專利名稱：管道變電所模擬操作安全預警操作按鈕信號檢測系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本實用新型是一種長輸管道變電所搡作安全預警及模擬培訓的管道變電所 模擬操作安全預警操作按鈕信號檢測系統(tǒng)，涉及電路緊急保護裝置、供電和配 電的電路裝置和管道系統(tǒng)技術領域。
背景技術：
目前長輸管道現(xiàn)有變電所運行人員的培訓方法除在校學習專業(yè)知識外，就
是在變電所跟班實習，這種培訓方式雖是有效的，但不夠理想；由于電力生產(chǎn) 和運行的特點是其生產(chǎn)的連續(xù)性，因此這一特點決定了運行人員在其日常工作 中只能"看、聽、想"，而不能動手練。 一旦出現(xiàn)異常、事故需要動手時，就 要求在很短的時間內不允許有絲亳差錯地進行系統(tǒng)的各種倒閘操作，這項工作 只有具備熟練的實際操作技能的人員才能很好地完成。因此，為了保證輸油氣 泵站變電所安全可靠地運行，必須對變電所運行人員進行有效的培訓，并且是 能適應各層次管道變電所操作人員離線培訓需求，操作方式與變電所在線操作 系統(tǒng)搡作方式完全相同，操作人員培訓就如同親臨實際現(xiàn)場一樣能進行靈活的、 安全可靠的、反復的操作練習，使操作運行人員可從中積累處理各種異常、障 礙和事故的經(jīng)驗，提高搡作技能，以提高變配電運行人員的綜合素質，以提高 變配電運行人員的綜合素質。
實用新型內容
本實用新型的目的是設計一種功能多、靈活、能反復操作、安全可靠、能 客觀、準確地實現(xiàn)變電所運行操作人員實際操作訓練的管道變電所模擬操作安 全預警搡作按鈕信號檢測方法及系統(tǒng)。
本實用新型是選擇長輸管道泵站變電所典型的橋型接線為原形，在充分體 現(xiàn)長輸管道泵站變電所特點的基礎上，開發(fā)出的一套長輸管道泵站變電所運行 崗操作人員培訓、操作票檢驗和變電所系統(tǒng)工作狀態(tài)模擬顯示方法及裝置。
本長輸管道變電所模擬操作安全預警操作按鈕信號檢測系統(tǒng)是基于以下的 方法路線，其流程如圖3所示。檢測搡作按鈕信號控制流程是當有檢測操作 按鈕信號，經(jīng)邏輯判斷，如錯誤，則發(fā)出聲音報警，返回初始狀態(tài)；如正確， 則由輸出控制接口分別控制發(fā)出按鍵音、隔離開關狀態(tài)指示、手車開關狀態(tài)指示、斷路器狀態(tài)指示、負載出線狀態(tài)指示、補償電容狀態(tài)指示后返回初始狀態(tài)。 具體檢測操作按鈕信號分為變壓器高壓和變壓器低壓兩部分 變壓器高壓部分如圖l所示，變壓器高壓部分分接地開關、高壓PT開關、
高壓隔離開關、高壓斷路器、分段隔離開關、分段斷路器六部分的操作邏輯方
法；
站場低壓供電部分分PT接地開關、PT隔離開關、隔離開關、斷路器、母 聯(lián)隔離開關、母聯(lián)斷路器六部分的操作邏輯方法(見圖2)。
為了防止意外發(fā)生，在操作安全預警控制流程中還有五防功能，即防止帶 負載合隔離開關控制邏輯、防止誤跳斷路器控制邏輯、防止帶負載拉隔離開關 控制邏輯、防止帶電掛接地線控制邏輯、防止帶地線合隔離開關控制邏輯。
按上述方法路線，本系統(tǒng)包括控制系統(tǒng)和供電電路兩部分。 控制系統(tǒng)的構成如圖4所示，是由PLC控制系統(tǒng)、操作和指示系統(tǒng)組成。 系統(tǒng)運行復位按鈕、系統(tǒng)操作按鈕、供電電源切換按鈕、系統(tǒng)消音按鈕、供電 回路隔離開關、供電回路手車開關、供電回路斷路器、負載回路隔離開關、負 載回路手車開關、負載回路斷路器、補償電容隔離開關均接PLC的輸入端，而 PLC的輸出端接4個輸出控制接口及直接接系統(tǒng)操作輸出、系統(tǒng)操作音輸出、系 統(tǒng)誤搡作音報警輸出；4個輸出控制接口中的一個分別接系統(tǒng)運行狀態(tài)指示、系 統(tǒng)操作狀態(tài)指示、供電電源切換指示、系統(tǒng)消音狀態(tài)指示；第二個分別接供電 回路隔離開關狀態(tài)指示、供電回路手車開關狀態(tài)指示、供電回路斷路器狀態(tài)指 示；第三個分別接母線電壓顯示控制、母聯(lián)接母線電壓顯示控制；第四個分別 接負載回路隔離開關狀態(tài)指示、負載回路手車開關狀態(tài)指示、負載回路斷路器 狀態(tài)指示、負載回路出線狀態(tài)指示、負載回路補償電容狀態(tài)指示、負載回路標 稱電流顯示控制；第五個分別接主變電壓等級顯示控制、供電回路電壓等級顯 示控制。
供電電路部分包括主變電源進線、高壓和低壓三部分。
長輸管道變電所搡作安全預警裝置屏面示意圖見圖5;主變電源進線如圖6 所示。主變電源進線高壓側采用內橋接線，選用兩臺主變；兩個電源進線分別 模擬兩個電壓等級，即110kV和35kV;設有電源監(jiān)測、防雷保護和接地保護。
高壓供電接線分為兩段，圖7為高壓供電(I段)接線圖，圖8為高壓供 電(n段)接線圖。來自1#主變的1弁進線接I段PT和多臺泵電機；來自2 4#主變的2弁進線接II段PT、備用、站變和多臺泵電機。
高壓供電i段、n段母線聯(lián)絡接線圖見圖9,是1#進線和2#進線之間由
母線連絡連接。
低壓供電接線圖如圖10所示，低壓側采用單母線分段接線，電壓等級為6kV; 負荷有照明、動力柜、儀表、直流柜、通信。動力柜負荷主要由輸油泵、消防 泵等動力設備組成。
一段開關設備選用隔離開關和斷路器，二段選用高壓開關柜作為用電設備 的控制和保護。設有負荷監(jiān)測、接地保護、防雷保護、過載和短路保護等裝置。
另外，本系統(tǒng)中采用紅外探頭對進入帶電間隔的人員進行探測，當有人員 進入帶電間隔時，系統(tǒng)發(fā)出聲音報警信號，以此模擬防止人員誤入帶電間隔的 防護功能。
站場高低壓接線原理
系統(tǒng)實時檢測模擬屏操作按鈕，判斷是否滿足"五防"操作規(guī)程；搡作正 確時，輸出控制相應指示燈，表示完成一次正確操作，并輸出正確操作音和正 確操作輸出脈沖；操作錯誤時，輸出錯誤操作音，并輸出錯誤操作輸出脈沖。
管道變電所操作安全預警系統(tǒng)屏面示意圖如圖12所示。
本實用新型利用PLC技術和必要的變電所物理模擬設備，在離線狀態(tài)下能 夠實現(xiàn)防止電氣誤操作的閉鎖裝置，既所謂"五防"功能防止誤跳、誤合斷 路器；防止帶負載拉、合隔離開關；防止帶電掛接地線；防止帶地線合隔離開 關；防止人員誤入帶電間隔。
本實用新型功能多、靈活、能反復操作、安全可靠，能客觀、準確地實現(xiàn) 變電所運行操作人員操作訓練。
圖l管道變電所操作安全預警流程圖(高壓部分)
圖2管道變電所操作安全預警流程圖(低壓部分)
圖3操作安全預警的系統(tǒng)控制流程圖
圖4管道變電所操作安全預警系統(tǒng)原理框圖
圖5管道變電所操作安全預警裝置屏面示意圖
圖6管道變電所操作安全預警系統(tǒng)主變電源進線圖
圖7管道變電所操作安全預警系統(tǒng)站場高壓供電(I段)接線圖
圖8管道變電所操作安全預警系統(tǒng)站場高壓供電(n段)接線圖
5圖9管道變電所操作安全預警系統(tǒng)站場高壓供電I段、II段母線聯(lián)絡接線
圖
圖io管道變電所操作安全預警系統(tǒng)站場低壓供電接線圖
具體實施方式
實施例.本例的構成如圖4所示，是由PLC控制系統(tǒng)、考核成績單片機系統(tǒng)、 操作和指示系統(tǒng)組成。系統(tǒng)運行復位按鈕、系統(tǒng)搡作按鈕、供電電源切換按鈕、 系統(tǒng)消音按鈕、供電回路隔離開關、供電回路手車開關、供電回路斷路器、負 載回路隔離開關、負載回路手車開關、負載回路斷路器、補償電容隔離開關均 接PLC的輸入端，而PLC的輸出端接4個輸出控制接口及直接接系統(tǒng)操作輸出、 系統(tǒng)搡作音輸出、系統(tǒng)誤操作音報警輸出；4個輸出控制接口中的一個分別接系 統(tǒng)運行狀態(tài)指示、系統(tǒng)操作狀態(tài)指示、供電電源切換指示、系統(tǒng)消音狀態(tài)指示; 第二個分別接供電回路隔離開關狀態(tài)指示、供電回路手車開關狀態(tài)指示、供電 回路斷路器狀態(tài)指示；第三個分別接母線電壓顯示控制、母聯(lián)接母線電壓顯示 控制；第四個分別接負載回路隔離開關狀態(tài)指示、負載回路手車開關狀態(tài)指示、 負載回路斷路器狀態(tài)指示、負載回路出線狀態(tài)指示、負載回路補償電容狀態(tài)指 示、負載回路標稱電流顯示控制；第五個分別接主變電壓等級顯示控制、供電 回路電壓等級顯示控制。
圖中系統(tǒng)檢測接收模擬屏操作按鈕信號，經(jīng)PLC邏輯判斷后輸出控制信號， 輸出控制接口將PLC的控制信號轉換、擴展成面板顯示控制信號模擬顯示執(zhí)行 器狀態(tài)。
長輸管道變電所操作安全預警裝置屏面示意圖見圖5。
主變電源進線如圖6所示。主變電源進線高壓側采用內橋接線，選用兩臺 主變；兩個電源進線分別模擬兩個電壓等級，即110kV和35kV;設有電源監(jiān)測、 防雷保護和接地保護。
高壓供電接線分為兩段，圖7為高壓供電(I段)接線圖，圖8為高壓供 電(II段)接線圖。來自1#主變的1并進線接I段PT和多臺泵電機；來自2 #主變的2并進線接II段PT、備用、站變和多臺泵電機。
高壓供電I段、II段母線聯(lián)絡接線圖如圖9所示，1#進線和2#進線之間 由母線連絡連接。
低壓供電接線圖如圖10所示，低壓側采用單母線分段接線，電壓等級為6kV; 負荷有照明、動力柜、儀表、直流柜、通信。動力柜負荷主要由輸油泵、消防泵等動力設備組成。
一段開關設備選用隔離開關和斷路器，二段選用高壓開關柜作為用電設備 的控制和保護。設有負荷監(jiān)測、接地保護、防雷保護、過載和短路保護等裝置。
另外，本系統(tǒng)中采用紅外探頭對進入帶電間隔的人員進行探測，當有人員 進入帶電間隔時，系統(tǒng)發(fā)出聲音報警信號，以此模擬防止人員誤入帶電間隔的 防護功能。
系統(tǒng)及接口說明
主變電源進線回路隔離開關(圖6中1101-1、 1101-2、 1101-3、 1102-1、 1102-2、 1102-3):用來隔離供電電源，以保證其它電器設備的安全檢修；
主變電源進線回路斷路器(圖6中1101、 1102):用來通斷供電電流，并 在嚴重過載和短路時自動跳閘，切斷過載電流和短路電流；
高壓供電回路手車開關(圖8中614.......618):兼有隔離開關和斷路器
的雙重作用，具有操作靈活的特點；
髙壓供電回路隔離開關(圖7中603-1、 603-2、 605-1、 605-2.......611-1、
611-2):用來隔離高壓母線，以保證其他電器設備的安全檢修；
高壓供電回路斷路器(圖7中603、 605.......611 ):用來通斷負載回路電
流，并在嚴重過載和短路時自動跳閘，斷開故障回路；
低壓供電回路手車開關(圖10中041、 042、 043、 044、 045、 046、 049 ):
兼有隔離開關和斷路器的雙重作用，具有操作靈活的特點；
低壓供電補償電容隔離開關(圖10中040 ):用來隔離電容器和高壓電源， 以保證電容器的安全檢修；
系統(tǒng)運行復位按鈕(見圖10):系統(tǒng)運行按鈕與系統(tǒng)操作按鈕配合使用， 按下系統(tǒng)運行按鈕顯示當前變電所供變電系統(tǒng)的運行狀態(tài)；當按下系統(tǒng)運行按 鈕達三秒鐘時，供變電系統(tǒng)設備全部復位，即主接線圖中接地隔離開關接通， 其余隔離開關和斷路器全部斷開；
系統(tǒng)操作按鈕(見圖10):按下系統(tǒng)搡作按鈕系統(tǒng)進入操作狀態(tài)，此時可
通過模擬屏上的操作按鈕模擬各種倒閘操作；
供電電源切換按鈕(見圖10):長輸管道變電所供電有220kV和110kV兩
種，為了反映出長輸管道變電所供電情況設置了此按鈕；
系統(tǒng)消音按鈕(見圖10):在系統(tǒng)操作時會發(fā)出搡作按鈕音和錯誤操作音，
此提示音可在按下消音按鈕后關閉；
7200820124170.輸出控制接口 (見圖10):完成PLC的1/0端與模擬各種電力控制設備的
按鈕和指示燈的接口；
系統(tǒng)搡作輸出(見圖IO):輸出系統(tǒng)操作脈沖；
系統(tǒng)搡作音輸出(見圖10):非消音時系統(tǒng)正確搡作時的聲音提示；
系統(tǒng)誤操作音報警輸出(見圖10):非消音時系統(tǒng)錯誤操作時的聲音提示。
本系統(tǒng)按照前述的搡作安全預警系統(tǒng)的控制流程和操作計數(shù)及考核成績顯
示流程進行運行。
其操作安全預警系統(tǒng)的控制流程如圖3所示?？刂屏鞒谭譃闄z測操作按鈕 信號和操作計數(shù)及考核成績顯示流程，檢測操作按鈕信號控制流程是當有檢 測操作按鈕信號，經(jīng)邏輯判斷，如錯誤，則發(fā)出聲音報警，返回初始狀態(tài)；如 正確，則由輸出控制接口分別控制發(fā)出按鍵音、隔離開關狀態(tài)指示、手車開關 狀態(tài)指示、斷路器狀態(tài)指示、負載出線狀態(tài)指示、補償電容狀態(tài)指示后返回初 始狀態(tài)。
操作過程
本系統(tǒng)具有的四種基本工作方式，即兩臺變壓器分別供電；兩臺變壓器并 列供電(一般不允許并列)；由一路電源兩臺變壓器分別供電；由一路電源一 臺變壓器供電。這三種基本工作方式在相互切換時能完成四十二項倒閘操作。
系統(tǒng)操作分為兩部分， 一是開關復位后三種基本運行方式下系統(tǒng)投入運行 的搡作；二是由某種運行方式直接轉換到另一種運行方式的操作。
1. 開關復位后三種基本運行方式下系統(tǒng)投入運行的操作
① 打開模擬屏上的鑰匙開關；
② 按住運行按鈕大于3秒鐘各開關復位； '
③ 按操作按鈕；
④ 按照以下各種運行方式的具體操作步驟操作；
⑤ 搡作完成后，按運行按鈕(指示燈變?yōu)榧t色)，模擬屏上的各開關不能搡作。
2. 開關復位后三種基本運行方式下系統(tǒng)投入運行的搡作包括下列七種方式'.
由兩路電源兩臺變壓器分別供電；
1AA段電源進線和兩臺變壓器分別供電； 2 A A段電源進線和兩臺變壓器分別供電；1AA段電源進線1弁變壓器單獨供電； 2AA段電源進線2 #變壓器單獨供電； UA段電源進線2 #變壓器單獨供電； 2AA段電源進線1#變壓器單獨供電。
長輸管道變電所操作安全預警系統(tǒng)功能-.
1. 泵站變電所離線"五防"功能，即
① 防止誤跳、誤合斷路器；
② 防止帶負載合隔離開關；
③ 防止帶負載拉隔離開關；
④ 防止帶電掛接地線；
⑤ 防止帶地線合隔離開關；還有防止人員誤入帶電間隔功能； 此五項為系統(tǒng)考核功能，系統(tǒng)中以PLC模擬的方式實現(xiàn)變電所設備操作的
閉鎖保護，這是本系統(tǒng)培訓的主要功能，當產(chǎn)生誤操作時，系統(tǒng)發(fā)出錯誤報警 音；另外的防止人員誤入帶電間隔功能，現(xiàn)場設備采用的是物理防護，本系統(tǒng) 中釆用紅外探頭對進入帶電間隔的人員進行探測，當有人員進入帶電間隔時， 系統(tǒng)發(fā)出聲音報警信號，以此模擬防止人員誤入帶電間隔的防護功能；
2. 模擬變電所模擬量(電壓、電流等)顯示功能 對于供電回路供電電壓、站內主變參數(shù)、母線電壓、負載電流均按標稱值
進行顯示，使學員對整個變電所的設備運行參數(shù)有全面的了解；
3.各種復雜運行方式下的倒閘操作的正誤判斷，對錯誤操作可發(fā)出報警信阜.
巧、，
系統(tǒng)的"五防"功能決定了所有變電所電氣設備的搡作規(guī)程，違背此搡作規(guī) 程是變電所操作所不允許的，此時，系統(tǒng)發(fā)出誤操作聲音報警；
4. 系統(tǒng)進行7種基本操作，42項供電倒閘搡作和根據(jù)出線數(shù)量對各用電設 備供電和切換操作，同時，系統(tǒng)配置了 16條二次高壓負載出線回路和低壓負載 出線回路，根據(jù)需要可進行負載設備供電的切換操作；
5. 附屬功能 ①倒閘操作票驗證功能；
變電所操作是按照搡作票進行操作的，操作票編制的正確與否，可以應用 本系統(tǒng)對操作票進行驗證，從而保證操作票操作程序的正確，克服操作票中不 規(guī)范和錯誤的操作步驟，起到變電所操作安全預警的作用；② 變電所運行模擬管理功能；
系統(tǒng)可以根據(jù)變電所設備的投運情況進行設置顯示，使當前設備運行狀態(tài)
一目了然，便于變電所的供電管理；
③ 系統(tǒng)狀態(tài)掉電記憶功能；
系統(tǒng)軟件設計采用具有掉電記憶功能的內部寄存器，當系統(tǒng)掉電后能夠記 憶系統(tǒng)當前狀態(tài)，上電后，系統(tǒng)將顯示與掉電前完全相同的系統(tǒng)狀態(tài)信息；
④ 電網(wǎng)頻率監(jiān)測功能；
系統(tǒng)以一個4位數(shù)字表頭顯示當前電網(wǎng)頻率，電網(wǎng)頻率監(jiān)測儀顯示周期為 800ms,顯示精度在800ms內平均值為0. OlHz;其作用是使學員了解電網(wǎng)頻率的 變化情況；
⑤ 可顯示日歷、時鐘、安全運行天數(shù)及掉電走時功能；
為了與現(xiàn)場的變電所模擬屏保持一致，系統(tǒng)設置了日歷、時鐘及安全累進
曰板顯示器，其中曰歷、時鐘具有掉電走時功能；系統(tǒng)對已設定和累進的安全 運行天數(shù)進行存儲，并根據(jù)曰歷的時間以及系統(tǒng)掉電后日歷、時鐘的走時情況 計算出相應的天數(shù)，累加到安全運行天數(shù)中，保證系統(tǒng)掉電恢復后也能有正確 的顯示。
本實用新型的有益效果是，它適應各層次長輸管道變電所操作人員離線培 訓需求，搡作方式與變電所在線操作系統(tǒng)搡作方式完全相同。本例功能多，有 四十二種倒閘操作程序，嚴格按照變電所操作規(guī)程設計，通過對變電所操作票 的檢驗，可以完全從操作程序上杜絕各種誤操作及不規(guī)范操作。操作人員在本 系統(tǒng)上培訓就如同親臨實際現(xiàn)場一樣能進行靈活的、安全可靠的、反復的搡作 練習，使操作運行人員可從中積累處理各種異常、障礙和事故的經(jīng)驗，提高操 作技能。同時，本系統(tǒng)能客觀、準確地實現(xiàn)變電所運行操作人員的實際考核及 技能鑒定。
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權利要求1.一種管道變電所模擬操作安全預警操作按鈕信號檢測系統(tǒng)，其特征是它包括控制系統(tǒng)和供電電路兩部分控制系統(tǒng)由PLC控制系統(tǒng)、操作和指示系統(tǒng)組成；系統(tǒng)各種按鈕、開關、斷路器均接PLC的輸入端，而PLC的輸出端接4個輸出控制接口及直接接多個操作輸出；供電電路部分包括主變電源進線、高壓和低壓三部分主變電源進線高壓側采用內橋接線，選用兩臺主變；兩個電源進線分別模擬兩個電壓等級，即110kV和35kV；設有電源監(jiān)測、防雷保護和接地保護；高壓供電接線分為兩段，來自1#主變的1#進線接I段PT和多臺泵電機；來自2#主變的2#進線接II段PT、備用、站變和多臺泵電機；1#進線和2#進線之間由母線連絡連接；低壓供電采用單母線分段接線，電壓等級為6kV；負荷有照明、動力柜、儀表、直流柜、通信。
2. 根據(jù)權利要求1所述的長輸管道變電所模擬操作安全預警搡作按鈕信號 檢測系統(tǒng)，其特征是所述系統(tǒng)各種按鈕、開關、斷路器有系統(tǒng)運行復位按鈕、系 統(tǒng)操作按鈕、供電電源切換按鈕、系統(tǒng)消音按鈕、供電回路隔離開關、供電回路 手車開關、供電回路斷路器、負載回路隔離開關、負載回路手車開關、負載回路 斷路器、補償電容隔離開關。
3. 根據(jù)權利要求1所述的長輸管道變電所模擬操作安全預警操作按鈕信號 檢測系統(tǒng)，其特征是所述PLC輸出端接的4個輸出控制接口中的一個分別接系統(tǒng) 運行狀態(tài)指示、系統(tǒng)操作狀態(tài)指示、供電電源切換指示、系統(tǒng)消音狀態(tài)指示；第 二個分別接供電回路隔離開關狀態(tài)指示、供電回路手車開關狀態(tài)指示、供電回路 斷路器狀態(tài)指示；第三個分別接母線電壓顯示控制、母聯(lián)接母線電壓顯示控制； 第四個分別接負載回路隔離開關狀態(tài)指示、負載回路手車開關狀態(tài)指示、負載回 路斷路器狀態(tài)指示、負載回路出線狀態(tài)指示、負載回路補償電容狀態(tài)指示、負載 回路標稱電流顯示控制；第五個分別接主變電壓等級顯示控制、供電回路電壓等 級顯示控制；PLC輸出端直接接的多個操作輸出有系統(tǒng)操作輸出、系統(tǒng)操作音輸出、系統(tǒng) 誤操作音報警輸出。
專利摘要本實用新型是一種管道變電所模擬操作安全預警操作按鈕信號檢測系統(tǒng)，涉及電路緊急保護裝置、供電和配電的電路裝置和管道系統(tǒng)技術領域。它包括控制系統(tǒng)和供電電路兩部分控制系統(tǒng)由PLC控制系統(tǒng)、操作和指示系統(tǒng)組成；系統(tǒng)各種按鈕、開關均接PLC的輸入端，而PLC的輸出端接4個輸出控制接口及直接接多個操作輸出；供電電路部分有主變電源進線、高壓和低壓三部分主變電源進線高壓側采用內橋接線，選用兩臺主變；高壓供電接線分為兩段，1#主變的1#進線接I段PT和多臺泵電機；2#主變的2#進線接II段PT、備用、站變和多臺泵電機；1#進線和2#進線之間由母線連絡連接；低壓供電采用單母線分段接線，電壓等級為6kV。
文檔編號G09B7/02GK201311721SQ200820124170
公開日2009年9月16日 申請日期2008年11月26日 優(yōu)先權日2008年11月26日
發(fā)明者劉彥儒, 偉 張, 張寶玉, 張小謙, 張文海, 張淑清, 張素玲, 楊文川, 瑋 王, 王成會, 田金波, 兵 肖, 萍 榮 申請人:中國石油天然氣管道局