。 升级改造的风机控制系统架构见图1。

图1 后湖排水站110kV 变电站GIS 室及主变压器室风机控制系统架构示意图

2.2 控制系统控制模式

变电站风机控制系统升级改造后, 风机控制柜位置合理分布在1 号、 2 号主变压器室内和GIS 室门口,控制模式分为三种: 本地手动控制模式、 自动运行模式、 远程遥控模式, 切换方式为柜门旋钮手动旋转切换。 其中本地手动控制模式为手动按压柜门控制按钮, 自动运行模式为工业控制器依据温度传感器采集的环境温度判断是否处于应开机的温度区间控制运行, 远程遥控模式为通过人机交互界面控制。 人机交互界面触摸屏安装在GIS 室控制柜柜门处, 可实时监控风机与控制柜运行状态。

2.3 控制系统实现功能

风机控制系统升级改造后可实现可视化多功能控制管理, 接入温度传感器利用其自身的开关量输出信号控制继电器完成依据当前环境温度实现自动开关风机的功能, 并将其运行信号传输至远程控制触摸屏,前端风机实现可视化实时监视运行状态, 多种控制方式自行切换, 做到控制方式全面覆盖, 形成点面结合、 多层次的控制体系, 以实现智能联动及统一调度功能。 具体实现功能包括恢复轴流风机手动及根据室温自动运行、 触摸屏人机交互界面实现多台风机集成控制、 风机运行状态可视化监控等几个方面。

2.3.1 恢复轴流风机手动及根据室温自动运行

在110kV 变电站两个主变压器室及GIS 室重新加装温度变送器, 相关温度监测信号通过信号线缆接入GIS 室外风机集中控制柜内工业处理器模块, 当室温达到设定温度35℃时, 轴流风机自动开启, 运行风机可手动操作停止, 或者室温下降至25℃以下时,风机自动停止运行。

2.3.2 加装触摸屏人机交互界面实现多台风机集成控制

在原有GIS 室轴流风机控制柜上加装昆仑通态MCGS 一体化控制触摸屏, 实现人机交互功能, 可实时监控风机与控制柜运行状态, 主要是风机运行远程与就地控制切换、 风机运行状态监视、 风机运行故障报警等, 提升站内风机运行安全防范等级和异常事件处理效率。 控制系统人机交互界面见图2。

图2 后湖排水站110kV 变电站GIS 室及主变压器室风机控制系统人机交互界面

2.3.3 风机运行状态可视化监控

在触摸屏界面上可以清晰地看见GIS 室和变压器室轴流风机是否运行, 远程模式下, 风机运行时触摸屏上左侧运行指示灯亮, 风机叶片显示旋转状态; 停止运行时, 触摸屏上左侧运行指示灯熄灭, 风机叶片转为静止状态。

3 控制系统升级改造成效

后湖排水站110kV 变电站GIS 室及变压器室升级改造后的风机控制系统是一个集工业处理技术、 控制技术、 信息技术于一体的综合管理系统, 采用总线制布线, 系统功能完善, 易于升级和扩展, 具有科学性、 可靠性、 经济性等特点, 达到了风机控制多种方式切换, 风机运行状态实时监测的良好效果。

3.1 科学性

严格按照《自动化仪表工程施工及质量验收规范》 (GB 50093—2013)、 《水利信息化项目验收规范》 (SL 588—2013) 等相关标准及规范执行, 并且充分利用现有成熟的自动控制技术, 保证系统的可靠运行。

3.2 可靠性

将控制系统的可靠性放在第一位, 针对后湖排水站110kV 变电站的实际情况, 选用合适的软硬件设备, 使控制系统投入使用后长期有效地发挥各部分的作用, 变电站风机能可靠运行, 进一步保障电气设备通风散热良好。

3.3 经济性

通过对风机控制系统的升级改造, 使得后湖排水站110kV 变电站在投入较少的人力与物力前提下, 实现了对GIS 室及变压器室风机的集中控制。

4 结 语

后湖排水站110kV 变电站GIS 室及变压器室轴流风机控制系统升级改造过程中, 深入分析了轴流风机控制系统存在的问题, 提出了相应改造方案, 完成了电气原理图及接线图绘制、 设备安装接线及功能调试,最终实现通过触摸屏人机交互界面实时监控风机运行状态, 风机运行本地手动控制模式、 自动运行模式及远程遥控模式等多种方式切换, 有力保障了变电站设备的通风散热, 提高了设备安全运行的可靠性。■