儀表自動化中繼電器型開關量的探討

王鵬飛 ,盧洪軍

（國網吉林省電力公司長春供電公司,吉林長春，130021）

儀表自動化中繼電器型開關量的探討

王鵬飛 ,盧洪軍

（國網吉林省電力公司長春供電公司,吉林長春，130021）

變電站儀表自動化是國家電網隨著科技不斷發展的成果。當下變電站自動化系統中一般選用的是繼電器開關量，來作為開關型控制電器的主要結構，達到對高低壓回路進行接通以及斷開的作用，從而實現控制以及報警的目的。文章通過對變電站自動化系統中，固態繼電器開關量供電回路進行分析，對目前站控程序不統一的問題進行了歸納分析，最終給出了更為合理的接線方式，改善了目前程序不統一的問題，為我市的儀表自動化優化給出了建設性意見。

變電站；儀表自動化；繼電器型開關量

1 相關理論以及工作原理概述

1.1 繼電器基本概念

儀表自動化是科技迅速發展的產物，在電網、機械、電子等各項領域，都會運用自動化控制裝置，同時，自動化控制技術中最為基礎和原始的就是繼電器的使用以及發展。目前在市面上流動較多的就是電繼電器以及固態繼電器，鑒于固態繼電器具有更加穩定的特征，使用壽命更高，所以文章基于固態繼電器的討論。

1.2 固態繼電器工作原理

固態繼電器也稱之為固態開關，是一類新式的四端以弱控器的無觸點功率控制元件。通常基于輸入信號后其主控回路會表現出通路狀態，在沒有信號時候呈現斷路狀況，固態繼電器是一類四端組件：其由兩個輸入控制器和兩個輸出受控端組成。輸入控制部分、隔離部分及輸出控制部分三個構件組成了固態繼電器。輸入控制通常由有限流量電阻器或恒流電路和二極管組成; 隔離通常由光隔離器組成。輸出部分一般由光敏感控制器、電壓零交叉控制器、驅動程序、晶閘管和電阻吸收部分組成。固態繼電器的結構如下所示。

圖1 固態繼電器方框圖

1.3 固態繼電器工作特點分析

(1)固態繼電器的輸入控制電壓偏低，通常在3-14V，其驅動電流較小，通常在3-15mA，輸入控制電壓與TTL/DTL/HTL電平兼容。無論是直流電壓還是交流電壓均能用作輸入控制電壓。

(2)輸入和輸出之間的光隔離，弱和強控制可以同時實現，因此弱電完全隔離，兩部分之間的安全絕緣大于電壓2kV,UL標準與國際電氣設備一致。

(3)輸出無接觸，無噪聲，無火花，切換速度快。

(4)輸出部分通常包含一個內部RC超高壓吸收器電路,從而防范因為瞬時間的高壓損壞固態繼電器。

(5)目前有很多規格可以供電網選擇：恒流直流類型、交流類型、輸入有電阻限流直流類型。有兩種輸入方式，即為直流輸出方式、交流輸出方式。輸出額定電壓有兩大類，分別為交流電壓，一般為220V-380V，以及直流電壓，一般為30-180V。交流電壓輸出中，一般分為過零觸發型以及非過零觸發型,非過零觸發型有稱之為移相型。

(6)過零觸發型固態繼電器的抗干擾能力非常強，不容易受到外界干擾。

(7)固態繼電器選用的環氧樹脂，全方位密封裝，其具有防塵、壽命長、抗潮濕等各項優點。

2 固態繼電器的應用電路設計

我市國網目前正在使用一種固態繼電器開關量，達到對不同的負載量的電源進行控制。為了提升開關量的輸出的可靠性、電路設計簡單化等，將電路板的尺寸盡量做到最小，而固態繼電器作為開關量的輸出零部件剛好能滿足上述要輸。固態繼電器的輸出與輸入之間相互隔離，選用的電阻達到了高絕緣性，同時與TTL電路設計能夠做到兼容輸入。

單片機8031通過P1.0、P1.3的清零或者是執委來達到控制LD1～LD4 交流電源的通斷。圖中YM1～YM4 是防過壓的MOV壓敏電阻，RD1～RD4是防負載短路的熔斷器。

P1.0清零，驅動器7407到SSR1(固態繼電器1)負載輸入低，SSR1獲得輸入控制電壓，導致SSR1輸出路徑連接負載LD1到電源。與此同時，發光管D1亮起，表明LD1的電源開啟。

P1.1設置，通過內相驅動器到SSR2負載輸出高，SSR2無輸入控制電壓，阻斷SSR2輸出。切斷負載LD2的電源。D2沒有被照亮，說明LD2的電源被阻擋。

圖2 開關量輸出電路

3 繼電器常開常閉問題的討論

繼電器常閉常開問題，需要從如下兩個方面著手分析。

(1)若要令正在運行的控制回路停止下來，必須要切斷電源，這是屬于硬件級別的保護，通常是常閉。

(2)出于對軟件級的保護，一般是通知PLC系統停機，這是采用常開模式。

針對開關量，一般采用的是觸發PLC程序邏輯，在對程序進行編碼時候，設備數據采用是常開。外部回路帶電的時候邏輯回路是常閉。該設計雖然在低壓回路中有一定的節能優勢，但是也存在一定的缺陷：由于設備長期帶電，導致設備受損，該設計邏輯只適合在低壓回路中，比較不適合高壓回路。

4 繼電器故障分析

繼電器故障一般可以分為兩大類。

(1)外部供電回路掉電。(2)控制回路非常規性的斷路以及短路。繼電器接線頭在通常情況下是不會發生短路的，為了保證發生故障后第一時間知曉，需要讓邏輯回路一直處于通電條件，如此才能在發生故障后出現報警。如此能夠保證邏輯回路因為接頭松動或者是腐蝕導致的斷路、外部回路出現斷電、出現短路后的報警三種情況下，都能在上位機上得到報警提示。唯有開關量出現故障后有上位機報警提示，方能減輕運維人員的工作量，給繼電器維護工作帶來便利。

圖3 機油液位開關狀態圖

5 現場實際情況

如下圖為我市變電站開關量正常接線未出現故障下的指示狀態。高低報處在min處，常開觸點6-7與邏輯回路接通，外部電源綠燈亮起，警報知識等紅燈亮起，說明該情況下是PLC采用常開模式。

上述接法有兩大弊端：

(1)接線不夠規范，將低報的報警狀態來對高報的正常狀態表達，導致運維人員對開關量狀態形成誤判。

(2)當6-7接頭松動或者是遭受到腐蝕導致線路斷路時，該故障情況在上位機上基本看不出，一旦出現超高狀態，上機位也不會出現報警提示。

6 結論

(1)對于液位開關。高報的接法：高報打到max位。邏輯回路接6-7(或者3-4)。外部電源綠燈亮，報警指示紅燈滅，為正常。此時邏輯回路為正常常閉。PLC邏輯為：。低報的接法：低報打到min位。其他與高報相同。

(2)流量與壓力的開關，結構與功能基本相同，可以選用一樣的接法。

[1]潘琢金.C8051F021/1/2/3 混合信號ISP FLASH微控制器數據手冊[M].沈陽：沈陽新華龍電子有限公司，2005.

[2]Isolated RS485 Interface 數據手冊.

[3]High- Linearity Analog Optocouplers HCNR201 數據手冊.

[4]鄧星鐘主編.機電傳動控制[M].武漢：華中科技大學出版社，2004.

The discussion of relay switching volume in instrument automation

Wang Pengfei,Lu Hongjun
(State grid jilin power company changchun power supply company,Changchun Jilin,130021)

The automation of substation instrumentation is the result of the continuous development of national power grid The substation automation system is generally selected in relay switch, and as the main structure of switch type control appliances, to achieve the high and low voltage circuit on and off,so as to realize the purpose of control and alarm Based on substation automation system, the amount of solid state relay switch power supply circuit is analyzed, the current stand accused of program is not unified question has carried on the induction analysis, finally presents a more reasonable wiring way, the question of improving the current program is not unified, constructive Suggestions are given for zhuhai instrument automation optimization

substation; Instrument automation; Relay type switching volume