低壓母聯(lián)備自投系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

楊邵玲 王海波

（沈陽通運(yùn)電力設(shè)備工程有限公司，遼寧 沈陽110000）

隨著中國高速鐵路的迅猛發(fā)展，對其地面低壓變電所的可靠性和穩(wěn)定性及安全性有著更高的要求，在傳統(tǒng)的以往的運(yùn)行低壓變電所中，母聯(lián)備自投系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方式通常采用繼電器控制，為了提高備自投系統(tǒng)可靠安全自動化的投切，因此選用可編程控制器(PLC)控制地面低壓變電所的備自投投切。

1 母聯(lián)備自投的應(yīng)用

在中國高鐵低壓變電所運(yùn)行中，備用電源的啟動需要母聯(lián)備自投系統(tǒng)自動的切入。母聯(lián)備自投系統(tǒng)是中國高鐵低壓變電所電力系統(tǒng)中為了提升整體供電可靠性而設(shè)計(jì)的自動投切裝置。當(dāng)兩路主供電源中的一路因出現(xiàn)問題或者故障或其他不知的原因不能及時供電時，母聯(lián)備自投系統(tǒng)將可以立即將主供電源切斷，并將備用電源投入工作，隨著高速鐵路低壓變電所的電網(wǎng)規(guī)模不斷增大，為了保證供電可靠性，母聯(lián)備自投裝置在高速鐵路低壓變電所中廣泛應(yīng)用。

2 母聯(lián)備自投系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

母聯(lián)備自投系統(tǒng)是一種集多功能為一體的穩(wěn)定運(yùn)行的投切裝置，它是為了鐵路兩進(jìn)線一母聯(lián)的框架斷路器連鎖控制設(shè)計(jì)的。母聯(lián)備自投系統(tǒng)由兩臺進(jìn)線框架斷路器、一臺母聯(lián)框架斷路器、一臺可編程控制器、中間繼電器等附件組成。由可編程控制器對三臺斷路器進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)自動投切的作用。

3 母聯(lián)備自投系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 電氣回路設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)的母聯(lián)備自投投入系統(tǒng)是由各類繼電器、接觸器、開關(guān)以及輔助觸點(diǎn)組成，接線過程比較復(fù)雜麻煩，觸點(diǎn)也容易損壞，在后期的維修中改接麻煩，整體的靈活性較差。隨著高速鐵路的建設(shè)改造，電力系統(tǒng)的建設(shè)規(guī)模也逐漸增大，結(jié)構(gòu)也越來越復(fù)雜，性能要求也越來越高，母聯(lián)備自投系統(tǒng)的連鎖關(guān)系也越來越深奧。

本設(shè)計(jì)采用PLC、數(shù)字模塊、通訊RS485、中間繼電器、指示燈、按鈕等電氣自動控制設(shè)備，電氣原理圖詳見圖1。電氣系統(tǒng)的輸入信號有一段進(jìn)線側(cè)帶電、一段進(jìn)線斷路器故障、一段進(jìn)線側(cè)控制回路故障、一段進(jìn)線斷路器分合狀態(tài)、聯(lián)絡(luò)開關(guān)故障、聯(lián)絡(luò)柜控制回路故障、聯(lián)絡(luò)斷路器分合狀態(tài)、二段進(jìn)線側(cè)帶電、二段進(jìn)線斷路器故障、二段進(jìn)線側(cè)控制回路故障、二段進(jìn)線斷路器分合狀態(tài)、PLC 自投自復(fù)、PLC 自投不自復(fù)、RTU 硬接PLC運(yùn)行/停止，輸出信號分別為一段進(jìn)線合閘、一段進(jìn)線分閘、聯(lián)絡(luò)開關(guān)合閘、聯(lián)絡(luò)開關(guān)分閘、二段母線進(jìn)線合閘、二段母線進(jìn)線分閘、三級負(fù)荷切除、PLC 程序運(yùn)行/停止、PLC 自投自復(fù)/自投不自復(fù)反饋，詳見PLC 的I/O 地址分配表1。

圖1

表1 PLC 的I/O 地址分配

3.2 控制回路設(shè)計(jì)

母聯(lián)備自投系統(tǒng)采用PLC 實(shí)現(xiàn)兩進(jìn)線一母聯(lián)的連鎖，當(dāng)框架斷路器QF1，框架斷路器QF2，框架斷路器QF3 中任意的兩個框架斷路器合上，另一個框架斷路器由合閘狀態(tài)變?yōu)榉珠l狀態(tài)（合閘的同時就會分閘）。

PLC 輸出備自投條件具備信號：當(dāng)框架斷路器QF1,框架斷路器QF2 合閘且框架斷路器QF1，框架斷路器QF2 進(jìn)線部分帶電，框架斷路器QF3 分閘時PLC 輸出備自投條件具備信號，以上二項(xiàng)PLC 在任何時間只要條件具備就有相應(yīng)輸出（PLC 上電就執(zhí)行以上程序）

3.3 母聯(lián)備自投功能的實(shí)現(xiàn)

3.3.1 PLC 母聯(lián)備自投系統(tǒng)程序的正常運(yùn)行需要母聯(lián)備自投具備自投條件的信號和RTU 送來的PLC 備自投程序投入信號以及備自投方式的選擇信號，三者缺一不可（備自投方式選擇信號通過聯(lián)絡(luò)柜轉(zhuǎn)換斷路器實(shí)現(xiàn)，母聯(lián)備自投系統(tǒng)的投切方式分為自投自復(fù)和自投不自復(fù)兩種形式），詳見圖1。

3.3.2 自投自復(fù)情況：當(dāng)框架斷路器QF2 進(jìn)線端沒電時框架斷路器QF2 失壓分閘（由失壓線圈實(shí)現(xiàn)），框架斷路器QF3 需要延時投入延，當(dāng)框架斷路器QF2 進(jìn)線側(cè)恢復(fù)時框架斷路器QF3 分開并且需要延時投入框架斷路器QF2。當(dāng)框架斷路器QF1 進(jìn)線端沒電時框架斷路器QF2 失壓分閘（由失壓線圈實(shí)現(xiàn)），延時投入框架斷路器QF3，當(dāng)框架斷路器QF1 進(jìn)線端恢復(fù)時框架斷路器QF3 分閘延時投入框架斷路器QF1。

3.3.3 自投不自復(fù)情況：當(dāng)框架斷路器QF2 進(jìn)線端沒電時框架斷路器QF2 失壓分閘（由失壓線圈實(shí)現(xiàn)），延時投入框架斷路器QF3，當(dāng)框架斷路器QF2 進(jìn)線側(cè)恢復(fù)正常狀態(tài)時不進(jìn)行系統(tǒng)切換。當(dāng)框架斷路器QF1 進(jìn)線端沒電時框架斷路器QF1 失壓分閘（由失壓線圈實(shí)現(xiàn)），延時投入框架斷路器QF3，當(dāng)框架斷路器QF1 進(jìn)線端恢復(fù)時不進(jìn)行切換。PLC 的工作狀態(tài)信號及備自投投切方式的信號會再次傳給RTU。

3.4 母聯(lián)備自投PLC 使用規(guī)程

3.4.1 當(dāng)1#，2# 變壓器送電之前先用相應(yīng)的RTU 撤出PLC。1#、2#變壓器處于正常運(yùn)行，可以正常供電，與此同時，兩天進(jìn)線柜都可以合閘。聯(lián)絡(luò)柜在工作位置，這時用相應(yīng)的RTU投入PLC，通過聯(lián)絡(luò)柜的轉(zhuǎn)換開關(guān)選擇備自投方式（左：自投不自復(fù)，中：停止，右：自投自復(fù)）。 在滿足以上要求時可以隨意切換備自投方式。

3.4.2 當(dāng)1#、2#變壓器中有一個失電時，此時會執(zhí)行相應(yīng)選擇的備自投方式。當(dāng)執(zhí)行完備自投時會有一臺進(jìn)線斷路器和聯(lián)絡(luò)框架斷路器都屬于合閘狀態(tài)，另一臺進(jìn)線框架斷路器屬于上口沒電并且分閘狀態(tài)。此時不允許通過轉(zhuǎn)換開關(guān)改變備自投方式。如果中途誤操作改變了備自投方式，PLC 將不會執(zhí)行備自投。需通過RTU 撤出在投入PLC。并且通過人為恢復(fù)正常供電狀態(tài)。

3.4.3 無論任何時候想要手動操作開關(guān)分合時都需先用相應(yīng)的RTU 撤出PLC。在正常供電情況下在通過RTU 投入PLC 實(shí)現(xiàn)備自投功能。（正常供電狀態(tài)為：兩臺變壓器同時供電，兩臺進(jìn)線斷路器一起合閘，母聯(lián)斷路器處于分閘的狀態(tài)，且在工作位置上。）

結(jié)束語

本文介紹了母聯(lián)備自投系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和投切功能，通過一體化的設(shè)計(jì),利用軟件編程取替硬件接線，不僅可以實(shí)現(xiàn)低壓變電所穩(wěn)定安全運(yùn)行，并且可以實(shí)現(xiàn)母聯(lián)備自投系統(tǒng)無人工直接操作、自動化的投切。整個母聯(lián)備自投系統(tǒng)投切穩(wěn)定，控制精度高，結(jié)構(gòu)簡易，便于操作，具備高速鐵路不同的低壓變電所使用。