聚丙烯裝置低壓配電間母聯(lián)備自投程序的優(yōu)化

王 健 楊帛潤 林中信

(中國石油大慶煉化公司機電儀廠，黑龍江 大慶 163318)

中國石油大慶煉化公司二期30萬t/a聚丙烯裝置聚合區(qū)、造粒區(qū)和包裝區(qū)的低壓配電間接線均采用單母線分段形式，由兩路相對獨立的電源供電。正常情況下兩段的進線電源分別為各段的低壓負荷供電，母聯(lián)分列運行。當某一段進線電源需要停電檢修或因各種原因突然失電時，在不影響安全生產(chǎn)的情況下，需將母聯(lián)轉至并列運行方式，繼續(xù)為低壓負荷供電。采用LOGO!24RC PLC實現(xiàn)母聯(lián)備自投功能，具有抗干擾、接線數(shù)量少、動作響應速度快且故障率低的優(yōu)勢[1]。但在運行使用中發(fā)現(xiàn)原程序存在設計缺陷，當一段進線電源失電時，LOGO!24RC PLC程序缺少檢測另一段進線電源電壓是否正常的環(huán)節(jié)，母聯(lián)就執(zhí)行自投，容易擴大事故范圍。筆者針對這個問題對母聯(lián)備自投程序進行優(yōu)化，以期更加有效地保障生產(chǎn)的穩(wěn)定運行。

1 母聯(lián)備自投的基本原則①

母聯(lián)備自投功能的基本設計原則[2]：在判斷工作進線電源確實失電時才投入備用電源，而工作進線電源的電壓互感器退出運行或熔斷器斷線時不動作；必須保證工作進線電源斷路器斷開后投入備用電源；手動斷開工作進線電源斷路器時，母聯(lián)備自投不動作；工作進線電源無論什么原因失電時，母聯(lián)備自投必須延時動作；母聯(lián)備自投只允許動作一次；備用電源無電壓時，母聯(lián)備自投不動作；備用電源若投入到故障進線時，保護應加速斷開斷路器；母聯(lián)備自投可根據(jù)需要隨時并快速投入和退出。

2 LOGO!24RC PLC實現(xiàn)母聯(lián)備自投

中國石油大慶煉化公司二期30萬t/a聚丙烯裝置聚合區(qū)、造粒區(qū)和包裝區(qū)的低壓配電間的主接線簡化圖如圖1所示。正常工作情況下，Ⅰ、Ⅱ段進線電源分別為低壓負荷供電，母聯(lián)開關QF3處于分閘狀態(tài)[3]。如果某段進線電源故障，則母聯(lián)備自投裝置首先分開該故障段進線開關，再執(zhí)行合上母聯(lián)開關QF3的動作，實現(xiàn)由非故障進線電源為Ⅰ段和Ⅱ段進線上的全部負荷供電的功能。

圖1 主接線方式簡化圖

2.1 硬件部分

LOGO!24RC PLC提供8個輸入信號和4個輸出信號(圖2)。輸入信號分別為I1～I8，I1為Ⅰ段進線開關QF1處于分閘狀態(tài)，是常閉觸點；I2為Ⅰ段進線開關QF1故障閉鎖，是常開觸點；I3為Ⅰ段進線電壓正常，是常開觸點；I4為QF2分閘狀態(tài)、I5為QF2故障閉鎖、I6為Ⅱ段進線正常；I7為母聯(lián)開關QF3處于分閘狀態(tài)，是常閉觸點；I8為母聯(lián)轉換開關所在位置，有自動和手動兩種狀態(tài)，自動狀態(tài)為閉點，手動狀態(tài)為開點。輸出信號分別為Q1～Q4，Q1代表Ⅰ段進線開關QF1；Q2代表Ⅱ段進線開關QF2；Q3、Q4代表合母聯(lián)開關QF3，Q3依據(jù)Ⅰ段進線開關是否分閘成功來判斷合母聯(lián)開關，Q4依據(jù)Ⅱ段進線開關是否分閘成功來判斷合母聯(lián)開關。L、N提供220V(AC)的工作電源。

圖2 LOGO!24RCPLC輸入/輸出接線示意圖

2.2 工作原理

正常工作情況下，Ⅰ段進線開關QF1和Ⅱ段進線開關QF2處于合閘狀態(tài)，所以I1和I4的常閉觸點KA11和KA21打開，無輸入信號；正常工作狀態(tài)下QF1和QF2均無故障，所以I2和I4的常開觸點KA12和KA22仍處于打開狀態(tài)，均無輸入信號；電壓繼電器FV1和FV2帶電后常開觸點閉合，所以I3和I6分別有輸入信號；母聯(lián)開關QF3處于分閘狀態(tài)，所以I7有輸入信號；母聯(lián)備自投轉換開關轉至自動位置，所以I8有輸入信號。綜上所述，在正常工作情況下，I3和I6～I9均有輸入信號。

假如Ⅰ段電源進線突然失電，電壓繼電器FV1失電，I3無輸入，此時LOGO!24RC PLC執(zhí)行內(nèi)部邏輯程序，分開Ⅰ段進線開關QF1，Q1輸出且I1有輸入后，Q3輸出合母聯(lián)QF3。Ⅱ段電源進線失電同理。

Ⅰ段進線開關QF1或Ⅱ段進線開關QF2故障時，均無法實現(xiàn)合母聯(lián)功能。

2.3 母聯(lián)備自投軟件的優(yōu)化

LOGO!24RC PLC使用起來非常方便，在其內(nèi)部存儲器中存儲了大量的編程元素，如常量/連接器、基本功能塊和特殊功能塊[4]。常量/連接器主要包括輸入、輸出、標志和固定的電壓電平；基本功能塊相當于布爾代數(shù)的簡單邏輯元素，主要包括與、或及非等功能塊；特殊功能塊主要包括定時器及計數(shù)器等具有特殊功能的模塊[5]。LOGO!24RC PLC還提供LOGO!Soft Comfort編程軟件，幫助用戶在計算機上方便快速地創(chuàng)建、測試和修改程序。

二期30萬t/a聚丙烯低壓一、二段，三、四段，造粒和包裝低壓母聯(lián)備自投存在設計缺陷，當某一段進線電源失電時，LOGO!24RC PLC邏輯缺少檢測另一段進線電源電壓是否正常的環(huán)節(jié)，母聯(lián)就執(zhí)行自投，容易擴大事故范圍，造成更嚴重的生產(chǎn)事故。并且還存在兩段進線電源同時失電時兩段進線開關同時跳閘的問題。

優(yōu)化的母聯(lián)備自投邏輯程序如圖3所示，Q1與Q3組合完成分開Ⅰ段進線開關QF1后合上母聯(lián)開關QF3動作，Q2與Q4組合完成分開Ⅱ段進線開關QF2后合上母聯(lián)開關QF3動作，虛線矩形框內(nèi)的輸入量為優(yōu)化邏輯新增的。

圖3 優(yōu)化后的母聯(lián)備自投邏輯程序

以Q1、Q3組合為例，當兩段進線電源均有電時QF1和QF2處于合閘無故障狀態(tài)，故I1、I2、I4、I5取非后為1，I3取非后為0，經(jīng)第一個與邏輯后輸出為0，作為下一個與邏輯的輸入；轉換開關轉至自動位置時I8為1，I6為1。當Ⅰ段進線電源失電時，I3取非后為1，第一個與邏輯輸出為1，同樣第二個與邏輯輸出為1，然后接通延時定時器(0.5s是回避電力電壓暫降時間)，Q1輸出分開I段進線開關QF1。QF1分閘后Q3輸出執(zhí)行合母聯(lián)開關QF3動作，關閉延時定時器為此次動作延時1s返回。

程序優(yōu)化后實現(xiàn)的功能：當某一段進線電源失電時，只有檢測到另一段進線電源電壓合格后才能進行母聯(lián)自投；當兩段進線電源同時失電時，兩段低壓進線開關不跳閘。

3 仿真調(diào)試

采用LOGO!Soft Comfort軟件對優(yōu)化后的母聯(lián)備自投邏輯進行仿真實驗，各項模擬實驗的仿真如圖4所示。針對電力系統(tǒng)的波動及誤操作等導致的停電事故進行了各項模擬實驗，結果表明：優(yōu)化后的母聯(lián)備自投裝置在各種實驗條件下均能保證系統(tǒng)的安全平穩(wěn)運行。

圖4 仿真調(diào)試

4 結束語

中國石油大慶煉化公司二期30萬t/a聚丙烯裝置聚合區(qū)、造粒區(qū)和包裝區(qū)的低壓配電間母聯(lián)備自投控制程序進行優(yōu)化后，至今未發(fā)生因系統(tǒng)失電母聯(lián)備自投失敗而影響裝置安全生產(chǎn)的事故，增強了設備供電的連續(xù)性，降低了設備不必要停運，保障了設備安全、平穩(wěn)、長周期運行。該優(yōu)化方案也適用于其他采用LOGO!24RC PLC的母聯(lián)備自投裝置，具有推廣價值。

[1] 文化賓,宋永端,李蕊,等.一種新穎的母聯(lián)備自投邏輯方法[J].電氣自動化，2011，33(2):57～59.

[2] 吳宏岐,劉霞,喬永明.LOGO!及其在變電所備用電源自動投入中的應用[J].低壓電器，2005，(11):55～57.

[3] 梁燕.基于Siemens S7系列PLC控制的6kV備用電源自動投入裝置改造[J].化工設計通訊，2011，37(4):51～54.

[4] 范鐵錘,袁友,喬現(xiàn)平.LOGO!在低壓備用電源自動投入中的應用[J].自動化應用，2012，(8):3，28.

[5] 劉龍舞.備自投系統(tǒng)存在的問題及改進方案[J].電氣應用，2014，(9):41～44.