PLC在高壓配電系統(tǒng)控制中的應(yīng)用研究

摘要：近些年來，隨著我國科學(xué)技術(shù)水平的不斷提升，配電系統(tǒng)控制技術(shù)日益成熟，其在保證了供電質(zhì)量的同時也促進(jìn)了電力行業(yè)的持續(xù)發(fā)展。文章首先分析了PLC技術(shù)原理，并對其技術(shù)特征進(jìn)行闡述，最后從設(shè)備層功能與控制、遠(yuǎn)程監(jiān)控兩個方面探討了PLC技術(shù)在高壓配電系統(tǒng)中的具體應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：PLC技術(shù)原理；高壓配電系統(tǒng)；控制策略；電力系統(tǒng)；供電質(zhì)量 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

中圖分類號：TP273 文章編號：1009-2374（2017）08-0075-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.08.036

1 概述

配電系統(tǒng)是電力系統(tǒng)的重要組成，其對于保證電力系統(tǒng)供電質(zhì)量及系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定具有積極作用，為此需要保證高壓配電系統(tǒng)的有效控制，這是實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)運(yùn)行管理的重要途徑?？删庉嬤壿嬁刂破鳎≒LC）是基于存儲的控制器，一般情況下可以用于內(nèi)部存儲程序面向用電客戶的指令發(fā)送，并通過數(shù)字模擬信號的輸入及輸出向電力設(shè)備或生產(chǎn)環(huán)節(jié)進(jìn)行控制，在一定程度上保證了電力生產(chǎn)的有序性，具有推廣價值。

2 配電系統(tǒng)中PLC技術(shù)簡介

所謂PLC技術(shù)，是建立在計(jì)算機(jī)技術(shù)基礎(chǔ)上的智能化程序控制技術(shù)，其核心為單片機(jī)，該技術(shù)的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了對工業(yè)生產(chǎn)過程的自動化控制。PLC技術(shù)集成了電氣、儀表和控制等多項(xiàng)技術(shù)設(shè)備，可依據(jù)電力系統(tǒng)建設(shè)規(guī)模等實(shí)際情況進(jìn)行組合，滿足工業(yè)控制需求。PLC技術(shù)的主要作用體現(xiàn)在：第一，高速指令處理。PLC技術(shù)的出現(xiàn)開辟出了新的應(yīng)用領(lǐng)域，在對性能要求較低的情況下也可以將指令的處理周期縮短到最?。坏诙?，浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算。便于用戶調(diào)整參數(shù)，及時在運(yùn)算量增加的情況下也能實(shí)現(xiàn)高效、復(fù)雜的運(yùn)算，保證運(yùn)算結(jié)果的準(zhǔn)確；第三，優(yōu)化人機(jī)交互。通過人機(jī)界面優(yōu)化，可以集成多種功能，降低了人機(jī)對話編程的難度；第四，口令保護(hù)。其加密了數(shù)據(jù)，并設(shè)置了權(quán)限訪問，避免了數(shù)據(jù)的非法刪改。

3 PLC技術(shù)特征分析

PLC作為控制器，其靈活性更強(qiáng)，可以依據(jù)用戶需求進(jìn)行編程，只需客戶發(fā)出指令，PLC便可依據(jù)一定的算法程序輸出機(jī)器的執(zhí)行指令，實(shí)現(xiàn)對生產(chǎn)線的直接控制。從理論層面來說，PLC技術(shù)的特征主要表現(xiàn)在：具有靈活性特征，PLC具有可編程的邏輯性，在遇到具體的問題時可以依據(jù)輸入指令的不同輸出不同的操作指令，這樣就避免了傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制模式的盲目性與隨意性；低耗、操作便捷，PLC系統(tǒng)占地空間小，但是性能與其他繼電器相比更具優(yōu)勢，在實(shí)際生產(chǎn)過程中電能消耗較小，符合當(dāng)前低碳環(huán)保的工業(yè)發(fā)展理念。

4 PLC在高壓配電系統(tǒng)中的應(yīng)用分析

4.1 設(shè)備層功能及控制策略

4.1.1 設(shè)備層功能及控制策略。在設(shè)備層，一般需要通過智能化傳感器實(shí)現(xiàn)對信息的識別以及傳送工作，并將其轉(zhuǎn)為可識別信號，保證通信信號的有效傳輸與交互。在執(zhí)行器中，可以使用中央處理器向計(jì)算機(jī)發(fā)出信號，從而實(shí)現(xiàn)控制器的管控功能。在設(shè)備層，一般會采用分布控制技術(shù)，通過設(shè)立多個控制器組建設(shè)備層，每個控制器可獨(dú)立工作，不相互影響，但控制器之間形成了一個數(shù)據(jù)通道，和計(jì)算機(jī)之間也建立一個信息互通渠道。

4.1.2 網(wǎng)絡(luò)層功能及控制策略。網(wǎng)絡(luò)是高壓配電系統(tǒng)的重要組成部分，網(wǎng)絡(luò)可將分散的配電設(shè)備連接在一起成為一個有機(jī)整體，并通過監(jiān)控中心的服務(wù)器進(jìn)行信息交互，在網(wǎng)絡(luò)層可通過現(xiàn)場總線技術(shù)保證網(wǎng)絡(luò)層功能的有效發(fā)揮。

4.1.3 管理層功能及控制技術(shù)。管理層中工作人員可通過計(jì)算機(jī)設(shè)備實(shí)現(xiàn)對設(shè)備運(yùn)行狀況的實(shí)時觀測，管理層通過系統(tǒng)集成技術(shù)將計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中的子系統(tǒng)連接在一起，通過子系統(tǒng)之間的信息交換實(shí)現(xiàn)子系統(tǒng)工作的協(xié)調(diào)，建立一個完善的信息控制機(jī)制。

4.2 遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)

當(dāng)高壓配電系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行出現(xiàn)故障，對電能傳輸、變換等造成影響，通過PLC監(jiān)控系統(tǒng)可及時發(fā)現(xiàn)故障并發(fā)送故障警報信號，對設(shè)備隱患進(jìn)行排查，縮短了檢修周期，提高了檢修效率。

4.2.1 PLC遠(yuǎn)程監(jiān)控的原理。對高壓配電系統(tǒng)電氣設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行評價，可將其分為三個等級，如正常運(yùn)行狀態(tài)、異常運(yùn)行狀態(tài)和故障狀態(tài)。作為正常狀態(tài)就是設(shè)備運(yùn)行過程中不存在缺陷或存在缺陷，但是不會影響設(shè)備的正常運(yùn)行；所謂異常狀態(tài)就是指存在一定缺陷，且對設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)造成較大影響，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)電氣設(shè)備存在不同程度的問題，不利于配電系統(tǒng)供電質(zhì)量的提高；所謂異常狀態(tài)是指電氣設(shè)備缺陷發(fā)展到一定程度，對配電系統(tǒng)運(yùn)行產(chǎn)生了負(fù)面影響，電氣設(shè)備也出現(xiàn)了較為嚴(yán)重的損壞，但是可繼續(xù)運(yùn)行，這時需要注重設(shè)備性能觀測，并立即進(jìn)行維護(hù)檢修；故障狀態(tài)是指設(shè)備性能指標(biāo)不符合生產(chǎn)要求且設(shè)備不能投入生產(chǎn)。PLC遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)可以對配電保護(hù)系統(tǒng)的總受柜、1#變壓器配出柜及2#變壓器配出柜的三相電壓是否欠壓和三相電流是否過流等進(jìn)行監(jiān)測。當(dāng)高壓配電系統(tǒng)出現(xiàn)非正常運(yùn)行狀態(tài)，則立即發(fā)出報警信號或畫面，運(yùn)行人員在接收到報警信號后可迅速確定故障的發(fā)生位置，并派遣檢修人員趕赴現(xiàn)場進(jìn)行檢查和維修。PLC通過對高壓配電繼電保護(hù)系統(tǒng)設(shè)備的采樣，實(shí)現(xiàn)了運(yùn)行數(shù)據(jù)分析。

4.2.2 遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。如圖1，高壓配電繼電保護(hù)系統(tǒng)中設(shè)有遠(yuǎn)程監(jiān)控工作室，采用PLC控制系統(tǒng)對配電系統(tǒng)中各繼電保護(hù)設(shè)備的運(yùn)行進(jìn)行監(jiān)測，采集運(yùn)行參數(shù)，若監(jiān)測設(shè)備連續(xù)變化，只要輸入信號物理量，如電壓以及電流，便可通過2路的模擬量輸入通道的S7-200PLC模擬量輸入模塊，即可實(shí)現(xiàn)信息的采集、篩選以及轉(zhuǎn)換功能，最后得到量化后的信號，再通過電壓模擬量變成軟件進(jìn)行信號處理，編程軟件先輸入“AIWO”，電流模擬量輸入的編程元件為“AIW2”。當(dāng)斷路器為合閘狀態(tài)，則可以采用開關(guān)SA1、SA3以及SA5對總受柜、1#變壓器配出室和2#變壓器配出室的開進(jìn)行調(diào)控，該系統(tǒng)在采集到總受室、1#變壓器配出室和2#變壓器配出室的U、V、W三相電壓和電流信息后，若出現(xiàn)了欠壓或者是過流問題，則會立即發(fā)出警報信號，必要時也可手動控制。PLC系統(tǒng)的運(yùn)行實(shí)現(xiàn)了定向數(shù)據(jù)的采集，同時具備實(shí)時監(jiān)測以及遠(yuǎn)程遙控的功能，有利于高壓配電系統(tǒng)的穩(wěn)定，可依據(jù)實(shí)際運(yùn)行情況采取相應(yīng)的保護(hù)措施。

4.2.3 PLC的調(diào)試。依據(jù)PLC系統(tǒng)的控制要求，采用編程軟件即可進(jìn)行編程，得到圖2的梯形圖程序。為了對所編程序的運(yùn)行控制效果進(jìn)行檢測，需要進(jìn)行PLC調(diào)試。在正式調(diào)試之前，需要先進(jìn)行編譯，若編譯完全正確則將程序下載至PLC程序中再進(jìn)行調(diào)試，采用開關(guān)模擬對高壓配電繼電保護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控。上斷電控制是開關(guān)量，選用開關(guān)便可實(shí)現(xiàn)控制工作，過流、欠壓保護(hù)均通過自動檢測工作進(jìn)行數(shù)據(jù)采集分析進(jìn)行保護(hù)。

4.3 實(shí)例分析

以某高壓一次配電系統(tǒng)為例進(jìn)行分析，該配電系統(tǒng)中有8臺變壓器并行運(yùn)轉(zhuǎn)，其有2路柴油發(fā)電機(jī)進(jìn)線。在該系統(tǒng)中，PLC控制系統(tǒng)替代了傳統(tǒng)繼電器保護(hù)系統(tǒng)，使得配電柜之間的硬連線數(shù)量不斷減少，控制流程得到了簡化，控制效率有所提高。該系統(tǒng)通過進(jìn)線柜和聯(lián)絡(luò)柜斷路器之間的邏輯關(guān)系為主要參考依據(jù)對配電系統(tǒng)進(jìn)行控制，如圖2所示：

該系統(tǒng)中，PLC作為配電系統(tǒng)的控制中心，各型號模塊相互關(guān)聯(lián)，所有的模擬信號、保護(hù)和狀態(tài)信號等信息數(shù)據(jù)均傳輸至控制中心，PLC控制系統(tǒng)依據(jù)各模塊傳遞的信息采取相應(yīng)的處理措施。該系統(tǒng)選用西門子S7-400H容錯系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了機(jī)架、電源、CPU、通訊總線的冗余。該系統(tǒng)中包括了多個功能子模塊，保證了故障出現(xiàn)時能及時進(jìn)行應(yīng)急處理，可維護(hù)配電系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定。當(dāng)某個冗余節(jié)點(diǎn)發(fā)生了故障，可及時發(fā)出故障信號，必要時可進(jìn)行隔離處理，不會對其他節(jié)點(diǎn)的運(yùn)行造成影響，這就意味著不會出現(xiàn)斷電影響生活生產(chǎn)的問題。該控制系統(tǒng)實(shí)時檢測母線、電源、斷路器等信號，在系統(tǒng)運(yùn)行后臺會直接顯示監(jiān)測數(shù)據(jù)，若發(fā)生故障，也會顯示故障源處理告警。為此，PLC系統(tǒng)成為了配電系統(tǒng)和運(yùn)行管理人員聯(lián)系的媒介，可對發(fā)送的信號進(jìn)行有效識別，調(diào)控被控制對象的動作，保證系統(tǒng)運(yùn)行可靠。

5 結(jié)語

綜上所述，在高壓配電系統(tǒng)控制中，可以采用PLC進(jìn)行系統(tǒng)管理，依據(jù)設(shè)計(jì)的相關(guān)要求對控制器進(jìn)行合理設(shè)置，在保證施工人員素質(zhì)的前提下，從控制方案的整體以及子系統(tǒng)的運(yùn)行層面加強(qiáng)高壓配電系統(tǒng)的整體管控，保證電力系統(tǒng)的運(yùn)行質(zhì)量與穩(wěn)定。

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作者簡介：劉曄（1986-），男，江西瑞昌人，江西銅業(yè)股份有限公司永平銅礦電氣工程師，碩士，研究方向：電氣自動化。

（責(zé)任編輯：蔣建華）