水電站PLC廠用電自動切換控制系統的設計與應用

【摘 要】我國幾乎每個水電站都應用了廠用電自動切換控制系統，該系統具有自動系統的功能，尤其是對后備電源，但是這種系統運行可靠性以及其他方面都難以保證，因此相關人員加入了PLC，以提高其運行的可靠性。本文主要以蓮花水電站為例，具體的介紹了其水電站PLC廠用電自動切換控制系統的設計要點與應用效果，希望能夠為該系統設計人員提供借鑒。

【關鍵詞】水電站；PLC；廠用電自動切換控制系統；設計；應用

將PLC加入到廠用電自動切換控制系統中，既提高了運行的可靠性，其自動化水平也有效的提高，最重要的是其使用性效果非常好，除此之外，該系統結構非常簡單，容易操作，這也是其可靠性提高的重要原因，再加之，該系統維護能力比較強，即使出現了差錯，也能夠通過程序的改變，對其進行維護，而不需要改變硬件系統，因此這種系統的設計具有非常大的推廣價值。

1.水電站PLC廠用電自動切換控制系統的設計

我國某些水電設備已經呈現出老化的態勢，因此需要對其進行系統的設計與改造，否則會影響系水電站的安全運行，在系統設計中，PLC是設計應用的重點，將其應用在自動化切換系統中，能夠大大提高水電站的安全運行效果，而且因為PLC的特性，其維護能力也比較強，本文主要以蓮花站水電站為例來具體的介紹一些對該系統的設計。

1.1水電站概況

蓮花發電廠10.5kv廠用電系統自動切換為主線，蓮花發電廠10.5kv廠用電分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段，其中Ⅰ、Ⅱ段分別通過電纜接至高壓廠用變壓器低壓側，且Ⅰ、Ⅱ段互為備用，Ⅲ段接至地方電網蓮花變電所，Ⅲ段作為Ⅰ、Ⅱ段的后備電源廠用電系統自動切換。

1.2設計要點

針對蓮花水電站的具體情況應該要對其PLC廠用電自動切換控制系統進行設計，其設計要點如下：

1.2.1系統軟硬件的設計

首先要選擇合適的PLC型號，一般情況下選擇FXON-40MR-D型號即可，因為這個型號的可編程控制器屬于小型結構，而且其輸入利用的是光電隔離技術；輸出利用是繼電器，這種輸入與輸出方式，有很大的優勢，其中最重要的優勢就是抗干擾能力與其他方式相比很強，另外，這種型號PLC具有LED指示的功能，這種功能的運用，能夠快速的查找與設備故障；其次，選擇好型號之后，就要從硬件設施開始設計，繪制硬件接線圖以及相關的邏輯框圖，之后開始編程，在繪制相關圖形時，一般設計人員會使用原水電站邏輯框圖，之后再對其進行簡單處理，這種方式最大的弊端就是設計人員需要對原水電站使用的自動切換裝置非常熟悉與了解，對其動作邏輯掌握清楚，否則非常容易出現寄生回路，影響設計效果。而采用PLC編程的方式，出現寄生回路的情況就比較小，只要根據已經設計好的切換方式進行切換即可；最后，設計結束之后，要進行實際的檢驗，根據蓮花站水電站的具體情況，利用PC機將設計人員設計的程序輸入到PLC中，之后將利用相關設備進行調試，如果調試結果符合水電站現場的實際要求，就設計符合要求，可以對其進行安裝。

在安裝的過程中，安裝人員要十分了解廠用電的運行模式，而且編制程序要與實際相符，主要注意的是，要對通電聯進行驗證，并對驗證結果進行分析，如果符合要求之后，還要對設計回路進行檢查，檢查的主要目的就是為了降低調試的工作量，同時也能夠降低電氣切換出現差錯的概率。通過這幾方面工作的準備，設計出來的系統在安裝結束之后就可以馬山投入使用，而且其實用化水平也會非常高。

1.2.2抗干擾措施的設計

選擇FXON-40MR-D型號的可編程控制器的主要目的就是其抗干擾能力比較強，但是因為各種因素的綜合影響，不可能不會產生干擾，為了降低這種干擾能力，提高PLC的可靠性，需要對其進行優化設計。一般情況下，在設計過程中，主要就是PLC供電方式的選擇，如果是220V直流電源來供電，就會降低干擾的概率。之后選擇電源模塊，針對蓮花水電站的具體情況，選擇的是DC24V供電模塊，與此同時將開關電源方式選擇好，實踐證明這種設計方式，非常有效而且可靠。除了上述設備達到要求之外，控制電纜也要符合要求，一般情況下，使用的電纜是屏蔽電纜，并且保證電纜屏蔽層能夠可靠接地。

1.2.3輸出繼電器選型

PLC輸出模塊內的小型繼電器的接點容量較小。其輸出性能指標是：負載交流電壓240V時為80VA；負載直流電壓30V時為100W。因此，不能直接用于發電廠的DC220V控制回路中，必須用PLC驅動外部繼電器，用外部繼電器的接點驅動DC220V的負載。在調試時發現PLC輸出直接帶DC220V的ST2-2A2B繼電器不行，故改用DC24V的ST2-2A2B型中間繼電器。

2.水電站PLC廠用電自動切換控制系統的應用

2.1廠變微機保護在電流互感器大變比下的測量精度問題

由于廠變10kV側電流互感器變比為5000A/5A，太大，廠變過流保護二次電流整定僅為0.14 A，因此要求RCS-9621AⅡ保護裝置滿足此測量精度要求。若選RCS-9621AⅡ保護裝置的額定電流為5A，其整定值范圍為0.5A～100A，不能滿足現場要求。在現場不更換電流互感器、不加裝電流互感器的情況下，為避免存在保護死區及提高保護的靈敏度等問題，采用了額定電流1A的裝置，其整定值范圍為0.1A～20A，只要滿足故障時裝置二次電流不大于20A即可安全運行，在現場采用新型高壓限流熔斷器負荷開關時可以滿足此條件。同時，將廠變低壓側中性線的電流互感器變比適當增大，由300A/5A更換為600A/5A。由于RCS-9621AⅡ微機保護裝置的抗干擾性能很好，當保護的動作電流整定在很小的電流值情況下，仍能安全可靠地運行。

2.2廠變微機保護與高壓限流負荷開關的整定值和操作回路配合問題

蓮花水電站1號、2號廠變10.5kV開關的型號為SN4-10G，長期運行導致其運行可靠性降低，同時其遮斷容量不滿足現場要求。為此，將廠變高壓開關更換為凱立FURN-01型高壓限流熔斷器負荷開關，其熔斷器與氧化鋅元件配合的電氣特性能有效地限制一次短路電流值。電動機操作機構系ABB公司產品，合閘時間需4s。因此，RCS-9621AⅡ控制回路與FURN-01開關操作回路要進行配合，當開關操作把手KK合閘后，經4s負荷開關觸頭閉合，由FURN-01的輔助接點重動RCS-9621AⅡ中的KKJ，TWJ和HWJ；當開關操作把手KK分閘后，KK接點直接啟動KKJ，以確保KKJ和TWJ及保護動作后才能發出保護動作事故信號。將RCS-9621AⅡ出口板TWJ-HBJ的407（1D30）到406（1D29）連線斷開，并把出口跳閘接點與其他控制回路分開，以防止兩個操作回路之間發生短路。RCS-9621AⅡ的其他控制回路不用，僅用開關本身的電機操作控制回路。

3.結語

綜上所述，可知針對水電站的具體情況，對其進行PLC廠用電自動切換控制系統的設計實用價值非常高，其應用效果也非常好，盡管本文是以蓮花水電站為例，但是其他水電站完全可以從中總結經驗，根據自身水電站自動切換控制系統的要求來選擇設計出更加科學合理的系統。 [科]

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