聚丙烯裝置低壓配電間母聯備自投程序的優化

王 健 楊帛潤 林中信

(中國石油大慶煉化公司機電儀廠，黑龍江 大慶 163318)

中國石油大慶煉化公司二期30萬t/a聚丙烯裝置聚合區、造粒區和包裝區的低壓配電間接線均采用單母線分段形式，由兩路相對獨立的電源供電。正常情況下兩段的進線電源分別為各段的低壓負荷供電，母聯分列運行。當某一段進線電源需要停電檢修或因各種原因突然失電時，在不影響安全生產的情況下，需將母聯轉至并列運行方式，繼續為低壓負荷供電。采用LOGO!24RC PLC實現母聯備自投功能，具有抗干擾、接線數量少、動作響應速度快且故障率低的優勢[1]。但在運行使用中發現原程序存在設計缺陷，當一段進線電源失電時，LOGO!24RC PLC程序缺少檢測另一段進線電源電壓是否正常的環節，母聯就執行自投，容易擴大事故范圍。筆者針對這個問題對母聯備自投程序進行優化，以期更加有效地保障生產的穩定運行。

1 母聯備自投的基本原則①

母聯備自投功能的基本設計原則[2]：在判斷工作進線電源確實失電時才投入備用電源，而工作進線電源的電壓互感器退出運行或熔斷器斷線時不動作；必須保證工作進線電源斷路器斷開后投入備用電源；手動斷開工作進線電源斷路器時，母聯備自投不動作；工作進線電源無論什么原因失電時，母聯備自投必須延時動作；母聯備自投只允許動作一次；備用電源無電壓時，母聯備自投不動作；備用電源若投入到故障進線時，保護應加速斷開斷路器；母聯備自投可根據需要隨時并快速投入和退出。

2 LOGO!24RC PLC實現母聯備自投

中國石油大慶煉化公司二期30萬t/a聚丙烯裝置聚合區、造粒區和包裝區的低壓配電間的主接線簡化圖如圖1所示。正常工作情況下，Ⅰ、Ⅱ段進線電源分別為低壓負荷供電，母聯開關QF3處于分閘狀態[3]。如果某段進線電源故障，則母聯備自投裝置首先分開該故障段進線開關，再執行合上母聯開關QF3的動作，實現由非故障進線電源為Ⅰ段和Ⅱ段進線上的全部負荷供電的功能。

圖1 主接線方式簡化圖

2.1 硬件部分

LOGO!24RC PLC提供8個輸入信號和4個輸出信號(圖2)。輸入信號分別為I1～I8，I1為Ⅰ段進線開關QF1處于分閘狀態，是常閉觸點；I2為Ⅰ段進線開關QF1故障閉鎖，是常開觸點；I3為Ⅰ段進線電壓正常，是常開觸點；I4為QF2分閘狀態、I5為QF2故障閉鎖、I6為Ⅱ段進線正常；I7為母聯開關QF3處于分閘狀態，是常閉觸點；I8為母聯轉換開關所在位置，有自動和手動兩種狀態，自動狀態為閉點，手動狀態為開點。輸出信號分別為Q1～Q4，Q1代表Ⅰ段進線開關QF1；Q2代表Ⅱ段進線開關QF2；Q3、Q4代表合母聯開關QF3，Q3依據Ⅰ段進線開關是否分閘成功來判斷合母聯開關，Q4依據Ⅱ段進線開關是否分閘成功來判斷合母聯開關。L、N提供220V(AC)的工作電源。

圖2 LOGO!24RCPLC輸入/輸出接線示意圖

2.2 工作原理

正常工作情況下，Ⅰ段進線開關QF1和Ⅱ段進線開關QF2處于合閘狀態，所以I1和I4的常閉觸點KA11和KA21打開，無輸入信號；正常工作狀態下QF1和QF2均無故障，所以I2和I4的常開觸點KA12和KA22仍處于打開狀態，均無輸入信號；電壓繼電器FV1和FV2帶電后常開觸點閉合，所以I3和I6分別有輸入信號；母聯開關QF3處于分閘狀態，所以I7有輸入信號；母聯備自投轉換開關轉至自動位置，所以I8有輸入信號。綜上所述，在正常工作情況下，I3和I6～I9均有輸入信號。

假如Ⅰ段電源進線突然失電，電壓繼電器FV1失電，I3無輸入，此時LOGO!24RC PLC執行內部邏輯程序，分開Ⅰ段進線開關QF1，Q1輸出且I1有輸入后，Q3輸出合母聯QF3。Ⅱ段電源進線失電同理。

Ⅰ段進線開關QF1或Ⅱ段進線開關QF2故障時，均無法實現合母聯功能。

2.3 母聯備自投軟件的優化

LOGO!24RC PLC使用起來非常方便，在其內部存儲器中存儲了大量的編程元素，如常量/連接器、基本功能塊和特殊功能塊[4]。常量/連接器主要包括輸入、輸出、標志和固定的電壓電平；基本功能塊相當于布爾代數的簡單邏輯元素，主要包括與、或及非等功能塊；特殊功能塊主要包括定時器及計數器等具有特殊功能的模塊[5]。LOGO!24RC PLC還提供LOGO!Soft Comfort編程軟件，幫助用戶在計算機上方便快速地創建、測試和修改程序。

二期30萬t/a聚丙烯低壓一、二段，三、四段，造粒和包裝低壓母聯備自投存在設計缺陷，當某一段進線電源失電時，LOGO!24RC PLC邏輯缺少檢測另一段進線電源電壓是否正常的環節，母聯就執行自投，容易擴大事故范圍，造成更嚴重的生產事故。并且還存在兩段進線電源同時失電時兩段進線開關同時跳閘的問題。

優化的母聯備自投邏輯程序如圖3所示，Q1與Q3組合完成分開Ⅰ段進線開關QF1后合上母聯開關QF3動作，Q2與Q4組合完成分開Ⅱ段進線開關QF2后合上母聯開關QF3動作，虛線矩形框內的輸入量為優化邏輯新增的。

圖3 優化后的母聯備自投邏輯程序

以Q1、Q3組合為例，當兩段進線電源均有電時QF1和QF2處于合閘無故障狀態，故I1、I2、I4、I5取非后為1，I3取非后為0，經第一個與邏輯后輸出為0，作為下一個與邏輯的輸入；轉換開關轉至自動位置時I8為1，I6為1。當Ⅰ段進線電源失電時，I3取非后為1，第一個與邏輯輸出為1，同樣第二個與邏輯輸出為1，然后接通延時定時器(0.5s是回避電力電壓暫降時間)，Q1輸出分開I段進線開關QF1。QF1分閘后Q3輸出執行合母聯開關QF3動作，關閉延時定時器為此次動作延時1s返回。

程序優化后實現的功能：當某一段進線電源失電時，只有檢測到另一段進線電源電壓合格后才能進行母聯自投；當兩段進線電源同時失電時，兩段低壓進線開關不跳閘。

3 仿真調試

采用LOGO!Soft Comfort軟件對優化后的母聯備自投邏輯進行仿真實驗，各項模擬實驗的仿真如圖4所示。針對電力系統的波動及誤操作等導致的停電事故進行了各項模擬實驗，結果表明：優化后的母聯備自投裝置在各種實驗條件下均能保證系統的安全平穩運行。

圖4 仿真調試

4 結束語

中國石油大慶煉化公司二期30萬t/a聚丙烯裝置聚合區、造粒區和包裝區的低壓配電間母聯備自投控制程序進行優化后，至今未發生因系統失電母聯備自投失敗而影響裝置安全生產的事故，增強了設備供電的連續性，降低了設備不必要停運，保障了設備安全、平穩、長周期運行。該優化方案也適用于其他采用LOGO!24RC PLC的母聯備自投裝置，具有推廣價值。

[1] 文化賓,宋永端,李蕊,等.一種新穎的母聯備自投邏輯方法[J].電氣自動化，2011，33(2):57～59.

[2] 吳宏岐,劉霞,喬永明.LOGO!及其在變電所備用電源自動投入中的應用[J].低壓電器，2005，(11):55～57.

[3] 梁燕.基于Siemens S7系列PLC控制的6kV備用電源自動投入裝置改造[J].化工設計通訊，2011，37(4):51～54.

[4] 范鐵錘,袁友,喬現平.LOGO!在低壓備用電源自動投入中的應用[J].自動化應用，2012，(8):3，28.

[5] 劉龍舞.備自投系統存在的問題及改進方案[J].電氣應用，2014，(9):41～44.