基于PLC的海上石油平臺備用電源自動切換裝置

中海石油（中國）有限公司上海分公司 王 晶

長江大學電子信息學院 劉昊東

本文介紹了用PLC實現備用電源自動投切，提高了海上石油平臺的供電可靠性。

海上石油平臺遠離陸地，其供電一般是在主平臺上安裝燃氣輪發電機組，再用35KV線路通過海底電纜送到各個小的鉆井平臺，通常采用環網供電，開環運行，再加入備用電源切換裝置，確保其供電的可靠性，傳統的手動備用電源切換裝置耗時長可靠性不高，為了提高海上石油平臺電源的穩定性，本文提出一種基于可編程控制器（PLC）的備用電源自動切換裝置。

1 備用電源自動投入裝置

備用電源自動投入裝置如圖1所示。電源1和電源2均來自不同的35KV電源經變壓器T1和T2降壓為6.3KV（或10.5KV），電源1和電源2互為備用，其中的符號說明如下：QF1-5為斷路器，TA1，TA2，TA3，為電流互感器，其輸出分別接電流繼電器，用于監測母線電流，TV1，TV2，TV3，TV4為電壓互感器，用于監測母線電壓，其輸出接電壓繼電器，其工作原理如下：正常運行時，變壓器T1和T2分別給I段和II母線供電，QF1-4合閘，QF5斷開，任一段母線因故障停電時，則斷開停電側變壓器低壓側斷路器，然后合上QF5，由另一側無故障電源向兩段母線供電。

2 備自投裝置的控制原理圖

備用電源自動投入裝置二次回路控制原理如圖2所示。

符號說明：HJ代表斷路器合閘繼電器線圈，TJ代表斷路器跳閘繼電器線圈，KT代表時間繼電器，前面的數字表示相應的斷路器標號。（注：PLC邏輯控制與此略有不同）。

圖1 備用電源自動投入裝置接線

圖2 二次回路控制原理

為保證供電的安全性，各斷路器之間設有電氣互鎖裝置，保證QF2，QF4，QF5只能有兩只斷路器處于合閘狀態，而且當TV1或TV2恢復供電時，必須先斷開QF5再恢復正常運行。海上鉆井平臺電源全部采用電纜連接，一般不考慮瞬時性故障的影響，所有繼電保護按常規配置。設置TA1和TA2的目的是為了防止TV3或TV4斷線造成裝置誤判工作母線失電從而誤合QF5，理論上只需一相電流即可。

圖3 PLC I/O點分配圖

圖4 電源1失電和來電時PLC控制梯形圖

3 對PLC裝置的基本技術要求

（1）當正常電源出現故障或電壓很低時，PLC裝置應首先將該電路斷開，切除電源，然后備用電源才允許投入。

（2）當常用電源因負荷側因永久性故障被繼電保護切除或在備用電源無電時，PLC裝置都不應動作。

（3）PLC裝置的延時時限應大于外部故障切除的最長時限。

（4）在常用電源進行正常停電維修時，PLC裝置不準動作，應禁止備用電源投入。

4 PLC系統配置及程序設計

因西門子公司PLC在我國應用廣泛，高校主要講授西門子系列的PLC，故本文采用S7-200smart，CPUSR30系列PLC對該備自投裝置進行控制，其輸入輸出觸點足以勝任控制所需的接點數量，其RS485接口，可以方便地與計算機連接實現遠程監控，適應配電自動化的需要，并提供多種功能，操作簡單，編程、控制靈活方便。雙電源互為備用的備自投控制電路的PLC的I/0點分配如圖3所示。PLC備自投控制程序為圖4所示，圖中只畫了電源1失電和復電的控制梯形圖，電源2類似。

結束語：采用PLC的海上石油平臺備用電源自動裝置與傳統裝置相比具有接線簡單、工作可靠性高、方便維護等特點，本設計不設手動裝置是因為隨著配電自動化的普及以及PLC的強大的通訊能力，完全可以將PLC與計算機連起來采用遠方遙控的方式實現，限于篇幅就不再贅述了。