27一种基于PLC的交流所用电系统

全国火电大机组 300MW 级 竞赛第 36 届年会论文集电气专业 135 一种基于 PLC 的交流所用电系统 须 林 吴钟瑾 无锡供电设计研究院 江苏 无锡 214001 摘要 交流所用电系统是变电所重要的组成部分 交流所用电系统供电可靠性将直接影响到变电所设备的正常运行 本文从硬件和软件等方面介绍了一种新型的基于 PLC 的交流所用电系统 关键词 交流所用电 PLC 交流所用电系统为变电所内的电气设备提供交流工作电源 交流所用电系统供电可靠性将直接 影响到整个变电所内的通风 照明 动力 直流系统 断路器的储能以及其他使用交流电源的电气 设备运行的可靠性 双电源交流所用电系统的两个电源一般取自变电所内不同母线下的所用变压器或外接备用电源 通过一个电源失电后自动切换到另一个电源的方式来保证供电的可靠性 目前运行的交流所用电系统大多具有以下特点 1 控制系统运行方式的执行元件采用接触器 2 采用继电器或接触器实现工作电源失电后自动切换的逻辑功能 这种交流所用电系统功能比较 简单 而且常常会由于接触器或继电器失灵而导致自动切换拒动 甚至发生两个电源并列 乃至影 响高压系统的运行安全 变电所综合自动化系统的普及对交流所用电系统的安全可靠性提出了更高的要求 同时要求交 流所用电系统具有四遥功能 为了解决交流所用电系统的可靠性以及满足无人值守综合自动化的要求 一种新型的交流所用 电系统 WJSD 型交流所用电系统 基于 PLC 的交流所用电系统出现了 并在多个变电所内 投入运行 取得了较好的效果 国际电工协会 IEC 颁布的 PLC 标准对可编程控制器 Programmable Logic Controller PLC 的定义为 PLC 是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置 它采用 可以编制程序的存储器 用来在其内部存储执行逻辑运算 顺序运算 计时 计数和算术运算等操 作指令 并能通过数字式或模拟式的输入和输出 控制各种类型的机械或生产过程 PLC 及其有关 的外围设备都能按着易于与工业控制系统形成一个整体 易于扩展其功能的原则而设计 1 PLC 由于它具有继电器逻辑控制回路与通用计算机所不具备的可靠性 灵活性 易操作性等特 点 被公认为工业自动化三大支柱 PLC 机器人 CAD DAM 之一 具有优良的性能价格比 在工业自动化系统中得到广泛的应用 WJSD 型交流所用电系统利用可编程控制器 PLC 的逻辑功能控制双电源转换开关 ATS 实现交 流所用电电源的自动切换 利用可编程控制器 PLC 和数字式多功能表计的通信功能接入变电所综 合自动化系统 实现四遥功能 对于不同的 400V 母线接线方式 WJSD 型交流所用电系统有不同的型号 WJSD 1 型为 400V 全国火电大机组 300MW 级 竞赛第 36 届年会论文集电气专业 136 单母线不分段的接线方式 WJSD 2 型为 400V 单母线分段的接线方式 本文仅对 WJSD 1 型作一 介绍 1 WJSD 1 型交流所用电系统的主要硬件结构 1 1 进线电源熔断器 WJSD 1 型交流所用电系统在电源侧安装了法国 SOCOMEC 的组合熔断器开关 作为交流所用 电系统内部故障的保护 而且可以带负荷插拔更换熔断器 可靠地保证了工作人员在带电更换熔丝 时的安全 1 2 操作电源切换单元 操作电源切换单元提供 PLC 和转换开关 ATS 的工作电源 只要一路电源正常即可输出 PLC 和 ATS 的工作电源 1 3 电压监测单元 电压监测单元为所用电电源切换的起动元件 监视所用电电源电压和母线电压 当电压出现过 电压 欠电压 失压和缺相时 起动可编程控制器 PLC 的逻辑程序 1 4 转换开关 ATS 作为 WJSD 型交流所用电系统的执行单元 转换开关 ATS 可以实现两路低压电路带负荷切换 结构紧凑 具有 0 I II 三个稳定位置 电动遥控操作与手动操作切换 位置辅助接点输出 由于转换开关 ATS 自身具有的机械结构特性保证了开关在 I II 0 三个位置相互联锁的可靠 性 从根本上排除了两个所用电源可能发生并列的现象 这就是 WJSD 型交流所用电系统优点之一 1 5 可编程控制器 PLC 在 WJSD 型交流所用电系统中使用了 SIEMENS 的 S7 200 系列中的 CPU224 CPU224 内置的 存储器 计数器 定时器 运算电路可以实现交流所用电系统的逻辑功能 CPU224 的通信功能实 现了与变电所综合自动化系统及中文显示器 TD200 的数据交换 1 6 交流参数显示采样单元 使用 SOCOMEC 的 DIRIS 型数字式多功能表当地显示 WJSD 型交流所用电系统的电压 电流 频率 功率等电气参数并通过通信口上传给变电所综合自动化系统 1 7 运行状态当地显示单元 SIEMENS 的 TD200 能实现汉字显示运行方式 就地控制系统的运行方式 投切时间的设定 具有良好的人机对话界面 下拉显示条可当地显示系统运行方式 报警信息 投切延时时间等信息 当进行操作时 可根据操作命令或修改投切时间命令输入具体指令 在 TD200 的显示器上显 示操作命令 经确认后执行 实现当地切换系统的运行方式和投切时间的修改 1 8 出线 可根据设计要求提供多路出线 且出线开关采用了 SIEMENS 带报警接点的空气开关 当出线 开关跳闸时发出报警信号 图一为 WJSD 1 型交流所用电系统的主要硬件结构 全国火电大机组 300MW 级 竞赛第 36 届年会论文集电气专业 137 图 1 WJSD 1 型交流所用电系统硬件结构图 2 WJSD 1 交流所用电系统的软件结构 S7 200 型 CPU 的程序是基于 STEP 7 Micro WIN32 应用软件编程平台上的 SIMATIC 指令序列 Micro WIN32 提供了梯型图 LAD 功能块图 FBD 和语句表 STL 等多种编程模式 极大方便了 应用开发人员的使用 WJSD 1 型交流所用电系统的软件件结构见图二 图 2 WJSD 1 型交流所用电系统的软件结构 全国火电大机组 300MW 级 竞赛第 36 届年会论文集电气专业 138 3 WJSD 交流所用电系统的切换逻辑 通过 WJSD 型交流所用电系统的硬件系统和软件系统有效的结合 可以实现以下运行方式 3 1 自动切换 1 电源方式 以 1 电源为主供电源 2 电源为备供 正常运行方式为 1 电源供电 转换开关处于 I 位置 当 1 电源失电时 经延时投切时间自动投切至 2 电源 转换开关由 I 位置经 0 位置到 II 位置 系 统进入 2 电源供电方式 当 1 电源恢复时 经延时返回时间返回至 1 电源供电 转换开关由 II 位 置经 0 位置到 I 位置 一般情况下 延时时间值要考虑躲过系统线路重合闸和桥 分段自投的时间 WJSD 型系统中时 间整定值可以为 10ms 327 67s 3 2 自动切换 2 电源方式 是与自动切换 1 电源方式相对应的运行方式 3 3 固定 1 电源方式 2 电源检修或异常时可采用固定 1 电源的方式 正常运行方式为 1 电源供电 当 1 电源失电 时 不进行电源的投切 3 4 固定 2 电源方式 是与固定 2 电源方式相对应的运行方式 3 5 停用方式 转换开关处于 0 位置 系统不供电 WJSD 型交流所用电系统的五种运行方式满足了变电所的运行要求 4 WJSD 型交流所用电系统的通信结构 WJSD 型交流所用电系统通过双绞线接入变电所综合自动化系统 需要变电所综合自动化系统 提供标准的 RS485 接口与 PLC 和 DIRIS 表进行数据交换 PLC 与变电所综合自动化系统通信时采用自由口规约 可根据具体实际情况设定通信协议 通 常设置为 9600 n 8 1 DIRIS 表采用 Modbus 通信模式中的主 从分层对话方式 可响应变电所 综合自动化系统要求编制信息帧包含的数据量 WJSD 型交流所用电系统具有可靠的机械联锁结构 灵活多样的运行方式与强大的通信附加功 能 而且对于电源自动切换的操作命令可在变