低压配电系统的PLC改造

林炳魁，翁锦华



低压配电系统的PLC改造

林炳魁1，翁锦华2

（1．漳州职业技术学院 机械系，福建 漳州 363000；2. 漳州第一技工学校，福建 漳州 363000）

通过对低压配电系统两路电源自投装置的分析，针对该装置存在接线多而复杂、体积大、功耗大、故障率高、寿命短、可靠性和维护性差等缺陷。采用三菱FX1N-24MR型PLC对该装置进行改造设计，使系统的自动化水平、生产效率等大为提高，取得良好的的技术、经济效益。

自投装置；PLC；改造设计

1 背景分析

随着社会的发展与进步，提高人们生活质量、发展国民经济的需要对不间断供电的要求日益迫切，这就使得现代电力系统的供电压力不断增加。许多工矿企业、生活小区和重要的用电系统停电均会造成重大事故或经济损失。针对这些情况，在条件许可的情况下，低压配电系统常采用两路电源自投装置来进行供电，如一路失电，另一路可自动投入，迅速恢复供电，提高了供电质量和可靠性。但目前两路低压电源互为备用供电一般是采用开关、接触器、断路器、继电器等组合控制方式实现，存在接线复杂、可靠性差、维护维修不方便等缺点，这些缺点给低压配电系统的稳定、安全运行等方面带来不利。由于PLC在性能上优于开关、接触器、断路器、继电器等组合控制系统，特别是具有可靠性高，设计施工周期短，调试修改方便，而且体积小、功耗低、使用维护方便等优点，因此从成本和可靠性上考虑，用PLC控制系统取代传统开关、接触器、断路器、继电器等组合控制方式无疑是一个明智的选择，有较强的应用和推广意义。

2 低压配电系统改造原因分析

2.1 系统概述

在低压配电系统中，为了提高供电可靠性和连续性，常采用备用电源自动投入装置（APD），当工作电源无论什么原因失去时，APD便启动，将备用电源自动投入，迅速恢复供电。其中，分段断路器自动投入装置是常见的基本方式之一，正常运行时一台变压器带一段母线上的负荷，分段断路器3QF是断开的。当任一段母线因电源的断路器进线或变压器故障，而使其电压消失（或降低）时，APD动作，将故障电源的断路器1QF (或2QF)断开，然后合上3QF恢复供电[3]。其中，3QF具备自投不自复和自投自复及手动等功能，如图1所示。

图1 分段短路器APD

2.2 两路低压电源互为备用的APD展开图

如下图2所示，本电路采用电磁式操作的DW10型低压断路器。图中FU1和FU2后面的二次回路，分别是低压断路器QF1 和QF2的合闸回路，该回路设置了控制两路断路器互换的组合开关SA1和SA2。FU2和FU4后面的二次回路，分别是QF1和QF2的跳闸回路。FU5和FU6后面的二次回路，分别是是QF1和QF2的失压和跳、合闸指示回路。该电路所示的两路低压电源互为备用的APD展开图两边是完全对称的，如果要WL1电源供电，WL2电源作为备用。当WL1线路因故障突然断电，则相应设备动作，接通QF2的合闸回路，使QF2合闸，投入备用电源WL2[4]。如果WL2作为工作电源供电，WL1作为备用电源，则工作过程与上述情况完全相同。

图2 两路低压电源互为备用的APD展开图

QK1--QK4----低压低开关 SB1，SB2----跳闸按钮 YR1，YR2----跳闸线跳 QF1，QF2----低压断路器FU1--FU6----低压低断器SA1，SA2----手控开关 KT1，KT2----时间继电器KO1，KO2----合闸接触器YO1，YO2----红红 KM1，KM2----失压保护中间继电器RD1，RD2----红红GN1，GN1----绿红

2.3 系统运行中出现的问题

由以上原理接线展开图可看出，低压配电系统APD装置大都由低压断路器（自动开关）、继电器、接触器、按钮等设备构成。而装置中的这些设备控制方式采用硬接线逻辑控制，利用相应的机械触点的串联或并联，及延时继电器的滞后动作等到组合成控制逻辑，其接线多而复杂、体积大、功耗大、故障率高，一旦系统构成后，想再改变或增加功能都很困难。另外由于设备触点数目有限，又会产生机械磨损和电弧烧伤，每只仅有4～8对触点，因此灵活性和扩展性很差。而且继电器、接触器等组合控制逻辑控制速度慢，触点易抖动，利用时间继电器进行时间控制。一般来说，时间继电器存在定时精确度不高、定时范围窄，且易受到环境湿度和温度变化的影响，时间调整困难等问题。从成本和可靠性考虑，可用PLC技术来进行改造，PLC控制系统由于运行可靠性高，使用维修方便，抗干扰性强，设计和调试周期较短，PLC就像一个中央处理器，只要设计好程序，它就会自动运行起来，而且程序修改容易，并能对各个方面进行监控，出现警报或异常的时候，就会显示出故障区，方便现场调试与维护，自动化程度高，易学易用，深受工程技术人员的欢迎。

3 系统改造方案的分析与设计

3.1 改造方案分析

针对上图的系统分析情况可知，为了保证供电质量和可靠性，提高经济技术效果，PLC改造设计方案应满足以下要求：①必须保证联络开关3QF和电源进线开关1QF、2QF只能同时合闸2台，即“3合2”台；②确保分、合闸顺序：即1QF或2QF失电分闸后，3QF才能合闸；③手动状态分闸1QF或2QF时，3QF不应该自动合闸；④如果1QF或2QF中有一个是由于线路故障等因素导致跳闸，3QF不应合闸；⑤1QF 、2QF、3QF自动分、合闸时间要合理可调；⑥转换开关SA只置于自投不自复或自投自复的其中一个位置上，手动状态下PLC不起作用。同时，整个控制系统具有欠压、过压、短路、过载等保护措施，保证整个系统安全可靠运行。

3.2 改造方案设计

采用三菱FX1N-24MR型PLC，工作电源为AC 220V，输入点数14，输出点数10，PLC的 I/O地址分配表（表1）、I/O分配图（图3）、PLC梯形图（图4）如下所示[2]。

表1 PLC的I/O地址分配表

图3 I/O分配图

图4 PLC梯形图

由以上程序可知：①转换开关SA实现自投不自复（X010）或自投自复（X011）的功能选择输入接口，实现信号输入，手动状态下PLC不起作用。②正常工作状态下，PLC在自投不自复或自投自复状态时，即1QF和2QF合闸，3QF分闸，电路正常运行。③变压器故障情况：当变压器T1（或变压器T2）失电，导致相应的触点动作，同时启动并接通时间继电器T1（或T3），经整定延时2S后启动接通线圈Y001（或Y003），从而使断路器1QF(或2QF)跳闸，然后1QF(或2QF)相关触点闭合使时间继电器T4线圈得电，整定计时2S后启动并接通Y004，使联络开关3QF合闸。当电源恢复后，若PLC在自投自复状态时，M1使得T5接通，3QF自动跳闸，1QF（或2QF）自动合闸，恢复正常供电状态；若PLC在自投不自复状态时，则即使电源恢复，3QF也保持合闸，除非转换开关SA为就地手动或自投自复状态才能使供电状态改变。④线路故障故障情况：若1QF(或2QF)是在线路故障时跳闸的，X002(或X005)起闭锁作用，使1QF(或2QF)不会自动重合闸。此时，X001(X004)断开使T4不接通，故3QF不会由于1QF(或2QF)线路故障跳闸而自动合闸，避免备用电源投入到故障线路上造成事故扩大，造成更大的损失[1]。

4 应用效果

PLC控制系统比较继电器-接触器组合控制系统有体积小、功耗小、可靠性高和可扩展性强、抗干扰能力强，编程简单易懂、控制灵活、维护方便、经济实用等优点。通过用PLC来改造低压配电系统控制线路，实践证明其性能安全、技术可靠，可为系统稳定、安全运行提供良好的技术保障，在大、中型及较复杂的控制系统中，继电器-接触器组合控制系统将会被PLC控制系统所取代，PLC技术改造后取得明显的技术经济效益，基本能满足用户需求，可以推广使用。

[1] 卢文鹏,吴佩雄.发电厂变电所电气设备[M].北京:中国电力出版社,2009.

[2] 劳动和社会保障部教材办公室组织编写.工厂变配电技术[M].2005.

[3] 廖常初.PLC基础及应用[M].北京:机械工业出版社,2010.

[4] 肖峰,贺哲荣.PLC编程100例[M].北京:中国电力出版社,2009.

Transform for Low voltage power distribution system by PLC

LIN Bing-Kui1, WENG Jing-Hua2

(1. Zhangzhou Institute of technology, Zhangzhou,Fujian,363000,China)(2. Zhangzhou first Industrial technology schools,Zhangzhou,Fujian,363000,China)

Through analyses, the Low voltage power distribution system automaticswitchingdevice has many defects, Such as: Large volume、Large Power consumption、The high failure rate、lower lifetime、poor reliability、poor maintainability and so on. In order to improve the Automation level and The production efficiency, achieve the favorable Economic benefits, there the Transform for Low voltage power distribution system by FX1N-24MR PLC IS necessary

automaticswitchingdevice; PLC; reconstruction design

TM642+.2

A

1673-1417（2014）04-0020-05

10.13908/j.cnki.issn1673-1417.2014.04.0004

2014－09－16

林炳魁（1978 —），男，福建漳浦人，讲师，本科，研究方向：工业自动化。

(责任编辑：季平)