基于PLC实现的变电站站用电源备自投系统设计.pdf

电 气 自 动 化 2 0 1 4 年 第 3 6 卷第 1 期 动控制系统与装置 Au t o ma t i c Co n t r o l S y s t e ms＆ E qu i p me n t s 基于 P L C实现的变 电站站用电源备 自投 系统设计 王少龙’ ，王强 ，张东燕 1 ． 天水供电公司。 甘肃 天水7 4 1 0 0 0 ， 2 ． 甘肃省电力公司。 甘肃 兰州7 3 0 0 0 0 摘要针对变电站站用电源供电系统， 设计了基于 P L C实现的变电站站用电源备 自投系统。以三菱 F X 2 N系列 P L C为控制核心， 通 过 P L C程序实现对变电站站用电源备自投系统的控制。实际运行结果表明， 是一个智能、 可靠 、 灵活、 安全备 自投系统 ， 完全满 足变电站现场实际要求。 关键词P L C ； 变电站 ； 站用电源； 备 自投系统； 设计 DO I 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j i s s n ． 1 0 0 0- 3 8 8 6 ． 2 0 1 4 ． 0 1 ． 0 0 5 [ 中图分类号]T M7 6 2 ． 1 [ 文献标志码]A[ 文章编号]1 0 0 0 3 8 8 6 2 0 1 4 0 1 0 0 1 2 0 2 De s i g n O f a PL C． b a s e d Au t o Tr a n s f e r S y s t e m f o r Tr a n s f o r me r Su b s t a t io n P o we r Su p p ly WA N G S h a o l o n g ， WA N G Q i a n g ， Z H A N G D o n g y a n 1 ． T i a n s h u i El e c t r i c Po w e r C o mp a n y ，T i a n s h u i G a n s u 7 4 1 00 0，C h i n a； 2 ． G a n s u E l e c t r i c P o w e r C o mp a n y．L a n z h o u，G a n s u 7 3 0 0 0 0，C h i n a Ab s t r a c t W i t h r e s p e c t t o t r a n s f o r me r s u b s t a t i o n p o w e r s u p p l y s y s t e m，t h i s p a p e r p r e s e n t s a P L C b a s e d a u t o t r a n s f e r s y s t e m f o r t r a n s f o r me r s u b s t a t i o n p o we r s u p pl y．Us i ng Mi t s ub i s h i F X2N s e rie s PLC a s t h e c o n t r o l c o r e，t hi s s y s t e m u s e s PLC t o c o n t r o l t he a ut o t r a ns f e r s y s t e m o f t h e t r a n s f o r me r s t a t i o n p o we r s u p p l y ．T h e r e s u l t o f a c t u a l o p e r a t i o n i n d i c a t e s t h a t t h e a u t o t r a n s f e r s y s t e m i s i n t e l l i g e n t ，r e l i a b l e， fl e x i b l e a n d s a f e ，a n d c a n f u l l y s a t i s f y t h e fi e l d r e q u i r e me n t s o n t h e t r a n s f o rm e r s u b s t a t i o n ． Ke y wo r d s P L C；t r a n s f o rm e r s u b s t a t i o n；s t a t i o n p o w e r s u p p l y；a u t o t r a n s f e r s y s t e m；d e s i g n I ’ 引 吾 备 自投是备用电源自动投入的简称， 是一种旨在提高供电可 靠性的安全 自动装置， 能够实现用电侧在主供电源中断供电后迅 速切换至备用电源供 电的功能。变电站站用电源备 自投系统可 以在两路站用电源任一路供电中断的情况下 ， 自动迅速切换至另 一 路站用电源供电， 保证对变电站站用负荷的不间断供电， 因此， 变电站站用 电源备 自投 系统对变 电站的安全稳定运行至关重 要⋯。继电型变电站站用 电源备 自投系统因线路复杂， 故障率 高、 检修维护工作量大而很难满足电力设备 自动化需要。P L C控 制系统因具有可靠性高、 抗干扰能力强、 编程简单 、 功能强大、 维 护方便等优点而被广泛应用于工业生产的各种 自动控制过程 中 。综合各方面因素， 本文采用 P L C实现对变电站站用 电源 备 自投系统的控制。 1 变电站站用电源供 电系统方案及存在的问题 变电站站用电源供电系统通常采用单母线分段接线方式 见图 1 ， 两路站用电源分别接在两段母线上， 通常有两种运行 方式 运行方式 1 两段母线分列运行 分段断路器 Q r 3断开 ， 两 路站用电源分别 向两段母线供电并带站用负荷 两路进线断路 器 Q F 1 、 Q F 2 合上 。 运行方式 2 两段母线并列运行 分段断路器 Q F 3合上 ， 两 路站用电源任一路运行带全部站用负荷 ， 另一路站用电源备用 定稿 日期 2 0 1 30 42 0 1 2 Elec t r i c a l Au t oma t ion 两路进线断路器 Q F 1 合 上、 Q F 2断 开或 Q F 1断 开、 Q F 2合上 。 为保 证 变 电 站 站 用 电源的可靠供电， 电力系 统 1 1 0 k V及 以上变 电站 均设 计有站用电源备 自 投系统 ， 且多数为继电型 装置， 接线复杂， 随着运 行年限的增加， 多数变电 站站用 电源备 自投系统 I I 段进线 图 1 变电站站用电源 供 电系统接线方式 均故障， 经多次检修都未能消除隐患， 严重影响着变电站的安全 稳定运行 。 2 变 电站 站用电源备 自投 系统方案设计 2 ． 1 失压检测电路 电压继电器实现的失压检测接线见图 2 ， 电压继 电器 1 Y J 、 2 Y J 、 3 Y J 或 4 Y J 、 5 Y J 、 6 Y J 用来检测工作母线是否失压， 电压继 电器 7 Y J 、 8 Y J 或 9 Y J 、 1 0 Y J 用来检测进线电源是否有电。 2 ． 2断路器动作逻辑 2 ． 2 ． 1 进 线断路器 QF 1 或 QF 2 动作逻辑 进线断路器 Q F 1 或 Q r 2 分闸动作逻辑见图3 。 进线断路器 Q F 1 或 Q r 2 合闸动作逻辑见图4 。 2 ． 2 ． 2 分 段断路器 Q 动作逻辑 分段 断路 器 Q F 3分 闸动作 逻辑 见图 5 。 分段断路器 Q F 3合闸动作逻辑见图 6 。 线 动控制系统与装置 皇 竺 兰兰 Au t o ma t ic C o n t r o I S y s t e ms＆ E q u ipme n t s I段进线 I I 段进线 A B C A B C I A I B I C 廿 8YJ 廿 loYJ -D I ‘ 1 1 ． ‘ I A I I A I B I I B I c I I c 。 ’ ／ - ● ’ ／ 1 Y J 2 J 凸 凸 廿 I I A I I B I I C 廿 廿 廿 图 2 电压继电器实现的失压检测接线图 一lI I 进线电源有胍 l l l l 段 或 段进l I I 线断路器在分位 l I l I 段 绒 I f 段 进 线 电源 有 压 段 或 I I 段 母 线失 【 段 或 I I 段 进线 电源有压 延 时 手动 合 闸 图 4 进线 断路器 Q F 1 或 QF 2 合 闸动作 逻辑 图 图 5 分段 断路器 QF 3分 闸动作逻辑 图 图6 分段断路器 QF 3合闸动作逻辑图 l母 线 有 压 检 测 电 路 一 }母 线 失 压 检 测 电 路 卜 一 _ _ 1 蒌控 制 中 间 继 电 器 I器l ⋯ ⋯ ⋯ 进 线电 源有 L_ _ - 压 检 测 电 路l 。 _ _ I 鞣 IQ F 2 断 路 器 Q F 1 断路 器手L ． _ ． 动分 合闸控 制 I 。 _ J 。 F 3 断路器 分合闸 Q F 3 断 路器 F X 2 N l 控制中间继电器 Q F 2 断 路器手L 可 编 动分合闸控制l 程控 制器 一 。 F 1 断路器分合闸指示 动分合闸控制l 一Q F 2 断路器分台闸指示 F l 断路器位嚣信引_ _ 一 一Q F 3 断路器 分 合闸 指示 F 2 断路器位鼹信号 F 3 断路 器位 置信号 一 一 备自 投动作 指； 投动作信 号复归 一 图 7 基于 P L C实现的变电站站用 电源备 自投 系统硬件结构框 图 2 ． 3 P L C选择和备自投系统硬件组成 根据控制要求， 选择三菱公司生产的 F X 2 N一 4 8 MR P L C ， 其 I ／ 0点为 2 4输入／ 2 4输出， 输出为继电器形式 ， 能满足控制要求， 不需要扩展模块。由于 P L C触点容量小， 所以考虑用中间继 电 器作为启动分合闸元件。基于 P L C实现的变电站站用电源备 自 投系统硬件结构框图见图 7 。 3 注意事项 1 图8采用 A C电源 D C输入型 P L C装置， 该类型 P L C装 置的供电电源为交流电压， 考虑到变电站站用交流电源可能全部 失电 P L C供电电源在 1 0 m s以内的瞬时停 电， 可继续使用 ， 为 确保变电站站用交流电源中断后 P L C装置的正确可靠动作 ， 可 以采用逆变电源向P L C装置供电， 即将变电站2 2 0伏直流逆变为 2 2 0伏交流向 P L C供电。也可以采用 D C电源 D C输入型 P L C装 置， 将变电站 2 2 0伏直流变为2 4伏直流后向P L C装置供电。 2 为防止在某一条进线电源失电的情况下， 手动断开分段 断路器 Q F 3后 ， 备自投装置动作再次将 Q F 3断路器合上 ， 在 Q F 3 断路器合闸控制回路中串人手跳 Q F 3断路器中间继电器常闭触 点， 一旦手动跳开 Q F 3断路器， 将闭锁 Q F 3断路器自动合闸回路。 下转第 1 0 9页 E l e c t r ic a I Au t o ma t io n 1 3 用 实椤 电 气自 动 化 2 0 1 4 年 第3 6 卷第1 期 Ap p li c a t io n I d e a s 待引锭头进入拉坯机 1 号压辊之前 ， 升起 1 号压辊， 等到引锭头 位置走过 1号压辊后再压 1 号压辊， 待引锭头位置走到拉坯机 2 号压辊之前也按照 1号压辊步骤操作。待引锭头拉杆进入同步 锯位置时， 升起同步锯压板 ， 待引锭头拉杆和引锭头都走出锯片 位置， 并把锯 片位置调整 到锯切位 置， 压下 压板， 启 动锯切 电 机 ， 并打开冷却液泵， 使冷却液喷到锯片上， 再启动进锯电机， 慢 慢调节进给速度 即进锯速度 直到锯切正常位置。铸锭头锯完 后 ， 关掉冷却液泵， 关掉锯片转动电机退回锯片， 锯片复位 ， 松开 压板， 小车复位， 根据所需铸锭长度 ， 进行下一次同步锯切作业。 1 拉坯机的主要作用 拉坯机采用变频调速电机减速机驱动， 可满足不同规格的铝 母线及阳极导杆的铸造速度 ， 可实现 0～2 5 0 m m ／ mi n调节， 链条 采用双翼链板大大提高了承载能力 ， 运行更加平稳。采用多层胶 质压辊， 具有一定弹性 ， 即可保护设备同时也能保证足够的压紧 力， 为拆卸方便将压辊设计为分体组合式 ， 可随时更换损坏压辊， 降低使用成本提高工作效率。 2 同步锯的主要作用 同步锯切机由轨道支架 、 行走小车、 带锯片进给装置、 锯切装 置、 压紧装置、 自动返回驱动系统组成。小车可在轨道支架上沿 母线铸造方向 自由行走 ， 锯切装置全部放置在小车上部的平台 上， 从而实现了同步锯切的功能， 实现了进给和退回速度可调， 压 紧装置 ， 性能可靠压紧力大， 实现了不同规格在同一平 台操作的 要求 ， 锯切结束后同步锯小车 自动返回初始位置 ， 提高了设备的 ca动化程度。 3 ． 2 系统软件控制 由参考文献[ 1 2 ， 4 ]可知， 根据水平母线铸造机的控制要 求， 按照不同的功能要求把程序分开来， 在主程序加一调用。对 上接第 1 3页 4 结束语 基于 P L C实现的变电站站用电源备 自投系统， 经 2 0 1 2年在 某 1 1 0 k V变电站试运行以来， 系统稳定， 自动切换可靠。该系统 较之与继电型备 自投装置实现的变电站站用电源备 自投系统， 具 有智能化、 安装接线简单 、 运行可靠、 灵活， 运维检修工作量小等 优点。能够自动判断变电站站用电源系统接线方式， 并据此 自动 调整备自投动作策略， 可以满足变电站站用电源各种运行方式的 要求， 且不对变电站现有站用电源系统控制回路接线进行变动， 同时实现对变电站站用系统的操作控制。该系统的设计和现场 应用彻底消除了变电站站用电源备 自投存在的隐患 ， 保证了变电 r 。 “ ‘ ‘ ‘ ‘ ” ’ ‘ ” I I 十 、 十 - ． ． ． - 控制功能相同的一类设备进行模块化编程 ， 在程序中需要反复调 用， 模块化设计使程序的调试和维护简单方便， 并使软件具有良 好的可移植和可扩展性。水平母线机锯切部分控制程序如图4 所示 。 4结束语 由参考文献[ 3 ， 56 ] 可知， 水平母线铸造机控制系统运用 了成熟的 P L C技术 、 网络通信技术。采用软硬件结合 ， 较好 的解 决了母线铸造机系统中出现的问题。针对用户来说本系统可靠 性高， 容易设置， 操作简单。软件编程简单清晰容易读懂 ， 它还有 足够的模块选择可以满足实际生产的需要。因此通过采用先进 的自动化技术能大大提高生产效率、 降低设备故障率、 节约企业 生产成本等优点。 参考文献 [ 1 ]陈瑞阳， 席魏， 宋柏青．西门子工业 自动化项 目 设计实践[ M] ．北京 机械工业出版社． [ 2 ]崔坚． 西门子 s 7 可编程序控制器一s T E P 7 编程指南[ M]北京 机械 工业 出版社 ， 2 0 0 7 ． [ 3 ]崔亚军． 可编程控制原理及程序设计 [ M] ．北京 电子工业 出版社． [ 4 ]吴作明， 杜明星． 深入浅出西门子 S T E P ／ [ M] ． 北京 航空航天大学 出版社 ， 2 0 1 2 ． [ 5 ]廖常初． s 7 3 0 0 ／ 4 0 0 P L C技术应用[ M] ．北京 机械工业 出版 社 ， 2 0 0 7 ． [ 6 ]吴作明． P L C开发与应用实例详解[ M] ．北京 航空航天大学出版 社 ， 2 0 o 7 ． 【 作者简介】朱红梅 1 9 8 0一 ， 女， 青海乐都人， 本科， 电气工程师， 从事电 类课程教 学与研 究。 潘 美君 1 9 7 9一 ， 男， 甘肃天水人 ， 本科 ， 电气工程 师， 主要从事电气专业技术管G- x - 作。 站站用电源的安全稳定运行， 可推广到各 电压等级的变配电站 使用。 t 参考文献 [ 1 ]王世祥． 1 1 0 k V变电站电源备自投装置缺陷分析及对策[ J ] ． 陕西电 力 ， 2 0 1 2 ， 1 7 6 3 94 2 ． [ 2 ]李金城． 三菱 F X P L C编程与应用人门[ K ] ． 深圳 深圳市技成科技有 限公司 ， 2 0 0 9 2 52 6 ． [ 3 ]崔家佩， 孟庆炎， 陈永芳， 等． 电力系统继电保护与安全自动装置整定 计算[ K ] ． 北京 中国电力出版社， 1 9 9 3 ． 3 4 5 4 ． 【 作者简介】王少龙 1 9 7 7一 ， 男， 甘肃天水人， 高级工程师、 高级技师， 大 学本科， 从事变电运维管理工作， 研究方向为变电技术。 _ ” ” ” ” ” “ ” ” ” ” ’ ’ ” ” ” “ ” 、 爱无限。 ； 却万分忧 。 i 文明进步的标志。 { ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ” ” ” ” n - 献 出的血 有限 ， 献 出的 好人 献 出一 滴血 ， 病者 除 热血是生命的标志， 无偿献血是 E l e c t r ic a l A u t o ma t io n 1 0 9