基于PLC的电气设备状态维修方法

新余钢铁集团有限公司自动化部 付志刚

1 PLC的基本概念与应用现状

P LC(Programmable Logic Controller PLC)就是可编程控制器。在过去30年的发展历程中，PLC经历了不断的进化与革新，汲取了工业生产新经验与技术的融合，逐步加深了自身的系统开放性。如今新的PLC技术不但在传统PLC上加增了控制组态软件，还完全实现了自动化应用，且应用范围也在不断扩大。21世纪以来PLC已与CAD/CAM及机器人并称为机械自动化领域的三大技术，它们支撑着自动化工业的发展。

PLC作为一种可编程的电子控制系统，在实际的工业生产中主要应用于设计诸如数字运算电子操作系统这样的复杂程序，同时还能负责可编程程序内部的存储器运行，如逻辑运算、定时计数、顺序控制等操作指令的发出。PLC是通过系统中数字量与模拟量的双向输出输入来控制机械运行的，所以总体来说PLC综合了计算机、自动控制和电子通讯功能，是三位一体的融合性产业技术。由于它具有着强抗干扰能力与极高的稳定性，能任意组合和随时编程，运行维护也较为方便，所以已成为自动控制领域中不可或缺的部分，为现代化工业的自动化发展提供着最有力的技术应用与安全保障。

2 基于PLC的电气设备状态检修技术应用思路与技术应用

2.1 技术应用的基本思路流程

针对电气设备状态展开检修技术，其中应用到大量PLC技术，以下首先介绍电气设备的状态检修内涵与操作流程。电气设备状态检修主要围绕设备安全、运行环境为基础展开，主要内容包括了状态评价、状态风险分析与评估、结合相应技术手段展开试验与检修，确保电气设备安全运行。在该过程中，利用PLC的可视化、非表定性技术内容展开状态检修，其核心思想就是基于指定时间来确定设备实际运行状态，然后提出状态检修的具体目标，提高设备整体运行可靠性，它的基本技术操作流程应参考如下：设备信息收集→设备状态评估→风险评估→检修策略展开→检修计划→检修实施→绩效评价[1]。

2.2 辅助决策系统技术应用分析

在利用PLC所展开的状态检修技术应用过程中，供电企业应根据其状态检修技术应用流程研发一套PLC状态检修辅助决策系统，如此可提高电气设备的日常检修效率与检修质量。大体来讲电气设备状态检修的辅助决策系统技术应用要点应围绕以下两条展开。

2.2.1 PLC状态检修辅助决策系统的基本结构

在电气设备的状态检修辅助决策系统应用过程中，主要围绕生产管理系统展开，主要对设备台账的管理运行、检修以及缺陷信息补漏内容进行分析，建立GIS、PLC信息定位系统，同时辅助建设智能选差系统与在线监测系统，如此扩展输电线路状态检修过程，构建一套完整的状态检修辅助决策功能系统，对设备运行状态作出健康综合评定。该系统在预测设备可能存在的风险方面是表现突出的，也建立了设备风险等级检测系统[2]。

2.2.2 PLC状态检修系统功能应用

基于PLC的状态检修辅助决策系统中包含了4项主要功能，分别是设备缺陷试验、检修、查询功能系统，监测预警功能系统，状态诊断功能系统及风险评价功能系统。监测预警功能系统利用PLC的智能化、可视化操作可做到实时动态监测状态量指标变化，并进行科学评定，对超出设备状态阈值范围的劣化指标进行诊断分析，时刻了解电气设备的运行状态与可能存在的故障部位，查明原因后提出电气设备故障的预警规则内容，并第一时间预警警告[3]。

状态诊断模块主要利用诊断预警模块对预警信息进行分析，对电气设备已出现的故障状况进行评定分析。为此该模块可提出故障处理状态分析策略以及其它设备的恢复参考方案[4]；风险评价模块是整个系统的核心组成部分。在针对电气设备所存在的潜在内部风险与威胁进行识别分析过程中，分析资产的损失与威胁发生可能性。主要通过风险评价模型来客观评价电网电气设备风险等级，保证启用状态评价分值ISE技术体系，主要用来辅助技术人员对电气设备风险值与故障率进行查看与总结，其整体看具有一定的实践应用便捷性[5]。

2.3 电气设备中变压器局部放电以及绕组变形的PLC状态维修技术应用

2.3.1 电气设备中变压器局部放电的PLC状态维修技术应用

如从变电站电气设备外部向变压器施加高强度电压，变压器就会出现由变压器油所引发的局部放电现象，其放电量最低也会达到2000V以上，最高可达到几十万皮库，破坏威力相当之大、不容小觑。在变压器局部发生上述较强放电效果后，电气设备的绝缘部分就会严重受损，直接导致变压器油迅速亏空，变压器内部也会因此而产生大量气泡，进一步逐渐形成高分子蜡状物，这也是导致变压器出现故障的主要原因之一。

就目前已有的电气设备变压器状态维修技术而言，脉冲电流法可尝试。因为该方法能实现对变压器较小规模局部放电的有效监测，但该方法易受外界电磁环境干扰影响。再者是超声波法，主要采用超声波传感器技术对变压器局部放电超声压力波进行实时监测，它的抗电磁干扰能力非常强。当然，该技术方法必须考虑PLC技术对变压器内部绝缘环境声波的吸收与散射调整，因此它的整体监测灵敏度并不高，易受机构振动而产生不良干扰影响，所以要深入分析PLC技术与上述技术内容的融合应用方法，做到防患未然。

就目前看来，采用脉冲电流法配合PLC技术应用可实现对变压器局部放电的有效管理与调整。它首先利用PLC快速监测变压器内部情况，了解变压器内部所发生的局部放电情况，另外可参考变压器中性点与外壳接地线展开分析，进一步安装Rogowsky线圈，主要对电流脉冲内容进行实时动态监测。再者，利用PLC连接检测器与变压器高压套管位置也可实现对变压器局部放电电流脉冲的有效检测[6]。

参考图1内容，可利用PLC对变压器中的脉冲极性内容进行鉴别，如此可有效抑制变压器外部干扰脉冲问题，具体来说可参考以下科学原理展开分析：图1中有两套设备Cx1和Cx2，两套设备以外的干扰信号在两设备变压器电容中会产生同向脉冲电流，且二者放电所产生的脉冲电力恰好是反向的。这一点说明了两套设备中的传感器TA1和TA2所采用的是双路信号，双路信号都通过放大器适当放大，且分别进入到正负极性门之中，分别为+、-、+、-。在极性门中脉冲整理与宽度逻辑电平会被不断放大，所有逻辑信号都会在两两相吸作用下控制电子门开关，放过信号内容，控制局部放电效果，另外也能做到对干扰信号的有效抑制。

图1 变压器脉冲极性鉴别系统示意图

2.3.2 电气设备中变压器绕组变形的PLC状态维修技术应用

通过变压器绕组变形设计出口短路位置，分析电路运输冲击情况，可确保电路绕组在发生一定程度位移后改良变压器运行状态，解决其状态不可逆问题。因此当变压器绕组变形后，需采用到PLC技术展开状态检测过程，利用在线检测技术对变压器绕组变形问题进行分析，具体就是采用到PLC短路阻抗在线测量方法，该技术专门采用到单相双绕组变压器实施短路阻抗在线测量。其中要分别设置TV1、TV2两个互感器作为变压器的一次、二次侧连接电压互感器，再设置两个电流互感器，如果出现短路电抗时如下：Xsh=X1+X12。

需相应利用到短路电抗法、并给出两种假设情况：假设变压器在生产运行过程中励磁电流始终不变；假设电流互感器与电压互感器在运行过程中误差始终不变。PLC状态维修要保证两种假设情况全部都满足，届时继续计算短路电抗应为[7]：

上述内容可结合变电站110kV变压器进行分析，了解短路电抗情况，追求实现在线测量过程。操作过程中要针对变压器中的绕组短路电抗展开实时分析，利用PLC技术进行高精度测量即可。该测量可有效判断变压器中电抗变化量，确保利用PLC实现状态维修过程，动态观察并明确绕组变形程度。另外，在状态维修中还利用到了SCI法科学判断短路电抗变化量及它与绕组变形间的相互关系，为设备在线监测技术内容给出有价值参考依据。

3 基于PLC的电气设备状态检修技术应用案例简析

某变电站电气设备出现信号输入传感器故障、电气线路故障及动作执行模块故障，所以变电站打算采用PLC配合电气设备状态检修技术展开分析。争取做到对故障位置的快速定位判断，同时提出故障处理方法[8]。

首先是故障定位，利用PLC可视化、智能化技术应用内容进行传感器逻辑编程信息定位，配合触屏相关参数丢失情况设置外围程序判断分析故障问题。在定位故障过程中，判断输入输出点X/Y，结合运动控制传感器高速脉冲输出情况，利用PLC调用程序内容判断高速脉冲实际输出内容。通过判断结果分析，可将故障定位于PLC高速脉冲输出口位置，发现其Y0/Y1位置已经损坏导致设备无法移动，而触屏参数严重丢失，自动运行模式陷入瘫痪。上述故障定位采用状态检修模式，充分利用了PLC技术内容，确保为故障处理阶段技术应用奠定基础。

其次是故障处理。分析告诉脉冲输出口Y0、Y1损坏情况，采用伺服电机作为单轴运动控制，了解到触屏运动控制参数丢失需采用到参数位置基准减速比内容，结合参数后期微调使用来建立速度补偿机制，可将机制指标设置为0，再对后期微调使用参数进行分析，结合脉冲移动量分析脉冲序列，分析运动过程脉冲程序，具体故障分析公式为[9]：脉冲频率速度=（运行速度×周脉冲×减速比）/丝杆螺距。同理，也可通过该公式演变计算故障距离，深入分析故障状况。最后要更换PLC，重新设置触摸屏参数，并对电气设备上电进行二次实验，设置设备运行速度应该在0.010m/s，保持其运行距离在100mm。另外也要基于其它参数对设备外部硬件进行故障排查，如分析其设备在运行控制中所体现出的脉冲当量内容和脉冲移动量内容，分析程序运动控制机制，提出程序控制参数距离计算过程。在如上状态维修基础之上，再次观察其在自动运行状态下设备移动距离与时间设置匹配是否到位，完成故障处理过程。整体来说，针对输入传感器所展开的故障维修主要运用到了PLC动态监测技术，在故障发生后则采用了其它故障维修技术，真正做到了状态动态维修处理。

就目前看来，利用PLC技术设备良好的智能化、高逻辑性与可视化优势可针对变电站电气设备展开状态维修，实施在线动态监测，第一时间发现电气设备故障问题并予提出故障维修方案，予以解决。本文中也就这一问题展开了相近分析，希望通过PLC做到动态优化处理，提高变电站中各种电气设备的运行维护效率，保证设备中常用电子元器件维修到位，故障处理得当，构建灵活有序的电气设备维修机制，为变电站日常生产运行提高效率，节约成本，从整体层面上提质增效。