基于PLC的海上石油平臺(tái)備用電源自動(dòng)切換裝置

中海石油（中國(guó)）有限公司上海分公司 王 晶

長(zhǎng)江大學(xué)電子信息學(xué)院 劉昊東

本文介紹了用PLC實(shí)現(xiàn)備用電源自動(dòng)投切，提高了海上石油平臺(tái)的供電可靠性。

海上石油平臺(tái)遠(yuǎn)離陸地，其供電一般是在主平臺(tái)上安裝燃?xì)廨啺l(fā)電機(jī)組，再用35KV線路通過海底電纜送到各個(gè)小的鉆井平臺(tái)，通常采用環(huán)網(wǎng)供電，開環(huán)運(yùn)行，再加入備用電源切換裝置，確保其供電的可靠性，傳統(tǒng)的手動(dòng)備用電源切換裝置耗時(shí)長(zhǎng)可靠性不高，為了提高海上石油平臺(tái)電源的穩(wěn)定性，本文提出一種基于可編程控制器（PLC）的備用電源自動(dòng)切換裝置。

1 備用電源自動(dòng)投入裝置

備用電源自動(dòng)投入裝置如圖1所示。電源1和電源2均來自不同的35KV電源經(jīng)變壓器T1和T2降壓為6.3KV（或10.5KV），電源1和電源2互為備用，其中的符號(hào)說明如下：QF1-5為斷路器，TA1，TA2，TA3，為電流互感器，其輸出分別接電流繼電器，用于監(jiān)測(cè)母線電流，TV1，TV2，TV3，TV4為電壓互感器，用于監(jiān)測(cè)母線電壓，其輸出接電壓繼電器，其工作原理如下：正常運(yùn)行時(shí)，變壓器T1和T2分別給I段和II母線供電，QF1-4合閘，QF5斷開，任一段母線因故障停電時(shí)，則斷開停電側(cè)變壓器低壓側(cè)斷路器，然后合上QF5，由另一側(cè)無故障電源向兩段母線供電。

2 備自投裝置的控制原理圖

備用電源自動(dòng)投入裝置二次回路控制原理如圖2所示。

符號(hào)說明：HJ代表斷路器合閘繼電器線圈，TJ代表斷路器跳閘繼電器線圈，KT代表時(shí)間繼電器，前面的數(shù)字表示相應(yīng)的斷路器標(biāo)號(hào)。（注：PLC邏輯控制與此略有不同）。

圖1 備用電源自動(dòng)投入裝置接線

圖2 二次回路控制原理

為保證供電的安全性，各斷路器之間設(shè)有電氣互鎖裝置，保證QF2，QF4，QF5只能有兩只斷路器處于合閘狀態(tài)，而且當(dāng)TV1或TV2恢復(fù)供電時(shí)，必須先斷開QF5再恢復(fù)正常運(yùn)行。海上鉆井平臺(tái)電源全部采用電纜連接，一般不考慮瞬時(shí)性故障的影響，所有繼電保護(hù)按常規(guī)配置。設(shè)置TA1和TA2的目的是為了防止TV3或TV4斷線造成裝置誤判工作母線失電從而誤合QF5，理論上只需一相電流即可。

圖3 PLC I/O點(diǎn)分配圖

圖4 電源1失電和來電時(shí)PLC控制梯形圖

3 對(duì)PLC裝置的基本技術(shù)要求

（1）當(dāng)正常電源出現(xiàn)故障或電壓很低時(shí)，PLC裝置應(yīng)首先將該電路斷開，切除電源，然后備用電源才允許投入。

（2）當(dāng)常用電源因負(fù)荷側(cè)因永久性故障被繼電保護(hù)切除或在備用電源無電時(shí)，PLC裝置都不應(yīng)動(dòng)作。

（3）PLC裝置的延時(shí)時(shí)限應(yīng)大于外部故障切除的最長(zhǎng)時(shí)限。

（4）在常用電源進(jìn)行正常停電維修時(shí)，PLC裝置不準(zhǔn)動(dòng)作，應(yīng)禁止備用電源投入。

4 PLC系統(tǒng)配置及程序設(shè)計(jì)

因西門子公司PLC在我國(guó)應(yīng)用廣泛，高校主要講授西門子系列的PLC，故本文采用S7-200smart，CPUSR30系列PLC對(duì)該備自投裝置進(jìn)行控制，其輸入輸出觸點(diǎn)足以勝任控制所需的接點(diǎn)數(shù)量，其RS485接口，可以方便地與計(jì)算機(jī)連接實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控，適應(yīng)配電自動(dòng)化的需要，并提供多種功能，操作簡(jiǎn)單，編程、控制靈活方便。雙電源互為備用的備自投控制電路的PLC的I/0點(diǎn)分配如圖3所示。PLC備自投控制程序?yàn)閳D4所示，圖中只畫了電源1失電和復(fù)電的控制梯形圖，電源2類似。

結(jié)束語：采用PLC的海上石油平臺(tái)備用電源自動(dòng)裝置與傳統(tǒng)裝置相比具有接線簡(jiǎn)單、工作可靠性高、方便維護(hù)等特點(diǎn)，本設(shè)計(jì)不設(shè)手動(dòng)裝置是因?yàn)殡S著配電自動(dòng)化的普及以及PLC的強(qiáng)大的通訊能力，完全可以將PLC與計(jì)算機(jī)連起來采用遠(yuǎn)方遙控的方式實(shí)現(xiàn)，限于篇幅就不再贅述了。