低壓配電系統的PLC改造

林炳魁，翁錦華

?

低壓配電系統的PLC改造

林炳魁1，翁錦華2

（1．漳州職業技術學院 機械系，福建 漳州 363000；2. 漳州第一技工學校，福建 漳州 363000）

通過對低壓配電系統兩路電源自投裝置的分析，針對該裝置存在接線多而復雜、體積大、功耗大、故障率高、壽命短、可靠性和維護性差等缺陷。采用三菱FX1N-24MR型PLC對該裝置進行改造設計，使系統的自動化水平、生產效率等大為提高，取得良好的的技術、經濟效益。

自投裝置；PLC；改造設計

1 背景分析

隨著社會的發展與進步，提高人們生活質量、發展國民經濟的需要對不間斷供電的要求日益迫切，這就使得現代電力系統的供電壓力不斷增加。許多工礦企業、生活小區和重要的用電系統停電均會造成重大事故或經濟損失。針對這些情況，在條件許可的情況下，低壓配電系統常采用兩路電源自投裝置來進行供電，如一路失電，另一路可自動投入，迅速恢復供電，提高了供電質量和可靠性。但目前兩路低壓電源互為備用供電一般是采用開關、接觸器、斷路器、繼電器等組合控制方式實現，存在接線復雜、可靠性差、維護維修不方便等缺點，這些缺點給低壓配電系統的穩定、安全運行等方面帶來不利。由于PLC在性能上優于開關、接觸器、斷路器、繼電器等組合控制系統，特別是具有可靠性高，設計施工周期短，調試修改方便，而且體積小、功耗低、使用維護方便等優點，因此從成本和可靠性上考慮，用PLC控制系統取代傳統開關、接觸器、斷路器、繼電器等組合控制方式無疑是一個明智的選擇，有較強的應用和推廣意義。

2 低壓配電系統改造原因分析

2.1 系統概述

在低壓配電系統中，為了提高供電可靠性和連續性，常采用備用電源自動投入裝置（APD），當工作電源無論什么原因失去時，APD便啟動，將備用電源自動投入，迅速恢復供電。其中，分段斷路器自動投入裝置是常見的基本方式之一，正常運行時一臺變壓器帶一段母線上的負荷，分段斷路器3QF是斷開的。當任一段母線因電源的斷路器進線或變壓器故障，而使其電壓消失（或降低）時，APD動作，將故障電源的斷路器1QF (或2QF)斷開，然后合上3QF恢復供電[3]。其中，3QF具備自投不自復和自投自復及手動等功能，如圖1所示。

圖1 分段短路器APD

2.2 兩路低壓電源互為備用的APD展開圖

如下圖2所示，本電路采用電磁式操作的DW10型低壓斷路器。圖中FU1和FU2后面的二次回路，分別是低壓斷路器QF1 和QF2的合閘回路，該回路設置了控制兩路斷路器互換的組合開關SA1和SA2。FU2和FU4后面的二次回路，分別是QF1和QF2的跳閘回路。FU5和FU6后面的二次回路，分別是是QF1和QF2的失壓和跳、合閘指示回路。該電路所示的兩路低壓電源互為備用的APD展開圖兩邊是完全對稱的，如果要WL1電源供電，WL2電源作為備用。當WL1線路因故障突然斷電，則相應設備動作，接通QF2的合閘回路，使QF2合閘，投入備用電源WL2[4]。如果WL2作為工作電源供電，WL1作為備用電源，則工作過程與上述情況完全相同。

圖2 兩路低壓電源互為備用的APD展開圖

QK1--QK4----低壓低開關 SB1，SB2----跳閘按鈕 YR1，YR2----跳閘線跳 QF1，QF2----低壓斷路器FU1--FU6----低壓低斷器SA1，SA2----手控開關 KT1，KT2----時間繼電器KO1，KO2----合閘接觸器YO1，YO2----紅紅 KM1，KM2----失壓保護中間繼電器RD1，RD2----紅紅GN1，GN1----綠紅

2.3 系統運行中出現的問題

由以上原理接線展開圖可看出，低壓配電系統APD裝置大都由低壓斷路器（自動開關）、繼電器、接觸器、按鈕等設備構成。而裝置中的這些設備控制方式采用硬接線邏輯控制，利用相應的機械觸點的串聯或并聯，及延時繼電器的滯后動作等到組合成控制邏輯，其接線多而復雜、體積大、功耗大、故障率高，一旦系統構成后，想再改變或增加功能都很困難。另外由于設備觸點數目有限，又會產生機械磨損和電弧燒傷，每只僅有4～8對觸點，因此靈活性和擴展性很差。而且繼電器、接觸器等組合控制邏輯控制速度慢，觸點易抖動，利用時間繼電器進行時間控制。一般來說，時間繼電器存在定時精確度不高、定時范圍窄，且易受到環境濕度和溫度變化的影響，時間調整困難等問題。從成本和可靠性考慮，可用PLC技術來進行改造，PLC控制系統由于運行可靠性高，使用維修方便，抗干擾性強，設計和調試周期較短，PLC就像一個中央處理器，只要設計好程序，它就會自動運行起來，而且程序修改容易，并能對各個方面進行監控，出現警報或異常的時候，就會顯示出故障區，方便現場調試與維護，自動化程度高，易學易用，深受工程技術人員的歡迎。

3 系統改造方案的分析與設計

3.1 改造方案分析

針對上圖的系統分析情況可知，為了保證供電質量和可靠性，提高經濟技術效果，PLC改造設計方案應滿足以下要求：①必須保證聯絡開關3QF和電源進線開關1QF、2QF只能同時合閘2臺，即“3合2”臺；②確保分、合閘順序：即1QF或2QF失電分閘后，3QF才能合閘；③手動狀態分閘1QF或2QF時，3QF不應該自動合閘；④如果1QF或2QF中有一個是由于線路故障等因素導致跳閘，3QF不應合閘；⑤1QF 、2QF、3QF自動分、合閘時間要合理可調；⑥轉換開關SA只置于自投不自復或自投自復的其中一個位置上，手動狀態下PLC不起作用。同時，整個控制系統具有欠壓、過壓、短路、過載等保護措施，保證整個系統安全可靠運行。

3.2 改造方案設計

采用三菱FX1N-24MR型PLC，工作電源為AC 220V，輸入點數14，輸出點數10，PLC的 I/O地址分配表（表1）、I/O分配圖（圖3）、PLC梯形圖（圖4）如下所示[2]。

表1 PLC的I/O地址分配表

圖3 I/O分配圖

圖4 PLC梯形圖

由以上程序可知：①轉換開關SA實現自投不自復（X010）或自投自復（X011）的功能選擇輸入接口，實現信號輸入，手動狀態下PLC不起作用。②正常工作狀態下，PLC在自投不自復或自投自復狀態時，即1QF和2QF合閘，3QF分閘，電路正常運行。③變壓器故障情況：當變壓器T1（或變壓器T2）失電，導致相應的觸點動作，同時啟動并接通時間繼電器T1（或T3），經整定延時2S后啟動接通線圈Y001（或Y003），從而使斷路器1QF(或2QF)跳閘，然后1QF(或2QF)相關觸點閉合使時間繼電器T4線圈得電，整定計時2S后啟動并接通Y004，使聯絡開關3QF合閘。當電源恢復后，若PLC在自投自復狀態時，M1使得T5接通，3QF自動跳閘，1QF（或2QF）自動合閘，恢復正常供電狀態；若PLC在自投不自復狀態時，則即使電源恢復，3QF也保持合閘，除非轉換開關SA為就地手動或自投自復狀態才能使供電狀態改變。④線路故障故障情況：若1QF(或2QF)是在線路故障時跳閘的，X002(或X005)起閉鎖作用，使1QF(或2QF)不會自動重合閘。此時，X001(X004)斷開使T4不接通，故3QF不會由于1QF(或2QF)線路故障跳閘而自動合閘，避免備用電源投入到故障線路上造成事故擴大，造成更大的損失[1]。

4 應用效果

PLC控制系統比較繼電器-接觸器組合控制系統有體積小、功耗小、可靠性高和可擴展性強、抗干擾能力強，編程簡單易懂、控制靈活、維護方便、經濟實用等優點。通過用PLC來改造低壓配電系統控制線路，實踐證明其性能安全、技術可靠，可為系統穩定、安全運行提供良好的技術保障，在大、中型及較復雜的控制系統中，繼電器-接觸器組合控制系統將會被PLC控制系統所取代，PLC技術改造后取得明顯的技術經濟效益，基本能滿足用戶需求，可以推廣使用。

[1] 盧文鵬,吳佩雄.發電廠變電所電氣設備[M].北京:中國電力出版社,2009.

[2] 勞動和社會保障部教材辦公室組織編寫.工廠變配電技術[M].2005.

[3] 廖常初.PLC基礎及應用[M].北京:機械工業出版社,2010.

[4] 肖峰,賀哲榮.PLC編程100例[M].北京:中國電力出版社,2009.

Transform for Low voltage power distribution system by PLC

LIN Bing-Kui1, WENG Jing-Hua2

(1. Zhangzhou Institute of technology, Zhangzhou,Fujian,363000,China)(2. Zhangzhou first Industrial technology schools,Zhangzhou,Fujian,363000,China)

Through analyses, the Low voltage power distribution system automaticswitchingdevice has many defects, Such as: Large volume、Large Power consumption、The high failure rate、lower lifetime、poor reliability、poor maintainability and so on. In order to improve the Automation level and The production efficiency, achieve the favorable Economic benefits, there the Transform for Low voltage power distribution system by FX1N-24MR PLC IS necessary

automaticswitchingdevice; PLC; reconstruction design

TM642+.2

A

1673-1417（2014）04-0020-05

10.13908/j.cnki.issn1673-1417.2014.04.0004

2014－09－16

林炳魁（1978 —），男，福建漳浦人，講師，本科，研究方向：工業自動化。

(責任編輯：季平)