變電站中央事故和預(yù)告信號的PLC控制

盧志剛 閆麗梅 徐建軍 許愛華 于慧群

（1.大慶油田第一采油廠基建工程中心，黑龍江 大慶 163000；2.大慶石油學(xué)院電氣信息工程學(xué)院，黑龍江 大慶 163318）

1 引言

變電站中央事故和預(yù)告信號系統(tǒng)是變電站監(jiān)控系統(tǒng)（SCADA)系統(tǒng)的重要組成部分，主要實現(xiàn)變電站所有信息的遙測、遙信。中央事故信號包括事故燈光和事故音響信號。中央預(yù)告信號起到對電氣設(shè)備或線路的不正常工作狀態(tài)的預(yù)警告知功能，防止事故進一步擴大。

目前大多數(shù)電氣配電所的中央預(yù)告和事故信號仍然使用較為傳統(tǒng)的繼電接觸控制器，其缺點是接線多且復(fù)雜，體積大，動作速度慢，修理困難，容易發(fā)生誤動作。隨著計算機監(jiān)控技術(shù)的不斷提高，用PLC實現(xiàn)變電站中央事故和預(yù)告信號控制是最優(yōu)的方案?，F(xiàn)在大多數(shù)變電站中央事故和預(yù)告信號系統(tǒng)都用歐姆龍 PLC實現(xiàn)的[1-4]。我單位采用西門子S7-200PLC設(shè)計了控制變電站中央事故和預(yù)告信號控制系統(tǒng)，根據(jù)控制的要求，對事故音響信號、預(yù)告信號、燈光信號等進行了 I/O分配，同時編制了中央事故和預(yù)告信號系統(tǒng)梯形圖控制程序。

2 變電站中央事故和預(yù)告信號控制要求

在變配電站中，需用各種信號來告知電氣設(shè)備的工作狀態(tài)，比如發(fā)生事故時，用各種燈光及音響信號來警示工作人員，工作人員根據(jù)信號的類型迅速判明事故的性質(zhì)、范圍和地點，以便做出正確的處理。

變電站事故信號控制要求：如斷路器發(fā)生事故跳閘時，立即用蜂鳴器發(fā)出較強的聽覺信號——聲音，同時斷路器的位置指示燈發(fā)出閃光的視覺信號來提示運行人員處理。

變電站預(yù)告信號控制要求：當運行設(shè)備有可能影響安全運行且出現(xiàn)嚴重異常情況，便發(fā)出一種鈴響信號，同時標有故障內(nèi)容的光字牌也變亮。

變電站事故信號和預(yù)告信號控制一般都在主控室實現(xiàn)。傳統(tǒng)做法是將這些信號集中裝設(shè)在中央信號屏上。需滿足“手動復(fù)位、自動解除、重復(fù)動作”的要求，從而在重復(fù)故障發(fā)生時，中央預(yù)告和事故信號裝置能正確發(fā)出信息，有利于工作人員監(jiān)視和實時處理運行設(shè)備發(fā)生的事故。

3 I/O分配表

首先需要對變電所內(nèi)所有設(shè)備進行預(yù)告信號和事故信號進行分類統(tǒng)計。事故信號分為：進線、轉(zhuǎn)出線、變壓器、一次及二次母線、配出線等共計 6類24個；預(yù)告信號分12個：交流回路絕緣監(jiān)視、電壓互感器二次回路斷線、直流回路絕緣監(jiān)視、變壓器輕、重瓦斯、變壓器油溫過高、變壓器過負荷、操作回路斷線、自動裝置動作、直流電壓過高或過低、事故照明切換動作、斷路操動機構(gòu)的氣壓或液壓異常等。根據(jù)對預(yù)告信號和事故信號分類統(tǒng)計，可以估算PLC開關(guān)量個數(shù)。則西門子PLC 的S7-200的I/O通道分配如下表1～3所示。

表1 輸入通道分配

表2 定時器的選用

表3 輸出通道分配

4 中央事故信號PLC控制

中央事故信號系統(tǒng)的作用為：當電力系統(tǒng)相關(guān)部分發(fā)生事故時，斷路器跳閘，啟動蜂鳴器。實現(xiàn)響聲的方式有：直流，交流，有直接動作，由間接動作；音響解除的方式有個別解除和中央解除幾種；動作連續(xù)性又有重復(fù)動作和不重復(fù)動作2種[5]。

4.1 中央事故音響信號PLC控制設(shè)計

傳統(tǒng)的中央事故信號音響由繼電接觸器控制回路設(shè)計。文獻[5]用歐姆龍PLC實現(xiàn)了事故音響信號的啟動回路，本文把它改成了西門子 S7-200PLC來實現(xiàn)。當SA在“合閘”位置，且QF在“跳閘后”位置，則該支路接通，產(chǎn)生輸入信號 I0.0，利用脈沖上升沿啟動沖擊繼電器1KDR（M0.0），由1KDR開啟蜂鳴器，定時器T37計時，延時3S后使1KDR復(fù)歸，可通過手動按鈕 1SBR解除音響。當事故音響發(fā)生后，事故鐘開始計時，可以手動事故鐘復(fù)位，并記錄處理故障的時間。程序如圖1所示。

圖1 中央事故音響信號PLC程序

4.2 中央事故閃光信號設(shè)計

文獻[5]用歐姆龍 PLC實現(xiàn)了事故閃光信號回路，本文把它改成了西門子S7-200PLC來實現(xiàn)。利用PLC的定時器T38、T39構(gòu)成閃光電源振蕩電路，如圖2所示。3SB(I0.0)為閃光電源檢查按鈕，按下3SB，RD指示燈閃光，放開后閃光停止。斷路器跳閘時綠燈閃光，自動合閘時紅燈閃光。

本文利用斷路器QF與控制開關(guān)SA位置“不對應(yīng)”原理構(gòu)成閃光電源的啟動回路。當SA合閘時，則SA9-10觸點接通，QF跳閘，輔助常閉觸點閉合，則啟動閃光電源，燈光監(jiān)視回路 QF綠燈閃光；當SA在“跳閘后”位置，SA10-11觸點接通，QF合閘后，QF輔助常開觸點閉合，啟動閃光電源，燈光監(jiān)視回路QF紅燈閃光。可使用I0.2來停止閃光程序，中間繼電器 M0.3的使用使在整個程序的其他部分應(yīng)用閃光程序更加方便。

圖2 中央事故閃光信號的PLC程序

5 中央預(yù)告信號的PLC控制

5.1 傳統(tǒng)的預(yù)告信號裝置

預(yù)告信號回路的監(jiān)視電路如圖3所示。預(yù)告回路正常時KVS2帶電，電源用KVS2監(jiān)視，其延時斷開的常開觸點閉合時 HW 亮。如果保險器熔斷、接觸不良或回路斷線，其常閉觸點將閉合，HW變?yōu)殚W光。

圖3中，H1、H2-光字牌；K2、K3-ZC -沖擊繼電器；HAB-警鈴；SB、SB2-實驗按鈕；SB4-解除按鈕;KC2-中間繼電器；KT2-時間繼電器；SM-轉(zhuǎn)換開關(guān)；KS-監(jiān)視控制回路斷線的繼電器；KVS2-中央信號回路的電源監(jiān)視信號繼電器；KVS1-中央事故信號電路的電源監(jiān)視信號繼電器； HW-預(yù)告信號電源監(jiān)視燈。

圖3 中央預(yù)告信號裝置

5.2 預(yù)告信號PLC控制設(shè)計

利用保護裝置信號繼電器常開觸點將故障信號送到PLC輸入端，啟動預(yù)告信號軟沖擊繼電器，啟動預(yù)告信號音響電鈴，經(jīng)延時5s后自動解除音響，其中，I1.0為手動停止按鈕輸入脈沖，I0.5、I0.6為預(yù)告信號輸入，I0.7為實驗按鈕。I0.7有人為輸入脈沖或I0.5、I0.6有輸入脈沖是，Q0.5有輸出并自保持，T40立即開始計時，直到I1.0有脈沖輸入停止鈴響。在鈴響的同時相應(yīng)得光子亮顯示具體的需要處理的位置。圖4為梯形圖子程序。

圖4 預(yù)告信號PLC控制設(shè)計

圖4中，I1.0為手動停止按鈕輸入脈沖，I0.5、I0.6為預(yù)告信號輸入，I0.7為實驗按鈕。響應(yīng)過程為：I0.7有人為輸入脈沖或I0.5、I0.6有輸入脈沖時，T40立即開始計時，Q0.5有輸出并自保持，直到I1.0有脈沖輸入停止鈴響。在鈴響的同時相應(yīng)得光子亮顯示具體的需要處理的位置。

6 結(jié)論

本文采用西門子S7-200PLC實現(xiàn)了變電站中央事故和預(yù)告信號控制系統(tǒng)的設(shè)計。整個程序簡單易懂，具有很強的實用性。并且系統(tǒng)經(jīng)過調(diào)試運行，完全可以實現(xiàn)系統(tǒng)的所有功能。

[1]于慧群.基于 S7-200的變電站中央信號系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用[D].大慶石油學(xué)院工程碩士學(xué)位論文.2009.6.

[2]高靜,張順平.可編程控制器在變電所中央事故和預(yù)告信號系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].石油化工自動化,2002,38(1)∶53-54,61.

[3]蘇小林,孟濤.PLC在發(fā)電廠變電所中央事故和預(yù)告信號系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].電站系統(tǒng)工程,2002,18(3)∶51-52.

[4]馬永翔.PLC在發(fā)電廠及變電所中央事故和預(yù)告信號系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].電工技術(shù),2001,34(6)∶24-25.

[5]劉學(xué)軍,宋印海, 孫鐵軍等. 用 PLC設(shè)計大型變電所中央事故和預(yù)告信號裝置[J]. 吉林化工學(xué)院學(xué)報,2004.21(3)∶42-44.