【《供配电自动投切控制系统的设计案例》4000字】

供配电自动投切控制系统的设计案例目录TOC\o"1-3"\h\u30929供配电自动投切控制系统的设计案例 1157011.1自动投切控制系统研究现状 1206271.2供配电系统投切要求和控制方法 2233391.2.1投切要求分析 2313241.1.2控制方法分析 3317561.3自动投切控制系统的实现 3175681.1.1PLC控制系统的系统组成 4326811.1.2PLC控制器选型 4223201.1.3自动投切控制系统I/O分析 586801.1.4自动投切系统程序设计 5195281.4自动投切控制系统的运行状态 91.1自动投切控制系统研究现状近年来自动投切技术已得到了广泛的运用，在变电站中发挥了极为重要的作用，自动投切装置能够有效提高电源的稳定性。现阶段常见的投切控制系统中包括以PLC为基础的以及集成电路类型的系统。表3-1为目前比较主流的3种自动投切控制系统的整体对比表。表3-1自动投切控制系统比较Table3-1comparisonofautomaticswitchingcontrolsystem控制系统优点缺点集成电路型控制系统简化了整机电路的设计，通过内部的集成电路图和操作函数运算控制对应的继电器，达到实现自动投切的控制功能，性价比高，能耗较小。由继电器组成的配电接线系统复杂，控制点多，故障比较多，维护麻烦，修理成本增加。微机型综合保护控制系统控制方式多样化，逻辑针对性高，可以满足各种不同的控制需求，安全性可靠性高等优点。开发周期最长，一旦要有变化修改比较麻烦等缺点，容易为供配电系统造成单点或者间接的故障。基于PLC的自动投切控制系统PLC逻辑控制可靠度高，具有通讯功能，是一种模块化配置的操作方式,可以灵活地适应现场多种的控制需要，编程简单，可在现场修改程序。成本比较高综上三种自动投切控制系统比较分析，基于PLC的自动投切控制系统对于整个LHAASO自动供配电来说，无疑是一个性价比最合适的系统选择,可以有效地做到确保整个自动供配电系统的长期稳定地正常运行。1.2供配电系统投切要求和控制方法本文控制系统主要针对LHAASO供配电系统中的中压配电系统进行研究。根据供配电系统要求，共设置了2个配电室，分别为1#配电室和2#配电室，每个配电室都有10kv市政电源进线和柴油发电机组进线备用，其中1#配电室内设有两个中压站，中压站编号为中压1T和中压2T，两个站中间设有母联开关，互为备用。系统示意图如图3-1所示：图3-1系统示意图Figure3-1systemdiagram系统要求：两路10KV市政电源进线分别通过断路器QF1、QF2输入到配电系统中，1#配电室内的两个中压站设置母联断路器QF5；两路柴油发电机组进线分别通过断路器QF1、QF2输入到中压配电系统中，作为备用电源供电；两路母线分别以放射式电缆向各负载供电。1.2.1投切要求分析市政电源断路器、柴油发电机组断路器和母联断路器是否动作，主要取决于电源失效点、电压跳脱设定值，电源频率失效点的设定值，下列情形之一发生时，投切控制将不接受此电源：电源的任一相电压小于所设定的电源失效点；任一相电压高于电压跳脱设定值且超过3秒以上；电源频率低于频率失效点设定值；频率高于频率跳脱设定值且超过3秒以上；相序与设定的参考相序不相符。下列全部情形发生时，投切控制可再度接受此电源：每相电压大于所设定的电源接受点设定值；每相电压低于电压跳脱设定值且超过额定电压之2%；电源频率低于频率接受点设定值；频率低于频率跳脱设定值且超过额定频率之2%；相序与设定的参考相序相符合。1.1.2控制方法分析假如系统的电源由供配电系统提供，那么便可能会遇到大量不同类型的应急故障，从而导致断电，怎样才可以在这种情况下确保供电的连续性，属于本文所需处理的一个重要的问题。通过前文的分析可以发现，中压部分主要有4种故障，具体如下所述。两路市政电源供电，其中一路失电；两路市政电源都失电的情况；市政电源恢复供电时；柴油发电机运行时，柴油发电机发生故障；如果出现上述情况，单靠人工操作，无法满足连续性供电的要求，自动投切控制能在故障发生时，自行进行供电系统的调整，同时把故障信息反馈给运行人员。以1#配电室为例，相对于以上几种故障信息分析，可以得出不同故障类型下的控制方法。1.3自动投切控制系统的实现由于系统对工作人员并无过高的要求，且在实现控制逻辑方面有可能会存在着一定的问题，所以本研究选择的PLC芯片型号是S7-1500，基于该芯片开发出的系统能够有效提高供电系统的稳定性，使其可以连续可靠的运行。1.1.1PLC控制系统的系统组成总体来讲，投切系统的功能主要包括数据交换、远程监控、通信等，其构成部分共有8个，具体如下所述，对市政电源进行监控。可以对断路器以及电压的数据等进行采集，并控制断路器，在采集数据后可以传输给系统，由系统进行分析处理，从而确定是否需要关闭或是开启断路器。柴油发电机组的监控，其监控的内容主要是断路器的数据以及电压数据等，可以在将有关数据提供给系统后，由系统进行分析数据处理并反馈相应的指令，从而控制断路器的状态。母联监控，其可以针对母联电路器的数据进行采集，然后将数据传输给系统，由系统进行分析与处理，并反馈处理的结果。PT监控，可以针对电压以及电流数据进行采集，确定中压进线是否属于市政电源，通过控制系统进行分析与判断能够降低因为市政电源不稳定而引发的误操作问题。通讯模块。通讯模块能够和上位机间进行通讯，将采集到的数据提供给上位机，同时也可根据后者提供的指令执行有关操作。1.1.2PLC控制器选型现阶段西门子开发的PLC芯片已得到了广泛的应用，基于PLC的大小大致可将其分为三类，分别为大、中、小型，其中大型PLC中应用最为广泛的是S7-400，同时S7-1500的应用也相对较为广泛，中型PLC中应用最为广泛的是S7-300，同时S7-1200的应用也相对较为广泛，小型PLC中医应用最为广泛的是LOGO，除此之外，S7-200也相对较为常见。本研究选择的是S7-1500系列的PLC芯片，相对于其他类型可编程控制器S7-1500系列PLC适应工厂需求方面具有明显的优势。所选择PLC型号为6ES7511-1AK02-0AB0V2.5，该控制器主要有以下几点显著优势。1)S7-1500系列PLC自带专用LED显示屏，其可以显示故障的情况以及处理器的状态。S7-1500控制器安全性与稳定性较高，具有相对较为出色的联网能力，此外处理效率较高，可以为运维提供一定的便利，而且也能够有效降低成本。2)硬件方面相比较与S7-300/400系列PLC，S7-1500的PLC采用新型背板总线技术，使用高波特率和高传输协议信号处理速度更快。S7-1500的CPU集成了1-3个PROFINET接口，能够实现低成本快速组态现场级通信和公司网络通信。3)软件方面S7-1500的组态和编译效率较高，其可以为编程、上位机组态、硬件组态以及网络连接等提供极大的便利。1.1.3自动投切控制系统I/O分析通过对整体供配电系统的分析，自动投切PLC控制系统主要采集读取两路市电进线断路器、两路发电机进线断路器、母联断路器的状态读取、合闸分闸控制和电压互感器PT柜低压侧的两相电压量和单相电流量。以1#配电室为例统计I/O量，如表3-2所示。表3-2I/O量统计Table3-2I/Ostatistics1#配电室QF1、QF2QF3、QF4、QF5AI(进线有无电压)4AI(断路器有无电压)2DI进线柜无压11DI保护动作互锁PLC11DI断路器合闸11DI断路器工作位置11DO合闸11DO分闸11按照表格计算可得，1#配电室I/O量为：AI：6*2=13；DI：2*4+3*4=20；DO：2*2+3*2=10；由此可以得出1#配电室PLC控制系统的输入输出量为43。1.1.4自动投切系统程序设计对于不同的故障，系统会采用不同的处理方式，在满足判断要求的情况下，PLC会对相应的FC功能块进行调用，从而高效准确稳定的进行投切，在完成投切后PLC程序会继续循环运行，PLC的逻辑图如图3-2所示：图3-2程序逻辑图Figure3-2programlogicdiagram如图3-3所示，为自动投切控制系统PLC编程项目树，其中OB1是主程序块。OB1主程序模块在启动后，循环执行。可以在OB1中调用其它功能块。图3-3程序结构图Figure3-3programstructurediagram各功能FC块实现功能如表3-3所示：表3-3FC功能模块介绍功能符号名应对情况FC1FIRST_LOSE1T市政电源失电FC2SECOND_LOSE2T市政电源失电FC3FIRST_SECOND_LOSE1T、2T市政电源都失电FC4G1_LOSE1#柴发进线失电FC5G2_LOSE2#柴发进线失电FC6FIRST_RECOVER1T市政电源恢复FC7SECOND_RECOVER2T市政电源恢复FC8FIRST_SECOND_RECOVER1T、2T市政电源恢复1）功能FC1(FIRST_LOSE)，中压1T进线市政电源失电判据确认后，经定时器T60延时T11，断开QF1断路器。确认断开后，经定时器T61延时T12，合上断路器QF5，由变压器2T为中压1T供电，其设计流程图如图3-4所示。功能FC2（SECOND_LOSE）与FC1(FIRST_LOSE)功能相似。图3-4控制方法流程图Figure3-4flowchartofcontrolmethod功能FC3(FIRST_SECOND_LOSE)，两路进线市政电源失电判据确认后，经定时器T65延时T13，断开断路器QF1、QF2。确认断开后，发送柴油发电机启动信号，柴油发电机组G1、G3进入热备用状态，经定时器T66延时T14，合上断路器QF3、QF4，由柴油发电机组G1、G2为中压1T、2T供电，其设计流程图如图3-5所示。图3-5控制方法流程图Figure3-5flowchartofcontrolmethod功能FC4（G1_LOSE）和功能FC5（G2_LOSE）与FC1程序结构相似。功能FC6(FIRST_RECOVER)，中压1T进线市政电源失电后恢复供电的情况下，经定时器T70延时T15，断开断路器QF5，确认断开后。经定时器T71延时T16将中压1T进线断路器QF1合闸。其设计流程图如图3-6所示。功能FC7(SECOND_RECOVER)与功能FC6(FIRST_RECOVER)相似。图3-6控制方法流程图Figure3-6flowchartofcontrolmethod4）功能FC8(FIRST_SECOND_RECOVER)，两路市政电源失电后恢复两路市电的情况，市政电源恢复判据确认后，经定时器T75延时T17，断开断路器QF3、QF4。经定时器T76延时T18，断开后合闸QF1、QF2，保证两路市电分别给其母线供电。其设计流程图如图3-7所示。图3-7控制方法流程图Figure3-7flowchartofcontrolmethod市政电源失电后，在柴油发电机组运行情况下，若出现柴油发电机组运行故障，需断开断路器QF3或者QF4，同时发出柴油发电机组报警信息，以便运维人员及时处理，避免出现事故。1.4自动投切控制系统的运行状态本文以上述自动投切控制系统系统为研究对象，其中一路为10KV的市政电源，一路为主功率为1000KW的意大利PRAMAC奔马的柴油发电机组，以及一组最大充放电功率为10kW的蓄电池储能单元。在2021年1月25日下午3点稻城县供电公司下达的“森林草原防灭火”情况下，其LHAASO供电系统的运行状态见图3-8。市政电源单元的运行模态柴油发电机组单元的运行模态一级负荷探测器的运行模态图3-8自动投切控制系