专利名称：管道变电所模拟操作安全预警操作按钮信号检测系统的制作方法
技术领域：
本实用新型是一种长输管道变电所搡作安全预警及模拟培训的管道变电所 模拟操作安全预警操作按钮信号检测系统，涉及电路紧急保护装置、供电和配 电的电路装置和管道系统技术领域。
背景技术：
目前长输管道现有变电所运行人员的培训方法除在校学习专业知识外，就
是在变电所跟班实习，这种培训方式虽是有效的，但不够理想；由于电力生产 和运行的特点是其生产的连续性，因此这一特点决定了运行人员在其日常工作 中只能"看、听、想"，而不能动手练。 一旦出现异常、事故需要动手时，就 要求在很短的时间内不允许有丝亳差错地进行系统的各种倒闸操作，这项工作 只有具备熟练的实际操作技能的人员才能很好地完成。因此，为了保证输油气 泵站变电所安全可靠地运行，必须对变电所运行人员进行有效的培训，并且是 能适应各层次管道变电所操作人员离线培训需求，操作方式与变电所在线操作 系统搡作方式完全相同，操作人员培训就如同亲临实际现场一样能进行灵活的、 安全可靠的、反复的操作练习，使操作运行人员可从中积累处理各种异常、障 碍和事故的经验，提高搡作技能，以提高变配电运行人员的综合素质，以提高 变配电运行人员的综合素质。
实用新型内容
本实用新型的目的是设计一种功能多、灵活、能反复操作、安全可靠、能 客观、准确地实现变电所运行操作人员实际操作训练的管道变电所模拟操作安 全预警搡作按钮信号检测方法及系统。
本实用新型是选择长输管道泵站变电所典型的桥型接线为原形，在充分体 现长输管道泵站变电所特点的基础上，开发出的一套长输管道泵站变电所运行 岗操作人员培训、操作票检验和变电所系统工作状态模拟显示方法及装置。
本长输管道变电所模拟操作安全预警操作按钮信号检测系统是基于以下的 方法路线，其流程如图3所示。检测搡作按钮信号控制流程是当有检测操作 按钮信号，经逻辑判断，如错误，则发出声音报警，返回初始状态；如正确， 则由输出控制接口分别控制发出按键音、隔离开关状态指示、手车开关状态指示、断路器状态指示、负载出线状态指示、补偿电容状态指示后返回初始状态。 具体检测操作按钮信号分为变压器高压和变压器低压两部分 变压器高压部分如图l所示，变压器高压部分分接地开关、高压PT开关、
高压隔离开关、高压断路器、分段隔离开关、分段断路器六部分的操作逻辑方
法；
站场低压供电部分分PT接地开关、PT隔离开关、隔离开关、断路器、母 联隔离开关、母联断路器六部分的操作逻辑方法(见图2)。
为了防止意外发生，在操作安全预警控制流程中还有五防功能，即防止带 负载合隔离开关控制逻辑、防止误跳断路器控制逻辑、防止带负载拉隔离开关 控制逻辑、防止带电挂接地线控制逻辑、防止带地线合隔离开关控制逻辑。
按上述方法路线，本系统包括控制系统和供电电路两部分。 控制系统的构成如图4所示，是由PLC控制系统、操作和指示系统组成。 系统运行复位按钮、系统操作按钮、供电电源切换按钮、系统消音按钮、供电 回路隔离开关、供电回路手车开关、供电回路断路器、负载回路隔离开关、负 载回路手车开关、负载回路断路器、补偿电容隔离开关均接PLC的输入端，而 PLC的输出端接4个输出控制接口及直接接系统操作输出、系统操作音输出、系 统误搡作音报警输出；4个输出控制接口中的一个分别接系统运行状态指示、系 统操作状态指示、供电电源切换指示、系统消音状态指示；第二个分别接供电 回路隔离开关状态指示、供电回路手车开关状态指示、供电回路断路器状态指 示；第三个分别接母线电压显示控制、母联接母线电压显示控制；第四个分别 接负载回路隔离开关状态指示、负载回路手车开关状态指示、负载回路断路器 状态指示、负载回路出线状态指示、负载回路补偿电容状态指示、负载回路标 称电流显示控制；第五个分别接主变电压等级显示控制、供电回路电压等级显 示控制。
供电电路部分包括主变电源进线、高压和低压三部分。
长输管道变电所搡作安全预警装置屏面示意图见图5;主变电源进线如图6 所示。主变电源进线高压侧采用内桥接线，选用两台主变；两个电源进线分别 模拟两个电压等级，即110kV和35kV;设有电源监测、防雷保护和接地保护。
高压供电接线分为两段，图7为高压供电(I段)接线图，图8为高压供 电(n段)接线图。来自1#主变的1弁进线接I段PT和多台泵电机；来自2 4#主变的2弁进线接II段PT、备用、站变和多台泵电机。
高压供电i段、n段母线联络接线图见图9,是1#进线和2#进线之间由
母线连络连接。
低压供电接线图如图10所示，低压侧采用单母线分段接线，电压等级为6kV; 负荷有照明、动力柜、仪表、直流柜、通信。动力柜负荷主要由输油泵、消防 泵等动力设备组成。
一段开关设备选用隔离开关和断路器，二段选用高压开关柜作为用电设备 的控制和保护。设有负荷监测、接地保护、防雷保护、过载和短路保护等装置。
另外，本系统中采用红外探头对进入带电间隔的人员进行探测，当有人员 进入带电间隔时，系统发出声音报警信号，以此模拟防止人员误入带电间隔的 防护功能。
站场高低压接线原理
系统实时检测模拟屏操作按钮，判断是否满足"五防"操作规程；搡作正 确时，输出控制相应指示灯，表示完成一次正确操作，并输出正确操作音和正 确操作输出脉冲；操作错误时，输出错误操作音，并输出错误操作输出脉冲。
管道变电所操作安全预警系统屏面示意图如图12所示。
本实用新型利用PLC技术和必要的变电所物理模拟设备，在离线状态下能 够实现防止电气误操作的闭锁装置，既所谓"五防"功能防止误跳、误合断 路器；防止带负载拉、合隔离开关；防止带电挂接地线；防止带地线合隔离开 关；防止人员误入带电间隔。
本实用新型功能多、灵活、能反复操作、安全可靠，能客观、准确地实现 变电所运行操作人员操作训练。
图l管道变电所操作安全预警流程图(高压部分)
图2管道变电所操作安全预警流程图(低压部分)
图3操作安全预警的系统控制流程图
图4管道变电所操作安全预警系统原理框图
图5管道变电所操作安全预警装置屏面示意图
图6管道变电所操作安全预警系统主变电源进线图
图7管道变电所操作安全预警系统站场高压供电(I段)接线图
图8管道变电所操作安全预警系统站场高压供电(n段)接线图
5图9管道变电所操作安全预警系统站场高压供电I段、II段母线联络接线
图
图io管道变电所操作安全预警系统站场低压供电接线图
具体实施方式
实施例.本例的构成如图4所示，是由PLC控制系统、考核成绩单片机系统、 操作和指示系统组成。系统运行复位按钮、系统搡作按钮、供电电源切换按钮、 系统消音按钮、供电回路隔离开关、供电回路手车开关、供电回路断路器、负 载回路隔离开关、负载回路手车开关、负载回路断路器、补偿电容隔离开关均 接PLC的输入端，而PLC的输出端接4个输出控制接口及直接接系统操作输出、 系统搡作音输出、系统误操作音报警输出；4个输出控制接口中的一个分别接系 统运行状态指示、系统操作状态指示、供电电源切换指示、系统消音状态指示; 第二个分别接供电回路隔离开关状态指示、供电回路手车开关状态指示、供电 回路断路器状态指示；第三个分别接母线电压显示控制、母联接母线电压显示 控制；第四个分别接负载回路隔离开关状态指示、负载回路手车开关状态指示、 负载回路断路器状态指示、负载回路出线状态指示、负载回路补偿电容状态指 示、负载回路标称电流显示控制；第五个分别接主变电压等级显示控制、供电 回路电压等级显示控制。
图中系统检测接收模拟屏操作按钮信号，经PLC逻辑判断后输出控制信号， 输出控制接口将PLC的控制信号转换、扩展成面板显示控制信号模拟显示执行 器状态。
长输管道变电所操作安全预警装置屏面示意图见图5。
主变电源进线如图6所示。主变电源进线高压侧采用内桥接线，选用两台 主变；两个电源进线分别模拟两个电压等级，即110kV和35kV;设有电源监测、 防雷保护和接地保护。
高压供电接线分为两段，图7为高压供电(I段)接线图，图8为高压供 电(II段)接线图。来自1#主变的1并进线接I段PT和多台泵电机；来自2 #主变的2并进线接II段PT、备用、站变和多台泵电机。
高压供电I段、II段母线联络接线图如图9所示，1#进线和2#进线之间 由母线连络连接。
低压供电接线图如图10所示，低压侧采用单母线分段接线，电压等级为6kV; 负荷有照明、动力柜、仪表、直流柜、通信。动力柜负荷主要由输油泵、消防泵等动力设备组成。
一段开关设备选用隔离开关和断路器，二段选用高压开关柜作为用电设备 的控制和保护。设有负荷监测、接地保护、防雷保护、过载和短路保护等装置。
另外，本系统中采用红外探头对进入带电间隔的人员进行探测，当有人员 进入带电间隔时，系统发出声音报警信号，以此模拟防止人员误入带电间隔的 防护功能。
系统及接口说明
主变电源进线回路隔离开关(图6中1101-1、 1101-2、 1101-3、 1102-1、 1102-2、 1102-3):用来隔离供电电源，以保证其它电器设备的安全检修；
主变电源进线回路断路器(图6中1101、 1102):用来通断供电电流，并 在严重过载和短路时自动跳闸，切断过载电流和短路电流；
高压供电回路手车开关(图8中614.......618):兼有隔离开关和断路器
的双重作用，具有操作灵活的特点；
髙压供电回路隔离开关(图7中603-1、 603-2、 605-1、 605-2.......611-1、
611-2):用来隔离高压母线，以保证其他电器设备的安全检修；
高压供电回路断路器(图7中603、 605.......611 ):用来通断负载回路电
流，并在严重过载和短路时自动跳闸，断开故障回路；
低压供电回路手车开关(图10中041、 042、 043、 044、 045、 046、 049 ):
兼有隔离开关和断路器的双重作用，具有操作灵活的特点；
低压供电补偿电容隔离开关(图10中040 ):用来隔离电容器和高压电源， 以保证电容器的安全检修；
系统运行复位按钮(见图10):系统运行按钮与系统操作按钮配合使用， 按下系统运行按钮显示当前变电所供变电系统的运行状态；当按下系统运行按 钮达三秒钟时，供变电系统设备全部复位，即主接线图中接地隔离开关接通， 其余隔离开关和断路器全部断开；
系统操作按钮(见图10):按下系统搡作按钮系统进入操作状态，此时可
通过模拟屏上的操作按钮模拟各种倒闸操作；
供电电源切换按钮(见图10):长输管道变电所供电有220kV和110kV两
种，为了反映出长输管道变电所供电情况设置了此按钮；
系统消音按钮(见图10):在系统操作时会发出搡作按钮音和错误操作音，
此提示音可在按下消音按钮后关闭；
7200820124170.输出控制接口 (见图10):完成PLC的1/0端与模拟各种电力控制设备的
按钮和指示灯的接口；
系统搡作输出(见图IO):输出系统操作脉冲；
系统搡作音输出(见图10):非消音时系统正确搡作时的声音提示；
系统误操作音报警输出(见图10):非消音时系统错误操作时的声音提示。
本系统按照前述的搡作安全预警系统的控制流程和操作计数及考核成绩显
示流程进行运行。
其操作安全预警系统的控制流程如图3所示。控制流程分为检测操作按钮 信号和操作计数及考核成绩显示流程，检测操作按钮信号控制流程是当有检 测操作按钮信号，经逻辑判断，如错误，则发出声音报警，返回初始状态；如 正确，则由输出控制接口分别控制发出按键音、隔离开关状态指示、手车开关 状态指示、断路器状态指示、负载出线状态指示、补偿电容状态指示后返回初 始状态。
操作过程
本系统具有的四种基本工作方式，即两台变压器分别供电；两台变压器并 列供电(一般不允许并列)；由一路电源两台变压器分别供电；由一路电源一 台变压器供电。这三种基本工作方式在相互切换时能完成四十二项倒闸操作。
系统操作分为两部分， 一是开关复位后三种基本运行方式下系统投入运行 的搡作；二是由某种运行方式直接转换到另一种运行方式的操作。
1. 开关复位后三种基本运行方式下系统投入运行的操作
① 打开模拟屏上的钥匙开关；
② 按住运行按钮大于3秒钟各开关复位； '
③ 按操作按钮；
④ 按照以下各种运行方式的具体操作步骤操作；
⑤ 搡作完成后，按运行按钮(指示灯变为红色)，模拟屏上的各开关不能搡作。
2. 开关复位后三种基本运行方式下系统投入运行的搡作包括下列七种方式'.
由两路电源两台变压器分别供电；
1AA段电源进线和两台变压器分别供电； 2 A A段电源进线和两台变压器分别供电；1AA段电源进线1弁变压器单独供电； 2AA段电源进线2 #变压器单独供电； UA段电源进线2 #变压器单独供电； 2AA段电源进线1#变压器单独供电。
长输管道变电所操作安全预警系统功能-.
1. 泵站变电所离线"五防"功能，即
① 防止误跳、误合断路器；
② 防止带负载合隔离开关；
③ 防止带负载拉隔离开关；
④ 防止带电挂接地线；
⑤ 防止带地线合隔离开关；还有防止人员误入带电间隔功能； 此五项为系统考核功能，系统中以PLC模拟的方式实现变电所设备操作的
闭锁保护，这是本系统培训的主要功能，当产生误操作时，系统发出错误报警 音；另外的防止人员误入带电间隔功能，现场设备采用的是物理防护，本系统 中釆用红外探头对进入带电间隔的人员进行探测，当有人员进入带电间隔时， 系统发出声音报警信号，以此模拟防止人员误入带电间隔的防护功能；
2. 模拟变电所模拟量(电压、电流等)显示功能 对于供电回路供电电压、站内主变参数、母线电压、负载电流均按标称值
进行显示，使学员对整个变电所的设备运行参数有全面的了解；
3.各种复杂运行方式下的倒闸操作的正误判断，对错误操作可发出报警信阜.
巧、，
系统的"五防"功能决定了所有变电所电气设备的搡作规程，违背此搡作规 程是变电所操作所不允许的，此时，系统发出误操作声音报警；
4. 系统进行7种基本操作，42项供电倒闸搡作和根据出线数量对各用电设 备供电和切换操作，同时，系统配置了 16条二次高压负载出线回路和低压负载 出线回路，根据需要可进行负载设备供电的切换操作；
5. 附属功能 ①倒闸操作票验证功能；
变电所操作是按照搡作票进行操作的，操作票编制的正确与否，可以应用 本系统对操作票进行验证，从而保证操作票操作程序的正确，克服操作票中不 规范和错误的操作步骤，起到变电所操作安全预警的作用；② 变电所运行模拟管理功能；
系统可以根据变电所设备的投运情况进行设置显示，使当前设备运行状态
一目了然，便于变电所的供电管理；
③ 系统状态掉电记忆功能；
系统软件设计采用具有掉电记忆功能的内部寄存器，当系统掉电后能够记 忆系统当前状态，上电后，系统将显示与掉电前完全相同的系统状态信息；
④ 电网频率监测功能；
系统以一个4位数字表头显示当前电网频率，电网频率监测仪显示周期为 800ms,显示精度在800ms内平均值为0. OlHz;其作用是使学员了解电网频率的 变化情况；
⑤ 可显示日历、时钟、安全运行天数及掉电走时功能；
为了与现场的变电所模拟屏保持一致，系统设置了日历、时钟及安全累进
曰板显示器，其中曰历、时钟具有掉电走时功能；系统对已设定和累进的安全 运行天数进行存储，并根据曰历的时间以及系统掉电后日历、时钟的走时情况 计算出相应的天数，累加到安全运行天数中，保证系统掉电恢复后也能有正确 的显示。
本实用新型的有益效果是，它适应各层次长输管道变电所操作人员离线培 训需求，搡作方式与变电所在线操作系统搡作方式完全相同。本例功能多，有 四十二种倒闸操作程序，严格按照变电所操作规程设计，通过对变电所操作票 的检验，可以完全从操作程序上杜绝各种误操作及不规范操作。操作人员在本 系统上培训就如同亲临实际现场一样能进行灵活的、安全可靠的、反复的搡作 练习，使操作运行人员可从中积累处理各种异常、障碍和事故的经验，提高操 作技能。同时，本系统能客观、准确地实现变电所运行操作人员的实际考核及 技能鉴定。
10
权利要求1.一种管道变电所模拟操作安全预警操作按钮信号检测系统，其特征是它包括控制系统和供电电路两部分控制系统由PLC控制系统、操作和指示系统组成；系统各种按钮、开关、断路器均接PLC的输入端，而PLC的输出端接4个输出控制接口及直接接多个操作输出；供电电路部分包括主变电源进线、高压和低压三部分主变电源进线高压侧采用内桥接线，选用两台主变；两个电源进线分别模拟两个电压等级，即110kV和35kV；设有电源监测、防雷保护和接地保护；高压供电接线分为两段，来自1#主变的1#进线接I段PT和多台泵电机；来自2#主变的2#进线接II段PT、备用、站变和多台泵电机；1#进线和2#进线之间由母线连络连接；低压供电采用单母线分段接线，电压等级为6kV；负荷有照明、动力柜、仪表、直流柜、通信。
2. 根据权利要求1所述的长输管道变电所模拟操作安全预警搡作按钮信号 检测系统，其特征是所述系统各种按钮、开关、断路器有系统运行复位按钮、系 统操作按钮、供电电源切换按钮、系统消音按钮、供电回路隔离开关、供电回路 手车开关、供电回路断路器、负载回路隔离开关、负载回路手车开关、负载回路 断路器、补偿电容隔离开关。
3. 根据权利要求1所述的长输管道变电所模拟操作安全预警操作按钮信号 检测系统，其特征是所述PLC输出端接的4个输出控制接口中的一个分别接系统 运行状态指示、系统操作状态指示、供电电源切换指示、系统消音状态指示；第 二个分别接供电回路隔离开关状态指示、供电回路手车开关状态指示、供电回路 断路器状态指示；第三个分别接母线电压显示控制、母联接母线电压显示控制； 第四个分别接负载回路隔离开关状态指示、负载回路手车开关状态指示、负载回 路断路器状态指示、负载回路出线状态指示、负载回路补偿电容状态指示、负载 回路标称电流显示控制；第五个分别接主变电压等级显示控制、供电回路电压等 级显示控制；PLC输出端直接接的多个操作输出有系统操作输出、系统操作音输出、系统 误操作音报警输出。
专利摘要本实用新型是一种管道变电所模拟操作安全预警操作按钮信号检测系统，涉及电路紧急保护装置、供电和配电的电路装置和管道系统技术领域。它包括控制系统和供电电路两部分控制系统由PLC控制系统、操作和指示系统组成；系统各种按钮、开关均接PLC的输入端，而PLC的输出端接4个输出控制接口及直接接多个操作输出；供电电路部分有主变电源进线、高压和低压三部分主变电源进线高压侧采用内桥接线，选用两台主变；高压供电接线分为两段，1#主变的1#进线接I段PT和多台泵电机；2#主变的2#进线接II段PT、备用、站变和多台泵电机；1#进线和2#进线之间由母线连络连接；低压供电采用单母线分段接线，电压等级为6kV。
文档编号G09B7/02GK201311721SQ200820124170
公开日2009年9月16日 申请日期2008年11月26日 优先权日2008年11月26日
发明者刘彦儒, 伟 张, 张宝玉, 张小谦, 张文海, 张淑清, 张素玲, 杨文川, 玮 王, 王成会, 田金波, 兵 肖, 萍 荣 申请人:中国石油天然气管道局