基于PLC的低压二次辅助装置的设计与实现

陈涛+贾卫

摘要：本文介绍了一种用于电力低压进线柜二次回路的辅助装置，此辅助装置主要功能是为低压进线开关合闸线圈和欠电压脱扣器制造一个延时，使得低压进线开关能够更好的按照原二次回路动作。同时，此辅助装置还能够对低压进线开关进出线两端电压的A、B、C三相进行显示且当开关出线端缺相或断电时声光报警。

关键词：低压二次；PLC；辅助装置；设计

中图分类号：TG233.1 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2017）06-0017-03

可靠的电力供应是保障卫星地球站节目上行中的重要环节之一。本文主要针对我站低压进线柜开关在外电瞬间闪断或电压波动时，开关欠电压脱扣器动作，但是高压正常后，低压开关有时会出现不自动合闸的情况，分析原因及改进方案，最终采用设计一个基于PLC的电路与原有的二次回路相结合的方法解决此问题，并添加了电压显示及报警功能。

1 辅助装置实现的功能

我站使用的低压进线柜开关是SACE公司的Megamax F系列空气开关。此开关在使用中发现会出现当外电瞬间闪断或电压波动后，低压开关有时会有不自动合闸的情况。分析开关的二次回路，同时查阅开关的说明书，发现发生这种情况的原因是开关的合闸线圈与欠电压脱扣器之间未满足30ms的延时，此时开关处于跳闸闭锁状态。要解决开关不自动合闸的问题，需要满足一个条件，即当合闸线圈和欠电压脱扣器共用一个电源时，欠电压脱扣器和合闸线圈要有一个30ms以上的延时。我站的工艺低压供电为双电源单母线分母运行，开关分为1TM、2TM、母联、油机四个开关组成，日常运行中1TM开关、2TM开关合闸，母联开关、油机开关分闸，为了保证低压开关之间的关系，确保电力可靠运行，进线开关必须要设置欠电压脱扣器。

我站低压开关的部分二次回路如图1所示，此图为低压二次回路的合闸回路与失压脱扣回路，由于开关能够很好的完成失压脱扣动作，所以本次设计针对二次合闸回路进行分析、设计。

辅助装置的主要功能是为了解决外电闪断或电压波动时，低压进线开关不自动合闸的问题。根据分析，只要保证开关的合闸线圈与失电压脱扣器之间的上电延时（大于30mS），即可满足要求。同时，可以依靠PLC的外接硬件及相应的软件设计，增加开关进出线两端A、B、C三相电压指示和开關出线侧电压缺相或断电报警功能。电压显示和报警功能能够对日常的巡视、维护、故障判断提供帮助。

2 设计过程

二次回路辅助的装置在设计时，首先要考虑的是：（1）不能破坏原有的低压二次回路，保障二次回路工作正常。（2）辅助设备使得低压二次回路满足欠压脱扣器和合闸线圈的30ms以上的延时要求，使得保证低压进线端电压正常后低压开关可以自动合闸，保障电力及时恢复正常。（3）电压显示及报警功能。

低压二次辅助装置基于PLC（Programmable Logic Controller，可编程控制器）设计。主要是因为PLC采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数等操作命令，并能够通过开关量或者模拟量输入和输出，方便灵活。同时PLC具有可靠性强、功能完善、易学易用等特点。

2.1 设计分析

当出现高压瞬间闪断或者电压波动，造成低压开关脱扣器动作后，即使低压进线端电压恢复，低压开关却不自动合闸时，此时开关进线端（变压器侧）电压正常，开关出线端（负载侧）无电压。根据此现象，依据检测开关进出线两端电压情况来设计辅助装置。

日常工作中，图1合闸回路中的万能开关（手动、1KK、自动）处于“自动”状态，设计的辅助装置针对这个“自动”二次回路进行设计：将图1中的粗线分断，线缆将两端分别接入一个继电器的常闭触点两端，当开关的进出线两端电压正常时，继电器不动作，当PLC检测到开关进线端电压正常而出线端无电压时，输出信号使继电器动作，继电器常闭触点断开，PLC内置程序使继电器延时保持一段时间后，继电器线圈失电，常闭触点闭合，保证合闸回路与失压脱扣器之间的延时要求，从而使开关完成自动合闸动作，确保负荷供电正常。

PLC输出可以根据需要接黄色、绿色、红色的三相指示灯，可以显示低压开关的进线端及出线端电压情况，同时输出端接24V蜂鸣器，当出线端电压出现缺相或者断电时报警提醒。

2.2 具体设计

此设计采用施耐德的TWIDO系列PLC型号是TWDLCDA40DRF，此PLC的特点是：供电采用24VDC，功率30W，通过串口与计算机通信进行编程等操作，具有24路开关量输入和16路开关量输出等。

由于PLC的输入必须是24V的直流电，所以首先要设计一个电路将开关出线端的220V交流电转变为24V的直流电。此电路需要变压器、整流桥、电容、电阻。

首先测量PLC输入端口的等效电阻约为40KΩ，所以电路的放电电阻选择为1KΩ左右，本次选择1.5KΩ电阻。由于选择了较大的放电电阻，同时考虑到交流电整流、滤波后的电压最大值为：交流有效值Χ1.414，所以采用输入220V，输出18V的变压器，即当采用18V输出的变压器经整流、滤波电路后能够达到的电压最大值约为25.5V。为了保证直流信号的可用性，采集过程中不发生误判，整流桥采用全波整流桥KBP210。为了能够得到较大的输出直流电压，电容采用100μF电容（耐压50V）。设计电路的具体电路图如图2所示，实际电路焊接完成后，测量其输出端的直流电压约为21V，满足PLC的输入要求。

将图2的信号采集电路与PLC相连，PLC的输出接24V继电器的线圈两端，输出接上带电指示灯及蜂鸣器，即可完成硬件设计，硬件的电路图如图3所示（针对一个低压开关的设计）。

将设计电路图的24V继电器的辅助触点接入图1中，如图4所示，然后对PLC进行编程，可以满足设计的硬件要求（图4中的加粗常闭开关是24V继电器的常闭触点）。

2.3 软件设计

软件设计过程中首先要设定使用PLC的型号，PLC与计算机的通信方式及连接方式，然后根据输入、输出变量的端口进行梯形图编程工作。

图3所示的完整设计中，各个变量的名称和其在PLC梯形图中的对应的变量关系如表1所示。PLC的软件设计主要用梯型图进行编程，软件设计思想是当PLC输入信号中的开关进线3个信号为1，出线3个信号变为0时，Q0.2输出置1，即输出接的24V继电器线圈上电，常闭触点断开，延时后失电，常闭触点闭合，完成开关的合闸线圈与失电压脱扣器的延时要求。

PLC的延时通过PLC内部定时器%TM来实现。%TM定时器有TON（延时导通定时器）、TOF（延时关断定时器）、TP（脉冲发生定时器）三种类型。本次设计采用TON定时器。PLC的定时器有五种时基，分别是1毫秒、10毫秒、100毫秒、1秒、1分钟，可通过设定值来具体设定。查看1TM及2TM的二次回路的延时继电器延时为9秒，低压母联开关的二次回路的延时继电器延时为15秒，为了保证二次回路的正常工作，设定PLC的定时器时间为1秒，同时可以满足开关的合闸线圈与失压脱扣装置30ms的延时要求。

其它显示和报警功能也通过PLC的梯型图软件功能实现，完整的PLC软件程序如图5所示。最后需要注意一个软件小设定，为了保证PLC断电后的自动运行程序，需要在“程序”菜单的“扫描方式”中工作模式勾选“自动运行”功能。

3 结语

该辅助装置实现了相关功能，很好的保障了电力系统的可靠运行。通过改造的实践工作，进一步的学习了低压系统的二次回路及进线柜开关的工作原理，提高了维护水平和动手能力，增强了设备运行的稳定性。

同时此辅助装置还可以连接一个上位机，通过在上位机中使用MCGS软件，设置与PLC输入、输出变量对应的变量数据，对需要保留的数据进行存盘，为做好日常维护工作提供资料。endprint