PLC在供配电系统备自投中的应用

■ 常州机电职业技术学院 张平泽 吴志锋

1 引言

近年来，我国经济高速发展，工业技术不断革新和人民生活水平不断提高，同时也对供配电系统的稳定可靠性提出了更高的要求。一些老的供配电系统存在潜在的事故隐患，因此对老的供配电系统特别是常规备自投控制系统进行改造很有必要。

2 供配电系统结构及备自投系统

2．1 供配电系统结构

典型的供配电系统采用两进两出加一联络结构，平时由两路进线单独供电，当任意一路发生失压（非故障跌落）时，自动启动备自投，把失压的进线断路器切除，然后合上母联开关，由正常的那路进线给两段母线同时供电。

2．2 备自投系统

2．2．1 常规备自投系统

常规备自投系统一般采用电压继电器、时间继电器和中间继电器等电器元件来搭建。当电压继电器检测到进线开关进线侧失去电压后，时间继电器延时，发出命令，令该进线开关脱扣，并将信号发送给联络开关，联络开关接收到进线脱扣信号后，自动合闸，完成一次备自投过程。

2．2．2 备自投复位分式

（1）自投自复：当进线失电时，联络开关自动闭合，当进线电压恢复时，联络开关自动断开，进线开关自动闭合；

（2）自投手复：当进线失电时，联络开关自动闭合，当进线电压恢复时，手动分断母联断路器然后合进线断路器。

2．2．3 存在不足

由继电器搭建而成的备自投回路能够满足基本备自投要求。但实际应用中，由于是采用继电器搭建而成的系统，线路复杂，每多连接一根导线，发生故障概率就增加；同时继电器触点会发生熔焊，存出错可能，难以满足设备的的可靠性与选择性要求；而且功能单一，不能区分重要负荷，无法实现与主变配电所的远程通信等缺点。

2．3 基于PLC系统的备自投

近年来PLC高速发展，成本不断下降以及它独有的高可靠性，抗干扰能力强，能适应恶劣环境，使得越来越多的备自投方案采用PLC来实现。本系统采用自投自复的备自投方案，硬件组态介绍如下：

本系统采用ABB公司的AC500-ECO系列PLC， CPU模块选用PM554—T（晶体管8输入6输出）, 本地扩展开关量输入扩展选用DI561（8输入），考虑到散热问题PLC安装在联络柜底部。

2．3．1 IO点分配

CPU主机上自带IO配置

CPU自带8点输入6点输出分别定义为以下信号

输入： 输出：

1#进线远程就地 1#进线分闸继电器

1#进线控制回路断线 1#进线合闸继电器

1#进线有压 2#进线分闸继电器

1#进线失压 2#进线分闸继电器

1#进线断路器分闸位置 母联分闸继电器

2#进线远程就地 母联分闸继电器

2#进线控制回路断线

2#进线有压

（因为取继电器分闸信号为真，故合闸信号为分闸信号取反。考虑到以后做SCADA系统，PLC采集了各断路器远程就地信号、控制回路断线信号等，在本文中这些信号未做入逻辑）

2.3.2 CPU PM554—T本地IO硬件配置如下图1：

2.3.2 本地输入扩展模块配置如下：

输入Input：

2#进线失压

2#进线断路器合闸位置

母联远方位置

母联控制回路断线

母联投入切除位置

母联继电器分闸位置

2.3.3 扩展模块DI561组态如下图2（8输入）

3 PLC备自投控制系统逻辑分析

3．1 自投逻辑图（见图3）

3．1．1 自投逻辑分析

从逻辑图中可以看出有两钟情况触发启动母联自投：一段进线失压触发母联投入，二段进线失压触发母联投入。

根据逻辑可以整理出以下5个公式：

1）启动1#进线分闸=（母联远方位置∧母联投入位置）∧1#进线失压2S∧2#进线有压∧2#进线合闸

2）启动2#进线分闸=（母联远方位置∧母联投入位置）∧2#进线失压2S∧1#进线有压∧1#进线合闸

3）F1=（母联远方位置∧母联投入位置）∧1#进线失压2S∧2#进线有压∧2#进线合闸

4）F2=（母联远方位置∧母联投入位置）∧2#进线失压2S∧1#进线有压∧1#进线合闸

5）启动母联投入=（F1∧1#进线分闸）∨（F2∧2#进线分闸）

3．1． 2 自投由1#进线失压触发

当母联由1#进线失压触发，在母联投入之前必须要分段1#进线断路器。分段1#进线断路器的条件是：母联远方位置为真，母联投入位置为真，1#进线失压为真，2#进线有压为真，2#进线合闸位置为真。这些条件满足后，即触发1#进线分闸断路器分掉1#进线断路器。此时在收到1#分闸信号后，同时F1为真，触发启动母联自投，合母联继电器，由2#进线同时为一段二段供电，自投完成。

3．1．3 自投由2#进线失压触发

当母联由2#进线失压触发，在母联投入之前必须要分段2#进线断路器。分段2#进线断路器的条件是：母联远方位置为真，母联投入位置为真，2#进线失压为真，1#进线有压为真，1#进线合闸位置为真。这些条件满足后，即触发2#进线分闸断路器分掉2#进线断路器。此时在收到2#分闸信号后，同时F2为真，触发启动母联自投，合母联继电器，由1#进线同时为一段二段母线供电，自投完成。

3．2 来电自复逻辑图（见图4）

3．2．1 自复逻辑分析

在母联启动投入后，当失压信号消失后需要自复。从逻辑图可以整理出以下5个公式：

1)启动母联分闸=F3∨F4

2)F3=（母联远方位置∧母联投入位置∧母联合闸位置）∧1#进线有压∧1进线分闸

3)F4=（母联远方位置∧母联投入位置∧母联合闸位置）∧2#进线有压∧2进线分闸

4）合1#进线断路器=F3∧母联分闸状态

5）合2#进线断路器=F4∧母联分闸状态

3．2．2 1#进线失压启动自投后得电自复逻辑分析

在1#进线失压启动自投后，当1#进线失压信号消失，有压信号为真时，需要启动自复，在1#进线断路器启动自复前要分段母联断路器。分段母联断路器的条件是：母联远方位置为真，母联投入位置为真，母联合闸位置为真，1#进线有压为真，1#进线分闸位置为真，这些条件满足后，即触发母联分闸就信号分掉母联断路器。此时收到母联分闸信号后，同时F3为真，触发启动1#进线断路器自投，合1#进线断路器，1#进线断路器重新为一段供电，自复完成。

3．2．3 2#进线失压启动自投后得电自复逻辑分析

在2#进线失压启动自投后，当2#进线失压信号消失，有压信号为真时，需要启动自复，在2#进线断路器启动自复前要分段母联断路器。分段母联断路器的条件是：母联远方位置为真，母联投入位置为真，母联合闸位置为真，2#进线有压为真，2#进线分闸位置为真，这些条件满足后，即触发母联分闸就信号分掉母联断路器。此时收到母联分闸信号后，同时F4为真，触发启动2#进线断路器自投，合2#进线断路器，2#进线断路器重新为二段供电，自复完成。

4 安装与编程调试

4．1 安装注意事项

1）配电柜不是专业的控制柜，一般没有通风设备，故PLC尽量安装在下部，不宜安装在上面，若安装在配电柜上部，下面的断路器、接触器等元器件的热量会上升到柜子上部，容易造成温度过高，影响PLC稳定运行。改造时最好加装通风设备。

2）PLC电源要进行隔离，宜安装隔离变压器。

3）PLC要可靠接地。

4．2 编程调试

因为事先在IO配置中已经分配好IO名称，所以在编程时可以直接调用变量，不用重新定义。本程序多为与门和或门逻辑，采用CFC连续功能图表编辑器编程最方便，它允许自由放置元素，允许使用反馈。这样可以省略许多中间变量，程序读起来也比较容易，调试也最简单。

4．2．1 编译程序

编写完程序后，我们需要对程序进行校验。点击[Project] 选择 [Rebuild ] 或者 [ Rebuild all ] ，编程软件可以对用户编译的程序进行编译和校验。如果出现错误或警告，系统会在信息栏中用红色字体提示和显示。用户可以根据显示的信息和错误代码进行相应的修改和编译。待编译完毕后，需要再次重复上述步骤进行校验。

4．2．2 PC与PLC通讯设置

编译完所有的程序并校验无误后，我们需要把程序下载到CPU中。这时就需要对连接方式和连接断后进行选择和设定，AC500-ECO 系列CPU可以通过多种方式进行编程连接。如：COM1口 / COM2口 （COM2口是选配，不是标准配置），本例中：我们选择了COM1口来进行程序连接。在主窗口界面选择[Resource] 按钮，进入硬件设置界面，选择COM1 –Online access [SLOT] (默认)。可以对端口的基本信息进行设定，第一次连接PLC时波特率一定要是默认的19200，否则无法连接。

COM1口配置完成后，需要在 [Online] 条目下的[Communication Parameters ] 通讯参数设定选项，进行通讯参数的设置：在弹出的通讯参数设定窗口中：首先选择[Gateway…]项 ，把[Connection]项设定为（Local ）模式。接下来，我们就可以点击[New] 选项来选择相应的通讯方式。本例中我们选择了串口通讯方式，Serial（RS232）在选定了通讯方式后，我们可以对选定模式的通讯参数进行设定。如果用户选用了串口通讯方式，在设定中需要注意一点：要把[ Motorola byte order ] 选项设定为Yes 。其它的参数可以根据实际要求来设定，这里的COM2是PC的COM口，用户可根据实际设置。

4．2．3 下载PLC程序

PC和PLC通讯准备好后，点击[ online ] – Login :弹出程序下载选择界面，选择后即可下载或连接到CPU。下载完毕后，需要创建一个Boot 文件。（此功能可以设定为自动下载）

4．2．4 运行程序

1）在[ Online ] 模式下选择RUN选项，程序进入运行状态。

2）在运行状态中，可以使用强制功能快捷键F7对变量进行强制和释放操作,方便调试。

3）AC500-ECO支持在线修改，在调试的时候可以很方便地修改程序。

5 结束语

当今供配电系统，不再是简单的两进线一联络系统，许多是三进线两联络或四进线三联络系统。若使用继电器备自投装置，检修调试量大，控制功能无法修改，反应速度慢，也无法接入SCADA系统，不利于实现变配电所“无人值班”的自动运行管理模式。PLC备自投系统减少了继电器数量，用内部虚拟继电器代替实际继电器，根据输入信号，直接判断是否起动备自投，减少了中间步骤，同时能精确给出延时时间，降低了出错可能。还具有以下优点：

1）利用软件实现备自投逻辑，检修重点由保护单元或继电器调试转向在线监测；

2）具有自诊断功能，能识别硬件异常等故障；

3）利用软件进行逻辑判断，避免触点配合不好导致备自投拒动、误动现象的产生。

4）利用PLC系统改造的备自投系统还可以与SCADA系统通讯，在线显示现场状态，大大提高了系统的自动化程度。

总之，通过PLC备自投方案的改造，使供配电系统的可靠性大大提高。

[1] Matthias Seitz(德国).可编程控制器应用教程 ABB(中国)有限公司译.北京:北京机械工业出版社 2009.5