田晓建 刘雄源 张泽炜 吴庆龙 何伟宏

国家管网集团西气东输公司广东输气分公司

摘要：针对天然气场站单UPS故障后冗余切换失效或双UPS故障致使PLC系统及关键设备掉电进而造成分输供气中断的危害，采用STS（静态转换开关）在原单一UPS供电PLC系统基础上增加一路市电，开展UPS故障工况下STS空载及待载（供电PLC系统）时的电力切换试验。结果表明，可有效提高PLC系统运行可靠性，确保输气场站供气不中断。

关键词：输气场站；UPS宕机；STS；不间断切换；市电输入

SCADA系统通过调度中心、场站及就地控制模式实现对管道沿线实时生产动态数据采集及智能监控[1-4]。PLC、通信服务器、路由器、交换机等作为输气场站SCADA系统主要设备，担负完成站内工艺数据采集与监控，并执行调度中心指令及实时数据传送任务[5]。UPS作为输气场站PLC系统、关键设备直供电力设备，一旦发生故障宕机，将致使PLC系统、关键设备等发生掉电进而造成供气中断。如2018年广东管理处清远站双UPS发生掉电；2020年银川管理处银川压气站输气中断事件等。

针对上述存在的不足，通过STS在原UPS供电的基础上增加一路市电供应，开展UPS故障掉电工况下的空载及待载试验，揭示基于STS实现电源冗余条件下PLC系统运行可靠性的路径。

1  试验概况

1.1  试验设备

试验装置如图 1所示，包含一个瑞物 STS 32A 双电源静态转换开关及若干空气开关，设备规格型号见表 1。试验依托西气东输广东管理处揭阳分输站中控PLC系统0#本地机架作为负载对象，主要由两块互为冗余的PW521电源模块、一块GCU521-S系列控制器、两块LNK501通信模块、一块COM511本地连接模块及两块COM523以太网模块构成。

1.2  试验布置

UPS供电PLC系统经1#断路器至PLC总断路器实现单一电力能供，增设一路市电，将经过1#、2#两路断路器保护后UPS与市电进线分别与STS静态转换开关M1及M2进线端衔接，后由STS供电输出至PLC进线总断路器，实现UPS及市电冗余供电PLC系统，具体见图 1。

图 1 基于STS电源冗余装置

2  试验过程及现象分析

2.1  试验过程

空载试验即STS输出端无负载工况下，将STS输出端与万用表连接的同时，断开图 1中UPS线缆即M1进线，观察万用表测量值有无中断现象，如图 2所示。待载试验即STS输出端供电PLC本地0#机架工况，断开机架冗余电源模块中的任意一块，基于在用电源模块掉电，控制器实现主备切换，开展UPS掉电STS无间断切换市电试验。

图 2 空载试验

2.2  试验现象

基于STS的UPS、市电冗余供电采用UPS优先供电模式（图 3）。主用路两状态指示灯常绿，备用路左侧状态指示灯常绿右侧熄灭，报警灯ALARM熄灭。断开UPS空载试验前后，万用表测量值保持22.93 V，示值无闪断产生，STS切换至市电主用供电模式，原UPS主用两状态指示灯熄灭，市电两状态指示灯绿色常亮，同时报警ALARM指示灯红色常亮并产生蜂鸣报警（图 4）。

图 3 UPS供电优先模式

图 4 市电切换

STS输出端供电PLC 0#机架待载工况下，断开STS一侧UPS进线进行试验。发现UPS断开前后PLC工作状态无变化，机架电源模块POWER指示灯显示绿色常亮无闪断，控制器模块主用状态Duplex指示灯显示绿色常亮无闪断。STS工作状态指示灯与空载工况下的变化一致（图 3、图 4）。

综上，基于STS引入市电实现UPS与市电主备冗余，实现主备电力无间断切换、断电报警等功能，有助于提升PLC系统运行可靠性。

3  应用实践

该套装置已在揭阳分输站完成测试，通过引入市电备用电源，实现PLC系统供电双电源冗余保障，在UPS故障工况下无间断切换至市电供电，UPS故障消除时自动恢复UPS优先供电，不影响PLC系统正常运行，显著提高输气场站运行可靠性及稳定性。该套装置构成简单且投资较小，在确保场站供气方面至关重要，具有广泛的应用前景。

4  结论

（1）PLC系统基于STS引入的备用市电与主用UPS实现电源冗余，发生UPS故障掉电时，STS产生掉电报警，无间断实现主（UPS）备（市电）电力切换，提高系统运行可靠性。

（2）市电引入冗余供电装置构成简单、投资较小，应用前景好。

参考文献：

[1]杜雪峰.燃气智能化与燃气SCADA系统在燃气安全管理中的应用[J].化工管理，2020(09)：80-81.

[2]赵晓旭.西气东输三线站场ESD与PLC系统通信现状研究与改进措施[J].仪器仪表用户，2019，26(02)：36-39+17.

[3]张涛.长输油气管道SCADA系统分析及应用[J].石化技术，2018，25(03)：102.

[4]胡朋.SCADA系统在长输天然气管道的应用现状及发展趋势[J].山东化工，2018，47(10)：90+92.

[5]姜晓红.天然气管道SCADA系统运行维护浅析[J].中国石油和化工标准与质量，2019，39(12)：27-28.

作者简介：田晓建，工学硕士，2019年毕业于西南石油大学油气储运工程专业，现从事长输管线场站生产运维管理相关工作。联系方式：021-50958217，1475067693@qq.com。