PLC型低壓備自投裝置

摘 要：為了解決因供電公司在進行配電室高壓柜和變壓器檢修時，造成短時停電，給用戶造成一定損失的問題，供電公司與ABB公司，施耐德公司共同研制了帶有合環(huán)選跳功能的PLC型低壓備自投裝置，該裝置可以做到0秒倒閘，徹底解決了檢修時短時停電的問題。該文從低壓備自投裝置PLC的要求、設備規(guī)范、設備性能與功能要求以及保修期及售后服務等四個方面詳細介紹了PLC型低壓備自投裝置。與傳統(tǒng)的低壓備自投裝置相比，該裝置引入了可編程控制器（PLC），實現(xiàn)了0秒倒閘，具有更高的靈活多變性和可靠性。

關(guān)鍵詞：PLC型 低壓備自投 倒閘

中圖分類號：TM7 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2012）12（c）-00-02

供電公司在進行配電室高壓柜和變壓器檢修時，要先停掉待檢修段低壓母線，再合上低壓聯(lián)絡開關(guān)，這樣會造成檢修段母線短時停電。用戶提出，由于短時間停電造成計算機數(shù)據(jù)丟失等問題，要求賠償。為保證供電的可靠性，當工作電源失去電壓時，備用電源由自動裝置立即投入，從而保證供電的連續(xù)性，這種自動裝置稱為備用電源自動投入裝置，簡稱備自投。傳統(tǒng)的備用電源自動投入裝置采用各種繼電器、接觸器、開關(guān)及觸點，根據(jù)不同的運行方式構(gòu)成相應的備自投回路，其特點是價格便宜但設備體積大，開關(guān)動作慢，功能較少，接線復雜，觸點易損壞，改接麻煩，靈活性較差。近幾年普遍采用的是微機型備用電源自動投入裝置，其特點是有完善的故障邏輯判別和可靠的故障響應，維護方便，但一般采用預制的模式，只能用于典型的進線自投或分段自投。隨著現(xiàn)代電力工業(yè)的發(fā)展和電網(wǎng)的建設改造，電力系統(tǒng)的規(guī)模越來越大，結(jié)構(gòu)越來越復雜，性能要求越來越高，備用電源自動投入裝置的邏輯關(guān)系也越變復雜。傳統(tǒng)的備用電源自動投入裝置和微機型備自投裝置（即預制的模式）已很難滿足現(xiàn)場的要求。可編程控制器（PLC）是以微處理器為基礎(chǔ)，綜合了計算機技術(shù)、半導體集成技術(shù)、自動控制技術(shù)、數(shù)字技術(shù)和通信網(wǎng)絡技術(shù)發(fā)展起來的一種通用工業(yè)自動控制裝置。該裝置采用可編程控制的存儲器存儲用戶指令，用軟件編程實現(xiàn)確定的邏輯、順序、定時、記數(shù)、運算和一些特定的功能，通過數(shù)字或模擬量的輸入/輸出來控制各種類型的生產(chǎn)過程。相比繼電器控制，具有通用性強，靈活性好，接線簡單，功能強，易擴展，可靠性高，抗干擾能力強，定時準確，定時范圍寬等優(yōu)點，從而逐步取代了傳統(tǒng)的繼電器控制。由PLC構(gòu)成的備用電源投入裝置相對靈活、多變，可根據(jù)電力系統(tǒng)的運行方式，通過編程完成各種復雜的邏輯和功能，最大限度的滿足不同的現(xiàn)場要求。

1 PLC型低壓備自投裝置介紹

該文從低壓備自投裝置PLC的要求、設備規(guī)范、設備性能與功能要求以及保修期及售后服務等四個方面詳細介紹了PLC型低壓備自投裝置。

1.1 低壓備自投裝置PLC總體要求

低壓母聯(lián)柜裝設PLC型低壓備自投裝置，具備自投、自復和合環(huán)操作功能。備自投裝置裝設“自投自復”、“自投手復”、“手動”、“合環(huán)”、“遠方就地”五種功能狀態(tài)的位置選擇開關(guān)，裝設合環(huán)轉(zhuǎn)換開關(guān)選掉381、382、345。

1.1.1 自投、自復功能

自投：一路電源失壓，進線開關(guān)延時t1秒掉閘，母聯(lián)開關(guān)延時t2秒合閘。時間整定的原則為延時掉閘時間應躲過10kV母聯(lián)自投時間和開關(guān)固有動作時間，建議t1設定為5秒，t2設定為0秒。當進線斷路器因過載或短路故障掉閘時，應閉鎖母聯(lián)斷路器自投。

自復：電源檢測有壓時，母聯(lián)開關(guān)延時t3秒掉閘，進線開關(guān)延時t4秒合閘。一般情況應將“自復”功能停用。

1.1.2 合環(huán)操作功能

為減少倒閘操作給用戶造成的影響，該裝置具備在合環(huán)電流保護下進行合環(huán)倒閘操作的功能。具體操作方式為將位置選擇開關(guān)打到合環(huán)位置，投入到相應的轉(zhuǎn)換開關(guān)位置。

合環(huán)電流保護定值整定的原則，為降低對10 kV電網(wǎng)的影響，時間應盡量短，在滿足CT傳變特性的前提下，應盡量讓合環(huán)電流保護動作跳開選掉開關(guān)。電流定值設為400 A，時間定值設為0 s。合環(huán)電流小于400 A時，應手動拉開選掉開關(guān)。

1.1.3 遠方控制功能

位置選擇轉(zhuǎn)換開關(guān)選定遠方位置時，本地操作無效，裝置根據(jù)后臺系統(tǒng)指令進行自投狀態(tài)的調(diào)整。

1.1.4 閉鎖

在正常工作狀態(tài)下，兩路低壓主進斷路器與母聯(lián)斷路器之間，應設有防止電源合環(huán)的聯(lián)鎖程序，由自投控制裝置實現(xiàn)；在合環(huán)操作狀態(tài)下，聯(lián)鎖程序可由自投控制裝置解除。

當381、382、345斷路器任何一臺出現(xiàn)故障，系統(tǒng)將處于故障狀態(tài)，在這種情況下任何投入操作都被禁止，但依然可以做分斷操作。同時故障復位按鈕的紅燈亮，顯示為鎖定狀態(tài)。待故障排除后，首先對斷路器進行手動復位，再用復位按鈕進行系統(tǒng)復位。按下復位按鈕后，如果當時無故障，紅燈才自動熄滅，恢復正常。

1.1.5 裝置的要求

PLC型低壓備自投裝置對裝置的要求包括四個方面：（1）裝置核心元件（PLC）應選用具有成熟運行經(jīng)驗的國際品牌或同等檔次產(chǎn)品；（2）裝置中電壓、電流、時間等繼電器應為內(nèi)置的電子繼電器，并應與PLC裝置具備相同的可靠性和壽命；（3）裝置應具備RS485通訊接口，可滿足多種通訊方式的要求；（4）裝置采用面板嵌入式，安裝在低壓母聯(lián)柜。

1.2 設備規(guī)范

（1）設備名稱：0.4 kV PLC型低壓備自投裝置。

（2）設備規(guī)格：門開孔尺寸：324（寬）×135（高）。

（3）使用環(huán)境條件包括：

海拔高度：≤1000 m；

環(huán)境溫度：-25 ℃～+55 ℃；

相對濕度：30～95%，無凝結(jié)；

抗震能力：地面水平加速度為0.3 g；地面垂直加速度為0.15 g；同時作用持續(xù)三個正弦波、安全系數(shù)為1.67；

最大日溫差：25 ℃；

安裝位置：戶內(nèi)。

（4）使用運行條件包括：

額定電壓：交流100～240 V，直流24 V；

最大瞬態(tài)電流：40 A；防護等級：IP20；

抗沖擊：147（15 gn）m/s2，11 ms；

處理時間：1000條邏輯指令需時1 ms。

通訊：端口類型：RS485，可增加串口適配器；通訊協(xié)議：Mod Bus主/從RTU，ASCII字符模式。

直流輸入特性：輸入通道數(shù)量：14；額定輸入電壓：24 VDC（20.4–28.8 V）；額定輸入電流：對IO.0和IO.1為11 mA，對其他輸入IO.1為7 mA；輸入阻抗：對IO.0和IO.1為2.1 kΩ，對其他輸入IO.1為3.4 kΩ。

輸出特性：輸出數(shù)量：10；輸出電流：每個通道：2 A，每個公共端：8 A；負載（阻性、感性）：2 A/交流220 V或2 A/直流30 V（最大操作1800次/小時）；端子絕緣電壓：1500 V AC，1分鐘。

使用壽命：電氣壽命，最小100，000次操作；機械壽命，最小20×106次操作。

1.3 設備性能與功能要求

1.3.1 裝置面板元器件布置

PLC裝置面板上共設置5個元器件，分別為：功能轉(zhuǎn)換開關(guān)、合環(huán)選掉轉(zhuǎn)換開關(guān)、PLC裝置運行指示燈（或液晶屏幕）、故障報警指示燈及復位按鈕、電流定值調(diào)整裝置。

（1）功能轉(zhuǎn)換開關(guān)

功能轉(zhuǎn)換開關(guān)設置五個位置：“自投自復”、“自投手復”、“手動”、“合環(huán)”“遠方控制”。

（2）合環(huán)選掉轉(zhuǎn)換開關(guān)

為了節(jié)省面板上位置，不設置選掉壓板，選掉使用轉(zhuǎn)換開關(guān)。轉(zhuǎn)換開關(guān)設置三個位置：“選掉381”、“選掉382”、“選掉345”。

（3）PLC裝置運行指示燈（或液晶

屏幕）

（4）故障報警指示燈及復位按鈕

（5）電流定值調(diào)整裝置

電流定值調(diào)整裝置面板上，應采取可靠措施防止誤操作。時間定值不設調(diào)整裝置，但在程序中要實現(xiàn)可調(diào)。

1.3.2 功能實現(xiàn)

自投控制裝置主要由可編程控制器（PLC裝置，國際品牌或合資）、電路板及合環(huán)電流保護繼電器等組成，根據(jù)采集的開關(guān)量信號，通過預輸入程序完成自投相關(guān)邏輯判斷、執(zhí)行分、合閘操作命令，實現(xiàn)兩路進線及母聯(lián)斷路器的電氣聯(lián)鎖、故障掉閘時的閉鎖、分合閘操作延時時間可調(diào)等功能。

自投控制裝置在電源處于任何狀態(tài)下應保證穩(wěn)定、可靠。如兩路進線均失電，自投控制裝置應保持失電前進線及母聯(lián)斷路器的分合位置；恢復供電后自投控制裝置應自動恢復失電前的工作狀態(tài)。

當進線及母聯(lián)斷路器任一臺出現(xiàn)故障掉閘，由PLC發(fā)出信號，鎖定進線及母聯(lián)斷路器禁止合閘。

自投控制裝置安裝在母聯(lián)柜二次儀表室內(nèi)，可根據(jù)要求增加通訊串口，實現(xiàn)通訊功能，上傳自投投退及自投動作信號。

在需要進行合環(huán)操作的情況下，應在母聯(lián)柜裝設合環(huán)電流保護裝置（由自投控制裝置內(nèi)的PLC，合環(huán)選掉轉(zhuǎn)換開關(guān)、合環(huán)電流保護繼電器等組成），并具備合環(huán)選掉功能。合環(huán)電流保護功能的實現(xiàn)由自投控制裝置的PLC完成。

PLC裝置需實現(xiàn)自檢功能。當發(fā)生故障報警后，無法確定故障造成的原因（如二次線故障還是PLC裝置故障時），需利用自檢裝置對PLC裝置進行自檢，以判斷PLC裝置是否異常。自檢裝置的檢測口建議放在裝置側(cè)方。

有關(guān)無壓掉判據(jù)，取消381、382柜內(nèi)無壓掉的繼電器，無壓掉判據(jù)及功能均由PLC裝置實現(xiàn)。381、382無壓掉判據(jù)增加為兩個，均取自主開關(guān)上口，且不同的判據(jù)盡量采用不同的回路，以確保無壓判據(jù)的正確性。

PLC裝置應能實現(xiàn)雙路斷電后，仍能實現(xiàn)故障信號的上傳。

PLC裝置應能實現(xiàn)故障紀錄功能，記錄之前發(fā)生的動作情況以及合環(huán)電流值，可以現(xiàn)場查閱，也可根據(jù)需要經(jīng)通訊口上傳。

合環(huán)動作電流及時間。合環(huán)動作電流參考值為400 A，動作時間參考值為0 s。合環(huán)電流及時間均應可設定，并分級連續(xù)可調(diào)。

1.3.3 工作狀態(tài)描述

（1）自投：兩路電源供電，當任一臺配電變壓器低壓出口無壓時，延時t1掉開其主進線斷路器，延時t2后合母聯(lián)斷路器。

（2）自復：自投動作后，失壓側(cè)的配電變壓器低壓出口電壓恢復，延時t3掉母聯(lián)斷路器，延時t4合其進線斷路器。

（3）當主進線斷路器因超載或短路故障掉閘時，應閉鎖母聯(lián)斷路器自投。

（4）各延時定值（t1、t2、t3、t4）通過預輸入程序設定，并通過程序的修改完成定值調(diào)整。

（5）閉鎖。在正常工作狀態(tài)下，兩路低壓主進斷路器與母聯(lián)斷路器之間，應設有防止電源合環(huán)的聯(lián)鎖程序，由自投控制裝置實現(xiàn)；在合環(huán)操作狀態(tài)下，聯(lián)鎖程序可由自投控制裝置解除。

當381、382、345斷路器任何一臺出現(xiàn)故障，系統(tǒng)將處于故障狀態(tài)，在這種情況下任何投入操作都被禁止，但依然可以做分斷操作。同時故障復位按鈕的紅燈亮，顯示為鎖定狀態(tài)。待故障排除后，首先對斷路器進行手動復位，再用復位按鈕進行系統(tǒng)復位。按下復位按鈕后，如果當時無故障，紅燈才自動熄滅，恢復正常。

（6）合環(huán)操作

自投控制裝置在選定“合環(huán)”工作狀態(tài)且通過合環(huán)選掉轉(zhuǎn)換開關(guān)接通回路時，可進行低壓合環(huán)操作。此時電氣聯(lián)鎖程序解除。

自投控制裝置進行合環(huán)操作時應具有合環(huán)電流保護及選掉功能，通過合環(huán)選掉轉(zhuǎn)換開關(guān)實現(xiàn)。

自投控制裝置應具備對合環(huán)電流的檢測功能，并在合環(huán)電流超過預設定值（現(xiàn)場可調(diào)）時延時（通過程序修改可調(diào)）掉開選掉的進線或母聯(lián)斷路器。

1.4 保修期及售后服務

在遵守保管、安裝、使用和運行規(guī)則的條件下，自供貨之日起的5年內(nèi)，產(chǎn)品因制造質(zhì)量不良或器件選擇不當發(fā)生損壞或不能正常運行時，制造廠有責任及時為用戶免費調(diào)試、修理或更換元器件；保修期外，制造廠有義務對產(chǎn)品實行有償終身維護。

2 結(jié)語

為解決因供電公司在進行配電室高壓柜和變壓器檢修時，造成短時停電，供電公司與ABB公司，施耐德公司共同研制了帶有合環(huán)選跳功能的PLC型低壓備自投裝置，該裝置可以做到0秒倒閘，徹底解決了檢修時短時停電的問題。該文從低壓備自投裝置PLC的要求、設備規(guī)范、設備性能與功能要求以及保修期及售后服務等四個方面詳細介紹了PLC型低壓備自投裝置。

與傳統(tǒng)的低壓備自投裝置相比，該裝置引入了可編程控制器（PLC），實現(xiàn)了0秒倒閘，具有更高的靈活多變性和可靠性。

可編程控制器（PLC）是以微處理器為基礎(chǔ)，該裝置采用可編程控制的存儲器存儲用戶指令，用軟件編程實現(xiàn)確定的邏輯、順序、定時、記數(shù)、運算和一些特定的功能，通過數(shù)字或模擬量的輸入/輸出來控制各種類型的生產(chǎn)過程。

低壓母聯(lián)柜裝設PLC型低壓備自投裝置，具備自投、自復和合環(huán)操作功能。備自投裝置裝設“自投自復”、“自投手復”、“手動”、“合環(huán)”、“遠方就地”五種功能狀態(tài)的位置選擇開關(guān)，裝設合環(huán)轉(zhuǎn)換開關(guān)可以避免其中任一線路掉閘。

相比繼電器控制，具有通用性強，靈活性好，接線簡單，功能強，易擴展，可靠性高，抗干擾能力強，定時準確，定時范圍寬等優(yōu)點，從而逐步取代了傳統(tǒng)的繼電器

控制。

由PLC構(gòu)成的備用電源投入裝置相對靈活、多變，可根據(jù)電力系統(tǒng)的運行方式，通過編程完成各種復雜的邏輯和功能，最大限度的滿足不同的現(xiàn)場要求。該設備具有廣泛的市場需求。

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