PLC在6.6kv變電站中的應用

摘 要：無錫華潤微電子晶芯廠房變電站是一個6.6kv雙主供、單備供電網，為了提高供電質量及運行的可靠性，文章使用可編程邏輯控制器（PLC），來實現高壓進線隔離開關與出線斷路器之間的電氣連鎖，并起到指示、報警、閉鎖等作用。

關鍵詞：PLC；變電站；高壓系統；斷路器；隔離開關

1 晶芯廠房變電站配電網的基本情況

晶芯廠房變電站6.6kv配電網為雙電源主供、單電源備供的雙母線運行系統，見（圖1）。

圖1 晶芯廠房變電站系統布置圖

變電站設有高壓進線隔離柜4臺（H6、H7、H8、H9）、變壓器出線柜6臺（H0、H3、H4、H11、H12、H13）、高壓冷凍機出線柜2臺（H1、H2）、高壓PT柜2臺（H5、H10）。其中H6（主供進線1）與（H7備供進線1）、H8（備供進線1）與H9（主供進線2）運行位置互為連鎖，只允許其中一臺進入運行狀態。同時各路出線開關與進線隔離之間為防止出現誤操作也存在連鎖保護，各柜配備情況和保護連鎖方案如表1。

表1 隔離柜之間的保護連鎖

注：0為運行狀態，1為冷備用狀態

進線隔離柜與出線開關柜的保護連鎖，如表2。

2 原設計的連鎖機構與電氣原理

變電站所用高壓柜均采用KNY-28型全封閉高壓電氣柜，根據電氣設備的“五防”要求，在不同的開關與閘刀之間配置有不同的機械及電氣連鎖。其中主要的有以下三種。

2.1 主供進線柜與備供進線柜之間配置有機械連鎖機構與電磁鎖的電氣連鎖雙重保護：機械連鎖主要是通過一匙兩鎖（一把鑰匙打開其中一把鎖后將無法取下，另一把鎖也就無法打開）方式來達到互鎖的目的；電磁鎖連鎖則是通過電氣的互鎖電路來達到控制。

2.2 進線柜與各出線柜之間只存在電氣連鎖保護，大多數廠家采用的電氣線路有兩種。一種為電磁鎖連鎖，一種為分合閘回路連鎖。見（圖2）

2.3 進線柜后門與進線閘刀之間的連鎖。主要也是電磁鎖連鎖，在圖2中已有所體現。

電磁鎖的應用主要是成本低廉、安裝方便，但是電磁鎖長期通電運行，其壽命往往有限，故障率明顯增加，而且容易引起機構卡死，導致無法操作（雖然設計有機械解鎖，但在突發事件的處理過程中，往往得不償失）；分合閘回路連鎖主要是為增加可靠性而被廣泛采用，但需要增加輔助繼電器進行觸點的擴展，同時眾多開關觸點需要可靠的串、并聯，電氣線路連接復雜，一旦出現連鎖故障，往往查找麻煩。尤其是在從事電子設計、制造的企業，對用電的可靠性提出了更高的要求，對變電設備的要求也越來高。

3 對原有設備的改造設想

3.1 可編程序控制器（PLC）在高壓電氣設備上應用的可行性

綜觀以上論述，傳統的電氣連鎖已越來越不適應企業的需求。可編程序控制器在其它各領域的電器設備上已被廣泛地應用，在高壓變電設備上的應用，目前涉及范圍只在110kv以上的后備保護、自投運行、遙信遙測等方面。在設備本身的應用上并不多。就可編程序控制器的特點而言，其具有極高的可靠性、穩定性；方便快捷的操作；強勁的通訊能力；豐富的擴展模塊。因此，我認為在局部相對獨立的、配電系統較為復雜的變電設施范圍內，可編程序控制器有其獨特的應用價值。

3.2 以SIMATIC S7-200系列PLC為例，對晶芯廠房變電站高壓系統的改造設計

高壓進線柜之間及進線柜與出線柜之間電氣連鎖的改造。對于電氣連鎖的改進，主要在以下幾方面：第一，在改造設計中添加了解鎖指示燈與解鎖轉換開關。主要是解決在現場操作中能確認隔離小車的實際位置、解鎖是否到位；同時只有在接通了解鎖轉換開關后，對應的電磁鎖才得電解鎖，是電磁鎖的接通時間大大縮短，這樣可以避免運行中電磁鎖長期吸合導致的燒毀現象。第二，增加了指示燈的閃爍提示功能，閃爍時提示隔離小車已到解鎖位置，當合上解鎖轉換開關則停止閃爍而常亮。當進入運行位置后，解鎖指示燈熄滅，運行指示燈常亮。第三，在工作原理中運用PLC的內部邏輯來代替外部觸點的串并聯連接。當所有出線開關及相鄰隔離開關在斷開位置時，本體隔離開關解鎖。當本體隔離開關進入運行位置后，一是閉鎖相鄰隔離開關，二是解鎖所有出線開關的合閘回路。

PLC的編程程序如下：

LD I0.1 I輸入端定義

A I0.2 I0.0主供進線1冷備用位置開關

A I0.3 I0.1備供進線1冷備用位置開關

A I0.4 I0.2出線開關H0分閘狀態開關

A I0.5 I0.3出線開關H1分閘狀態開關

A I0.6 I0.4出線開關H2分閘狀態開關

AN I2.5 I0.5出線開關H3分閘狀態開關

= M0.0 I0.6出線開關H4分閘狀態開關

LD I0.0

A I0.2 I1.0主供進線2冷備用位置開關

A I0.3 I1.1備供進線2冷備用位置開關

A I0.4 I1.2出線開關H11分閘狀態開關

A I0.5 I1.3出線開關H12分閘狀態開關

A I0.6 I1.4出線開關H13分閘狀態開關

AN I2.4

= M0.1 I2.0主供進線1解鎖轉換開關

LD I1.1 I2.1備供進線1解鎖轉換開關

A I1.2 I2.2主供進線2解鎖轉換開關

A I1.3 I2.3備供進線2解鎖轉換開關

A I1.4 I2.4主供進線1運行位置開關

AN I2.7 I2.5備供進線1運行位置開關

= M0.2 I2.6主供進線2運行位置開關

LD I1.0 I2.7備供進線2運行位置開關

A I1.2

A I1.3 Q輸出端定義

A I1.4 Q0.0主供進線1解鎖指示燈

AN I2.6 Q0.1備供進線1解鎖指示燈

= M0.3 Q0.2主供進線2解鎖指示燈

LDN T38 Q0.3備供進線2解鎖指示燈

TON T37， +10Q0.4KM1（主供進線1電磁鎖）

LD T37 Q0.5KM2（備供進線1電磁鎖）

TON T38， +10Q0.6KM3（主供進線2電磁鎖）

LD M0.0 Q0.7KM4（備供進線2電磁鎖）

A T37

O I2.0

AN I2.4

= Q0.0

LD M0.1

A T37

O I2.1

AN I2.5

= Q0.1

LD M0.2

A T37

O I2.2

AN I2.6

= Q0.2

LD M0.3

A T37

O I2.3

AN I2.7

= Q0.3

LD M0.0

A I2.0

AN I2.4

= Q0.4

LD M0.1

A I2.1

AN I2.5

= Q0.5

LD M0.2

A I2.2

AN I2.6

= Q0.6

LD M0.3

A I2.3

AN I2.7

= Q0.7

3.3 通過PLC進行遙信及故障報警的傳輸

由于中低壓配電網的一個主要特點是頻繁開關操作和故障跳閘。因此，實現遙信，及時報告故障地點、故障原因，安排停電、供電計劃，是配電自動化的主要任務。所以根據各開關柜二次接線的實際情況，確定遙信規模為12點。整個變電站的進線與出線開關的運行狀態均通過狀態開關輸入PLC，在PLC的每次掃描中，各個開關的狀態被自動寫入相應的輸入點映象寄存器位中，掃描程序捕捉任何開關的狀態變化信息，并將它們作為事件報文通過PLC的自由口進行傳送，主要是通過PLC自帶的RS-485口傳送到110kv中央控制室監控微機。

PLC可選用SIMENS模塊化的S7-200系列，包含基本模塊S7-224（含14個輸入點和10個輸出點）、輸入點擴展模塊（8個輸入點），S7-224型基本模塊本身自帶14個輸入點、10個輸出點，有一個斷電保持的時鐘。有簡單的通信功能，加、減、乘、除運算功能，豐富的移位、位操作、邏輯判斷功能，較強的中斷功能。這些特點為實現配電網中遠動裝置的各種功能（遙測、遙信、遙控等）提供了靈活、快捷、經濟、可靠的保證。

參考文獻

[1]柳春生.電器控制與PLC（西門子S7-300機型）[M].機械工業出版社.

[2]劉法治.電氣控制應用技術[M].機械工業出版社.

[3]巫莉.電氣控制與PLC應用[M].中國電力出版社.