浅谈PLC可编程控制器在低压配电系统控制的应用

郑秋恒

1 400V低压配电系统最常用的一次供电方案

图1 400 V低压配电系统最常用的一次供电系统

图1 是400 V低压配电系统最常用的一次供电系统，是由两台变压器、两台进线框架断路器、一台联络框架断路器、两段汇流母线、两台无功补偿柜和若干个馈电回路组成。其供电方案是由两台变压器分别向1#进线断路器和2#进线断路器供电，经过断路器控制后将各自的电源送到I段汇流母线和II段汇流母线，各馈电回路可经各自的汇流母线接受电源后再经断路器向负载供电，在两段汇流母线段各设有一组电容无功补偿柜可对电网进行无功补偿。

正常供电方案：由图1可见，两台变压器分别向两段汇流母线供电，实行分列运行。当其中一段电源出现异常（如：缺相、欠压或失压）时，将由人工控制或自动控制将电源异常进线断路器断开，之后合上联络断路器，由另一段母线对其进行供电，实行一台变压器对两段母线供电，从而保证供电可靠性。一直到异常电源恢复正常时才能恢复两段母线分列运行，即每台变压器带各自母线段负荷供电。

2 采用传统继电器控制的缺点

传统控制方案是采用普通继电器进行连锁控制，连锁触点多、接线点多、易出错，故障率非常高，尤其受设备的使用环境影响更大，具体见图2、图3、图4。由图可见，其控制原理需要很多中间继电器、时间继电器，实现的功能有限，如果当其中一个继电器故障，将可能会影响到整个供电系统的正常运行，供电质量就会受到很大的威胁，甚至导致整个系统崩溃，其后果不堪设想，可靠性令人担忧。

图2 1#进线柜原理图

图3 2#进线柜原理图

3 采用PLC可编程控制器优化控制的优点

采用PLC可编程控制器控制简化了大量的中间继电器和时间继电器，布线也简化了很多，也节省大量制作时间，分立元器件少、易检修、可靠性强、安全性好、准确性高等优点。具体详见图5、图6、图7。

4 采用PLC可编程控制器控制的原理与程序分析

（1）优化后的控制原理：见图7联络柜原理图，PLC可编程控制器通过输入接口I1～IC的信号输入，经过内部程序的运行，最终从PLC可编程控制器输出接口Q1～Q4输出分合闸指令，从而实现进线及联络柜的开关分合闸功能。

（2）PLC可编程控制器运行分析与程序分析

1）PLC可编程控制器采用施耐德公司生产的SR2-201FU可编程序控制器，根据供电方案控制系统的不同，可编制出不同程序来实现所要达到的不同控制功能。

本文所涉及到的程序是针对400V供电系统由两路进线与一台联络柜组成的供电方案进行控制。即由PLC可编程控制器来监测两路进线电源情况与两路进线断路器与一台联络断路器的运行状况来进行控制。例如：正常运行情况，将由两路进线电源分别对相应的母线供电，实行分列运行，当PLC可编程控制器监测到其中一路进线电源异常，将由PLC可编程控制器发出指令把异常回路进线断路器断开。之后再发出指令合上联络柜断路器，实现由另一路正常进线电源对两段母线同时供电，等到PLC可编程控制器监测到原异常的电源已恢复正常时，再由PLC可编程控制器发出指令将联络柜断路器断开，之后再发出指令将电源已恢复正常的进线断路器合闸，又实现了两段母线分列运行状态。见图7，通过3SA转换开关来实现进线柜和母联柜开关手动操作，停、自投不自复和自投自复功能。

手动操作：是将联络柜3SA转换开关置于手动位置，此时可以通过两台进线柜与一台联络柜面板上的分、合闸按钮进行人为的分、合闸控制。通过PLC可编程控制器程序闭锁功能的控制，实现两台进线柜和一台联络柜只能同时合两台，以防止两台变压器合环或反送电而造成事故。

图4 联络柜原理图

图5 1#进线柜原理图

图6 2#进线柜原理图

停：是切断PLC可编程控制器的工作电源，禁止一切操作。

自投不自复：在正常分列运行的线路，当其中一路电源出现异常时，由PLC可编程控制器发出信号将异常回路断路器断开，合上联络柜断路器，当异常电源恢复正常时，PLC可编程控制器不会发出信号将系统转回到分列运行状态，此时只有将3SA转换开关切换到手动功能才能解锁进行操作。

自投自复：在正常分列运行的线路，当其中一路电源出现异常时，由PLC可编程控制器发出信号将异常回路断路器断开，合上联络柜断路器，当异常电源恢复正常时，PLC可编程控制器将发出信号把联络柜断路器断开，经延时后再发出信号将已恢复正常电源的进线断路器合闸，把供电方案又转回分列运行状态。

2）PLC可编程控制器编写程序控制图的输入与输出（即I/O接口）功能表与控制程序如图8所示，PLC可编程控制器各输出信号与输入信号及所相对应的功能一一对应。

图7 联络柜原理图

PLC可编程控制器程序分析：由程序表得知进线柜和联络柜的分合闸条件如下：

1#进线柜断路器合闸条件：手动时，PLC可编程控制器I3输入接口有输入（即1#进线柜有合闸信号）→I8输入接口无输入（即联络柜断路器处于分闸状态）→IB输入接口无输入（即3SA转换开关不是置于自动动状态）→IC输入接口有输入（即3SA转换开关置于手动状态）→I2输入接口无输入（即I段进线电源有电）→I1输入接口无输入（即1#进线断路处于分闸状态）→I9输入接口无输入（即联络柜断路器无故障）。满足前面所有条件时，PLC可编程控制器将输出出口Q1闭合，使1#进线柜断路器合闸。自投时，PLC可编程控制器IB输入接口有输入（即3SA转换开关置于自投状态）→同时满足手动合闸所有条件→PLC可编程控制器经延时2 s（可调）后将出口Q1闭合，使1#进线柜断路器合闸。

图8 程序控制图

1#进线断路器分闸条件：手动时不受PLC可编程控制器控制，由本柜的分闸按钮进行分闸。自动时，当PLC可编程控制器检测到I1、I5、I8输入接口同时有输入时（即两台进线断路器和母联断路器同时合闸），或者I2/I6输入接口有输入时（即本柜的电源有异常时），PLC可编程控制器经过延时0.5 s（可调）后将输出出口Q2闭合，使1#进线柜断路器分闸。

2#进线柜断路器分合闸与联络柜断路器的分合闸的控制略同于1#进线柜断路器，只是输入、输出接口位置不同。

5 采用PLC可编程控制器控制的效果

自运用PLC可编程控制器控制至今，本公司已成功运用了数百套PLC可编程控制器自动控制方案，效果十分显著。PLC可编程控制器的运用具有可靠性强、安全性好、准确性高等优点，从而提高了工作效率与社会经济效益，是一种经济又实用的自动控制方案。投入运行数年以来，设备运行稳定，更能满足无人值班的综合自动化控制的要求，得到很多用户和各界人士的好评。

6 结束语

只要在日常生活、生产中，勤发现、勤思考、勤动手，认真对待出现的问题，勤于思考、慎重分析，将不断优化控制方案和解决所遇到的问题，这样不仅对于企业来说可以节省很多的投资费用以及因设备故障所造成的经济损失，而且对于自身素质和实际能力及水平都会有相应的提高。