PLC在高壓配電系統控制中的應用研究

摘要：近些年來，隨著我國科學技術水平的不斷提升，配電系統控制技術日益成熟，其在保證了供電質量的同時也促進了電力行業的持續發展。文章首先分析了PLC技術原理，并對其技術特征進行闡述，最后從設備層功能與控制、遠程監控兩個方面探討了PLC技術在高壓配電系統中的具體應用。

關鍵詞：PLC技術原理；高壓配電系統；控制策略；電力系統；供電質量 文獻標識碼：A

中圖分類號：TP273 文章編號：1009-2374（2017）08-0075-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.08.036

1 概述

配電系統是電力系統的重要組成，其對于保證電力系統供電質量及系統運行穩定具有積極作用，為此需要保證高壓配電系統的有效控制，這是實現電力系統運行管理的重要途徑。可編輯邏輯控制器（PLC）是基于存儲的控制器，一般情況下可以用于內部存儲程序面向用電客戶的指令發送，并通過數字模擬信號的輸入及輸出向電力設備或生產環節進行控制，在一定程度上保證了電力生產的有序性，具有推廣價值。

2 配電系統中PLC技術簡介

所謂PLC技術，是建立在計算機技術基礎上的智能化程序控制技術，其核心為單片機，該技術的應用實現了對工業生產過程的自動化控制。PLC技術集成了電氣、儀表和控制等多項技術設備，可依據電力系統建設規模等實際情況進行組合，滿足工業控制需求。PLC技術的主要作用體現在：第一，高速指令處理。PLC技術的出現開辟出了新的應用領域，在對性能要求較低的情況下也可以將指令的處理周期縮短到最小；第二，浮點數運算。便于用戶調整參數，及時在運算量增加的情況下也能實現高效、復雜的運算，保證運算結果的準確；第三，優化人機交互。通過人機界面優化，可以集成多種功能，降低了人機對話編程的難度；第四，口令保護。其加密了數據，并設置了權限訪問，避免了數據的非法刪改。

3 PLC技術特征分析

PLC作為控制器，其靈活性更強，可以依據用戶需求進行編程，只需客戶發出指令，PLC便可依據一定的算法程序輸出機器的執行指令，實現對生產線的直接控制。從理論層面來說，PLC技術的特征主要表現在：具有靈活性特征，PLC具有可編程的邏輯性，在遇到具體的問題時可以依據輸入指令的不同輸出不同的操作指令，這樣就避免了傳統計算機控制模式的盲目性與隨意性；低耗、操作便捷，PLC系統占地空間小，但是性能與其他繼電器相比更具優勢，在實際生產過程中電能消耗較小，符合當前低碳環保的工業發展理念。

4 PLC在高壓配電系統中的應用分析

4.1 設備層功能及控制策略

4.1.1 設備層功能及控制策略。在設備層，一般需要通過智能化傳感器實現對信息的識別以及傳送工作，并將其轉為可識別信號，保證通信信號的有效傳輸與交互。在執行器中，可以使用中央處理器向計算機發出信號，從而實現控制器的管控功能。在設備層，一般會采用分布控制技術，通過設立多個控制器組建設備層，每個控制器可獨立工作，不相互影響，但控制器之間形成了一個數據通道，和計算機之間也建立一個信息互通渠道。

4.1.2 網絡層功能及控制策略。網絡是高壓配電系統的重要組成部分，網絡可將分散的配電設備連接在一起成為一個有機整體，并通過監控中心的服務器進行信息交互，在網絡層可通過現場總線技術保證網絡層功能的有效發揮。

4.1.3 管理層功能及控制技術。管理層中工作人員可通過計算機設備實現對設備運行狀況的實時觀測，管理層通過系統集成技術將計算機網絡中的子系統連接在一起，通過子系統之間的信息交換實現子系統工作的協調，建立一個完善的信息控制機制。

4.2 遠程監控系統

當高壓配電系統設備運行出現故障，對電能傳輸、變換等造成影響，通過PLC監控系統可及時發現故障并發送故障警報信號，對設備隱患進行排查，縮短了檢修周期，提高了檢修效率。

4.2.1 PLC遠程監控的原理。對高壓配電系統電氣設備的運行狀態進行評價，可將其分為三個等級，如正常運行狀態、異常運行狀態和故障狀態。作為正常狀態就是設備運行過程中不存在缺陷或存在缺陷，但是不會影響設備的正常運行；所謂異常狀態就是指存在一定缺陷，且對設備的運行狀態造成較大影響，經檢查發現電氣設備存在不同程度的問題，不利于配電系統供電質量的提高；所謂異常狀態是指電氣設備缺陷發展到一定程度，對配電系統運行產生了負面影響，電氣設備也出現了較為嚴重的損壞，但是可繼續運行，這時需要注重設備性能觀測，并立即進行維護檢修；故障狀態是指設備性能指標不符合生產要求且設備不能投入生產。PLC遠程監控系統可以對配電保護系統的總受柜、1#變壓器配出柜及2#變壓器配出柜的三相電壓是否欠壓和三相電流是否過流等進行監測。當高壓配電系統出現非正常運行狀態，則立即發出報警信號或畫面，運行人員在接收到報警信號后可迅速確定故障的發生位置，并派遣檢修人員趕赴現場進行檢查和維修。PLC通過對高壓配電繼電保護系統設備的采樣，實現了運行數據分析。

4.2.2 遠程監控系統的設計。如圖1，高壓配電繼電保護系統中設有遠程監控工作室，采用PLC控制系統對配電系統中各繼電保護設備的運行進行監測，采集運行參數，若監測設備連續變化，只要輸入信號物理量，如電壓以及電流，便可通過2路的模擬量輸入通道的S7-200PLC模擬量輸入模塊，即可實現信息的采集、篩選以及轉換功能，最后得到量化后的信號，再通過電壓模擬量變成軟件進行信號處理，編程軟件先輸入“AIWO”，電流模擬量輸入的編程元件為“AIW2”。當斷路器為合閘狀態，則可以采用開關SA1、SA3以及SA5對總受柜、1#變壓器配出室和2#變壓器配出室的開進行調控，該系統在采集到總受室、1#變壓器配出室和2#變壓器配出室的U、V、W三相電壓和電流信息后，若出現了欠壓或者是過流問題，則會立即發出警報信號，必要時也可手動控制。PLC系統的運行實現了定向數據的采集，同時具備實時監測以及遠程遙控的功能，有利于高壓配電系統的穩定，可依據實際運行情況采取相應的保護措施。

4.2.3 PLC的調試。依據PLC系統的控制要求，采用編程軟件即可進行編程，得到圖2的梯形圖程序。為了對所編程序的運行控制效果進行檢測，需要進行PLC調試。在正式調試之前，需要先進行編譯，若編譯完全正確則將程序下載至PLC程序中再進行調試，采用開關模擬對高壓配電繼電保護系統進行遠程監控。上斷電控制是開關量，選用開關便可實現控制工作，過流、欠壓保護均通過自動檢測工作進行數據采集分析進行保護。

4.3 實例分析

以某高壓一次配電系統為例進行分析，該配電系統中有8臺變壓器并行運轉，其有2路柴油發電機進線。在該系統中，PLC控制系統替代了傳統繼電器保護系統，使得配電柜之間的硬連線數量不斷減少，控制流程得到了簡化，控制效率有所提高。該系統通過進線柜和聯絡柜斷路器之間的邏輯關系為主要參考依據對配電系統進行控制，如圖2所示：

該系統中，PLC作為配電系統的控制中心，各型號模塊相互關聯，所有的模擬信號、保護和狀態信號等信息數據均傳輸至控制中心，PLC控制系統依據各模塊傳遞的信息采取相應的處理措施。該系統選用西門子S7-400H容錯系統，實現了機架、電源、CPU、通訊總線的冗余。該系統中包括了多個功能子模塊，保證了故障出現時能及時進行應急處理，可維護配電系統運行穩定。當某個冗余節點發生了故障，可及時發出故障信號，必要時可進行隔離處理，不會對其他節點的運行造成影響，這就意味著不會出現斷電影響生活生產的問題。該控制系統實時檢測母線、電源、斷路器等信號，在系統運行后臺會直接顯示監測數據，若發生故障，也會顯示故障源處理告警。為此，PLC系統成為了配電系統和運行管理人員聯系的媒介，可對發送的信號進行有效識別，調控被控制對象的動作，保證系統運行可靠。

5 結語

綜上所述，在高壓配電系統控制中，可以采用PLC進行系統管理，依據設計的相關要求對控制器進行合理設置，在保證施工人員素質的前提下，從控制方案的整體以及子系統的運行層面加強高壓配電系統的整體管控，保證電力系統的運行質量與穩定。

參考文獻

[1] 劉偉林.淺談船閘自動控制系統——PLC干擾源的控

制[J].物流工程與管理，2016，38（4）.

[2] 王學富.PLC在公路隧道機電工程中的應用[J].中國

西部科技，2012，11（4）.

[3] 李雄.高壓供配電網絡可視化集成控制系統的設計與

應用[J].新疆有色金屬，2013，36（2）.

作者簡介：劉曄（1986-），男，江西瑞昌人，江西銅業股份有限公司永平銅礦電氣工程師，碩士，研究方向：電氣自動化。

（責任編輯：蔣建華）