■ 常州機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 張平澤 吳志鋒

1 引言

近年來，我國經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，工業(yè)技術(shù)不斷革新和人民生活水平不斷提高，同時(shí)也對(duì)供配電系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠性提出了更高的要求。一些老的供配電系統(tǒng)存在潛在的事故隱患，因此對(duì)老的供配電系統(tǒng)特別是常規(guī)備自投控制系統(tǒng)進(jìn)行改造很有必要。

2 供配電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及備自投系統(tǒng)

2．1 供配電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

典型的供配電系統(tǒng)采用兩進(jìn)兩出加一聯(lián)絡(luò)結(jié)構(gòu)，平時(shí)由兩路進(jìn)線單獨(dú)供電，當(dāng)任意一路發(fā)生失壓（非故障跌落）時(shí)，自動(dòng)啟動(dòng)備自投，把失壓的進(jìn)線斷路器切除，然后合上母聯(lián)開關(guān)，由正常的那路進(jìn)線給兩段母線同時(shí)供電。

2．2 備自投系統(tǒng)

2．2．1 常規(guī)備自投系統(tǒng)

常規(guī)備自投系統(tǒng)一般采用電壓繼電器、時(shí)間繼電器和中間繼電器等電器元件來搭建。當(dāng)電壓繼電器檢測(cè)到進(jìn)線開關(guān)進(jìn)線側(cè)失去電壓后，時(shí)間繼電器延時(shí)，發(fā)出命令，令該進(jìn)線開關(guān)脫扣，并將信號(hào)發(fā)送給聯(lián)絡(luò)開關(guān)，聯(lián)絡(luò)開關(guān)接收到進(jìn)線脫扣信號(hào)后，自動(dòng)合閘，完成一次備自投過程。

2．2．2 備自投復(fù)位分式

（1）自投自復(fù)：當(dāng)進(jìn)線失電時(shí)，聯(lián)絡(luò)開關(guān)自動(dòng)閉合，當(dāng)進(jìn)線電壓恢復(fù)時(shí)，聯(lián)絡(luò)開關(guān)自動(dòng)斷開，進(jìn)線開關(guān)自動(dòng)閉合；

（2）自投手復(fù)：當(dāng)進(jìn)線失電時(shí)，聯(lián)絡(luò)開關(guān)自動(dòng)閉合，當(dāng)進(jìn)線電壓恢復(fù)時(shí)，手動(dòng)分?jǐn)嗄嘎?lián)斷路器然后合進(jìn)線斷路器。

2．2．3 存在不足

由繼電器搭建而成的備自投回路能夠滿足基本備自投要求。但實(shí)際應(yīng)用中，由于是采用繼電器搭建而成的系統(tǒng)，線路復(fù)雜，每多連接一根導(dǎo)線，發(fā)生故障概率就增加；同時(shí)繼電器觸點(diǎn)會(huì)發(fā)生熔焊，存出錯(cuò)可能，難以滿足設(shè)備的的可靠性與選擇性要求；而且功能單一，不能區(qū)分重要負(fù)荷，無法實(shí)現(xiàn)與主變配電所的遠(yuǎn)程通信等缺點(diǎn)。

2．3 基于PLC系統(tǒng)的備自投

近年來PLC高速發(fā)展，成本不斷下降以及它獨(dú)有的高可靠性，抗干擾能力強(qiáng)，能適應(yīng)惡劣環(huán)境，使得越來越多的備自投方案采用PLC來實(shí)現(xiàn)。本系統(tǒng)采用自投自復(fù)的備自投方案，硬件組態(tài)介紹如下：

本系統(tǒng)采用ABB公司的AC500-ECO系列PLC， CPU模塊選用PM554—T（晶體管8輸入6輸出）, 本地?cái)U(kuò)展開關(guān)量輸入擴(kuò)展選用DI561（8輸入），考慮到散熱問題PLC安裝在聯(lián)絡(luò)柜底部。

2．3．1 IO點(diǎn)分配

CPU主機(jī)上自帶IO配置

CPU自帶8點(diǎn)輸入6點(diǎn)輸出分別定義為以下信號(hào)

輸入： 輸出：

1#進(jìn)線遠(yuǎn)程就地 1#進(jìn)線分閘繼電器

1#進(jìn)線控制回路斷線 1#進(jìn)線合閘繼電器

1#進(jìn)線有壓 2#進(jìn)線分閘繼電器

1#進(jìn)線失壓 2#進(jìn)線分閘繼電器

1#進(jìn)線斷路器分閘位置 母聯(lián)分閘繼電器

2#進(jìn)線遠(yuǎn)程就地 母聯(lián)分閘繼電器

2#進(jìn)線控制回路斷線

2#進(jìn)線有壓

（因?yàn)槿±^電器分閘信號(hào)為真，故合閘信號(hào)為分閘信號(hào)取反?？紤]到以后做SCADA系統(tǒng)，PLC采集了各斷路器遠(yuǎn)程就地信號(hào)、控制回路斷線信號(hào)等，在本文中這些信號(hào)未做入邏輯）

2.3.2 CPU PM554—T本地IO硬件配置如下圖1：

2.3.2 本地輸入擴(kuò)展模塊配置如下：

輸入Input：

2#進(jìn)線失壓

2#進(jìn)線斷路器合閘位置

母聯(lián)遠(yuǎn)方位置

母聯(lián)控制回路斷線

母聯(lián)投入切除位置

母聯(lián)繼電器分閘位置

2.3.3 擴(kuò)展模塊DI561組態(tài)如下圖2（8輸入）

3 PLC備自投控制系統(tǒng)邏輯分析

3．1 自投邏輯圖（見圖3）

3．1．1 自投邏輯分析

從邏輯圖中可以看出有兩鐘情況觸發(fā)啟動(dòng)母聯(lián)自投：一段進(jìn)線失壓觸發(fā)母聯(lián)投入，二段進(jìn)線失壓觸發(fā)母聯(lián)投入。

根據(jù)邏輯可以整理出以下5個(gè)公式：

1）啟動(dòng)1#進(jìn)線分閘=（母聯(lián)遠(yuǎn)方位置∧母聯(lián)投入位置）∧1#進(jìn)線失壓2S∧2#進(jìn)線有壓∧2#進(jìn)線合閘

2）啟動(dòng)2#進(jìn)線分閘=（母聯(lián)遠(yuǎn)方位置∧母聯(lián)投入位置）∧2#進(jìn)線失壓2S∧1#進(jìn)線有壓∧1#進(jìn)線合閘

3）F1=（母聯(lián)遠(yuǎn)方位置∧母聯(lián)投入位置）∧1#進(jìn)線失壓2S∧2#進(jìn)線有壓∧2#進(jìn)線合閘

4）F2=（母聯(lián)遠(yuǎn)方位置∧母聯(lián)投入位置）∧2#進(jìn)線失壓2S∧1#進(jìn)線有壓∧1#進(jìn)線合閘

5）啟動(dòng)母聯(lián)投入=（F1∧1#進(jìn)線分閘）∨（F2∧2#進(jìn)線分閘）

3．1． 2 自投由1#進(jìn)線失壓觸發(fā)

當(dāng)母聯(lián)由1#進(jìn)線失壓觸發(fā)，在母聯(lián)投入之前必須要分段1#進(jìn)線斷路器。分段1#進(jìn)線斷路器的條件是：母聯(lián)遠(yuǎn)方位置為真，母聯(lián)投入位置為真，1#進(jìn)線失壓為真，2#進(jìn)線有壓為真，2#進(jìn)線合閘位置為真。這些條件滿足后，即觸發(fā)1#進(jìn)線分閘斷路器分掉1#進(jìn)線斷路器。此時(shí)在收到1#分閘信號(hào)后，同時(shí)F1為真，觸發(fā)啟動(dòng)母聯(lián)自投，合母聯(lián)繼電器，由2#進(jìn)線同時(shí)為一段二段供電，自投完成。

3．1．3 自投由2#進(jìn)線失壓觸發(fā)

當(dāng)母聯(lián)由2#進(jìn)線失壓觸發(fā)，在母聯(lián)投入之前必須要分段2#進(jìn)線斷路器。分段2#進(jìn)線斷路器的條件是：母聯(lián)遠(yuǎn)方位置為真，母聯(lián)投入位置為真，2#進(jìn)線失壓為真，1#進(jìn)線有壓為真，1#進(jìn)線合閘位置為真。這些條件滿足后，即觸發(fā)2#進(jìn)線分閘斷路器分掉2#進(jìn)線斷路器。此時(shí)在收到2#分閘信號(hào)后，同時(shí)F2為真，觸發(fā)啟動(dòng)母聯(lián)自投，合母聯(lián)繼電器，由1#進(jìn)線同時(shí)為一段二段母線供電，自投完成。

3．2 來電自復(fù)邏輯圖（見圖4）

3．2．1 自復(fù)邏輯分析

在母聯(lián)啟動(dòng)投入后，當(dāng)失壓信號(hào)消失后需要自復(fù)。從邏輯圖可以整理出以下5個(gè)公式：

1)啟動(dòng)母聯(lián)分閘=F3∨F4

2)F3=（母聯(lián)遠(yuǎn)方位置∧母聯(lián)投入位置∧母聯(lián)合閘位置）∧1#進(jìn)線有壓∧1進(jìn)線分閘

3)F4=（母聯(lián)遠(yuǎn)方位置∧母聯(lián)投入位置∧母聯(lián)合閘位置）∧2#進(jìn)線有壓∧2進(jìn)線分閘

4）合1#進(jìn)線斷路器=F3∧母聯(lián)分閘狀態(tài)

5）合2#進(jìn)線斷路器=F4∧母聯(lián)分閘狀態(tài)

3．2．2 1#進(jìn)線失壓?jiǎn)?dòng)自投后得電自復(fù)邏輯分析

在1#進(jìn)線失壓?jiǎn)?dòng)自投后，當(dāng)1#進(jìn)線失壓信號(hào)消失，有壓信號(hào)為真時(shí)，需要啟動(dòng)自復(fù)，在1#進(jìn)線斷路器啟動(dòng)自復(fù)前要分段母聯(lián)斷路器。分段母聯(lián)斷路器的條件是：母聯(lián)遠(yuǎn)方位置為真，母聯(lián)投入位置為真，母聯(lián)合閘位置為真，1#進(jìn)線有壓為真，1#進(jìn)線分閘位置為真，這些條件滿足后，即觸發(fā)母聯(lián)分閘就信號(hào)分掉母聯(lián)斷路器。此時(shí)收到母聯(lián)分閘信號(hào)后，同時(shí)F3為真，觸發(fā)啟動(dòng)1#進(jìn)線斷路器自投，合1#進(jìn)線斷路器，1#進(jìn)線斷路器重新為一段供電，自復(fù)完成。

3．2．3 2#進(jìn)線失壓?jiǎn)?dòng)自投后得電自復(fù)邏輯分析

在2#進(jìn)線失壓?jiǎn)?dòng)自投后，當(dāng)2#進(jìn)線失壓信號(hào)消失，有壓信號(hào)為真時(shí)，需要啟動(dòng)自復(fù)，在2#進(jìn)線斷路器啟動(dòng)自復(fù)前要分段母聯(lián)斷路器。分段母聯(lián)斷路器的條件是：母聯(lián)遠(yuǎn)方位置為真，母聯(lián)投入位置為真，母聯(lián)合閘位置為真，2#進(jìn)線有壓為真，2#進(jìn)線分閘位置為真，這些條件滿足后，即觸發(fā)母聯(lián)分閘就信號(hào)分掉母聯(lián)斷路器。此時(shí)收到母聯(lián)分閘信號(hào)后，同時(shí)F4為真，觸發(fā)啟動(dòng)2#進(jìn)線斷路器自投，合2#進(jìn)線斷路器，2#進(jìn)線斷路器重新為二段供電，自復(fù)完成。

4 安裝與編程調(diào)試

4．1 安裝注意事項(xiàng)

1）配電柜不是專業(yè)的控制柜，一般沒有通風(fēng)設(shè)備，故PLC盡量安裝在下部，不宜安裝在上面，若安裝在配電柜上部，下面的斷路器、接觸器等元器件的熱量會(huì)上升到柜子上部，容易造成溫度過高，影響PLC穩(wěn)定運(yùn)行。改造時(shí)最好加裝通風(fēng)設(shè)備。

2）PLC電源要進(jìn)行隔離，宜安裝隔離變壓器。

3）PLC要可靠接地。

4．2 編程調(diào)試

因?yàn)槭孪仍贗O配置中已經(jīng)分配好IO名稱，所以在編程時(shí)可以直接調(diào)用變量，不用重新定義。本程序多為與門和或門邏輯，采用CFC連續(xù)功能圖表編輯器編程最方便，它允許自由放置元素，允許使用反饋。這樣可以省略許多中間變量，程序讀起來也比較容易，調(diào)試也最簡(jiǎn)單。

4．2．1 編譯程序

編寫完程序后，我們需要對(duì)程序進(jìn)行校驗(yàn)。點(diǎn)擊[Project] 選擇 [Rebuild ] 或者 [ Rebuild all ] ，編程軟件可以對(duì)用戶編譯的程序進(jìn)行編譯和校驗(yàn)。如果出現(xiàn)錯(cuò)誤或警告，系統(tǒng)會(huì)在信息欄中用紅色字體提示和顯示。用戶可以根據(jù)顯示的信息和錯(cuò)誤代碼進(jìn)行相應(yīng)的修改和編譯。待編譯完畢后，需要再次重復(fù)上述步驟進(jìn)行校驗(yàn)。

4．2．2 PC與PLC通訊設(shè)置

編譯完所有的程序并校驗(yàn)無誤后，我們需要把程序下載到CPU中。這時(shí)就需要對(duì)連接方式和連接斷后進(jìn)行選擇和設(shè)定，AC500-ECO 系列CPU可以通過多種方式進(jìn)行編程連接。如：COM1口 / COM2口 （COM2口是選配，不是標(biāo)準(zhǔn)配置），本例中：我們選擇了COM1口來進(jìn)行程序連接。在主窗口界面選擇[Resource] 按鈕，進(jìn)入硬件設(shè)置界面，選擇COM1 –Online access [SLOT] (默認(rèn))?？梢詫?duì)端口的基本信息進(jìn)行設(shè)定，第一次連接PLC時(shí)波特率一定要是默認(rèn)的19200，否則無法連接。

COM1口配置完成后，需要在 [Online] 條目下的[Communication Parameters ] 通訊參數(shù)設(shè)定選項(xiàng)，進(jìn)行通訊參數(shù)的設(shè)置：在彈出的通訊參數(shù)設(shè)定窗口中：首先選擇[Gateway…]項(xiàng) ，把[Connection]項(xiàng)設(shè)定為（Local ）模式。接下來，我們就可以點(diǎn)擊[New] 選項(xiàng)來選擇相應(yīng)的通訊方式。本例中我們選擇了串口通訊方式，Serial（RS232）在選定了通訊方式后，我們可以對(duì)選定模式的通訊參數(shù)進(jìn)行設(shè)定。如果用戶選用了串口通訊方式，在設(shè)定中需要注意一點(diǎn)：要把[ Motorola byte order ] 選項(xiàng)設(shè)定為Yes 。其它的參數(shù)可以根據(jù)實(shí)際要求來設(shè)定，這里的COM2是PC的COM口，用戶可根據(jù)實(shí)際設(shè)置。

4．2．3 下載PLC程序

PC和PLC通訊準(zhǔn)備好后，點(diǎn)擊[ online ] – Login :彈出程序下載選擇界面，選擇后即可下載或連接到CPU。下載完畢后，需要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)Boot 文件。（此功能可以設(shè)定為自動(dòng)下載）

4．2．4 運(yùn)行程序

1）在[ Online ] 模式下選擇RUN選項(xiàng)，程序進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)。

2）在運(yùn)行狀態(tài)中，可以使用強(qiáng)制功能快捷鍵F7對(duì)變量進(jìn)行強(qiáng)制和釋放操作,方便調(diào)試。

3）AC500-ECO支持在線修改，在調(diào)試的時(shí)候可以很方便地修改程序。

5 結(jié)束語

當(dāng)今供配電系統(tǒng)，不再是簡(jiǎn)單的兩進(jìn)線一聯(lián)絡(luò)系統(tǒng)，許多是三進(jìn)線兩聯(lián)絡(luò)或四進(jìn)線三聯(lián)絡(luò)系統(tǒng)。若使用繼電器備自投裝置，檢修調(diào)試量大，控制功能無法修改，反應(yīng)速度慢，也無法接入SCADA系統(tǒng)，不利于實(shí)現(xiàn)變配電所“無人值班”的自動(dòng)運(yùn)行管理模式。PLC備自投系統(tǒng)減少了繼電器數(shù)量，用內(nèi)部虛擬繼電器代替實(shí)際繼電器，根據(jù)輸入信號(hào)，直接判斷是否起動(dòng)備自投，減少了中間步驟，同時(shí)能精確給出延時(shí)時(shí)間，降低了出錯(cuò)可能。還具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1）利用軟件實(shí)現(xiàn)備自投邏輯，檢修重點(diǎn)由保護(hù)單元或繼電器調(diào)試轉(zhuǎn)向在線監(jiān)測(cè)；

2）具有自診斷功能，能識(shí)別硬件異常等故障；

3）利用軟件進(jìn)行邏輯判斷，避免觸點(diǎn)配合不好導(dǎo)致備自投拒動(dòng)、誤動(dòng)現(xiàn)象的產(chǎn)生。

4）利用PLC系統(tǒng)改造的備自投系統(tǒng)還可以與SCADA系統(tǒng)通訊，在線顯示現(xiàn)場(chǎng)狀態(tài)，大大提高了系統(tǒng)的自動(dòng)化程度。

總之，通過PLC備自投方案的改造，使供配電系統(tǒng)的可靠性大大提高。

[1] Matthias Seitz(德國).可編程控制器應(yīng)用教程 ABB(中國)有限公司譯.北京:北京機(jī)械工業(yè)出版社 2009.5