PLC在變電站變壓器自動(dòng)化中的應(yīng)用

衛(wèi)艷峰

【摘要】可編程控制器（PLC）作為目前最為常用的新型工業(yè)控制裝置，在應(yīng)用之中以其簡(jiǎn)單的操作系統(tǒng)、可靠地性能控制等優(yōu)勢(shì)受到各企業(yè)和單位的青睞與關(guān)注。尤其是在電力系統(tǒng)中，其應(yīng)用更為廣泛。PLC對(duì)變壓器控制精度高，管理性能優(yōu)異而受到人們的高度重視，同時(shí)本身還具備著計(jì)算機(jī)、通信、電子等特性，這就為促進(jìn)變壓器實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化管理工作模式提供了基礎(chǔ)平臺(tái)。本文就PLC在變電站變壓器自動(dòng)化的應(yīng)用進(jìn)行分析與探討，并提出了相關(guān)的構(gòu)建重點(diǎn)。

【關(guān)鍵詞】變壓器；變電站；PLC可編程控制器；自動(dòng)化

近年來(lái)，社會(huì)發(fā)展對(duì)電力能源需求不斷提高，電力容量也隨之?dāng)U大。因此對(duì)電力系統(tǒng)可靠性和電力設(shè)備的全方位監(jiān)控、管理都提出了越來(lái)越高的要求，然而傳統(tǒng)的手工繼電器操作控制與管理方式已無(wú)法滿足目前高速發(fā)展的社會(huì)需求，這就迫切需要人們?cè)诠ぷ髦胁捎眯录夹g(shù)、新設(shè)備和新方法來(lái)滿足這種社會(huì)發(fā)展需求。

１．傳統(tǒng)的變壓器管理方式

傳統(tǒng)的變電站在工作中通常都是以常規(guī)的設(shè)備為主，在工作中其安全性、可靠性和穩(wěn)定性都存在著極大的不足，尤其是二次設(shè)備多屬于一種電磁式工作模式，只有在工作當(dāng)?shù)夭拍軌蚓邆湟欢ǖ目刂乒δ?，其運(yùn)行方式也多為有人值班運(yùn)行管理模式，這就造成了在管理工作中維護(hù)工作量大。隨著近幾年來(lái)，社會(huì)生產(chǎn)技術(shù)的不斷發(fā)展影響下，變電站自動(dòng)化系統(tǒng)經(jīng)過(guò)多年的努力與研究逐步實(shí)現(xiàn)了分散式控制系統(tǒng)模式。在變電站管理工作中逐步實(shí)現(xiàn)了以遙測(cè)、遙信和遙控為核心的管理工作體系。在這種管理控制模式下，變電站變壓器各種命令的執(zhí)行和各種現(xiàn)場(chǎng)電氣的保護(hù)功能都是由其獨(dú)立完成，并且將這些信息通過(guò)信息系統(tǒng)傳遞給后臺(tái)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。變電站變壓器自動(dòng)化系統(tǒng)的綜合功能多是由后方計(jì)算機(jī)來(lái)承擔(dān)的，這對(duì)于提高電網(wǎng)安全和電網(wǎng)運(yùn)行水平至關(guān)重要，同時(shí)對(duì)于提高變電站工作可靠性和平穩(wěn)性也十分有效。

2.可編程控制器概述

可編程控制器也被稱之為PLC控制器，是新一代工業(yè)管理控制裝置，這種控制器在應(yīng)用中存在著結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能全面、可靠性能高、使用方便、適應(yīng)能力強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)，同時(shí)還具備這良好的通信功能和實(shí)時(shí)控制功能。一般而言，在一個(gè)PLC中包含著強(qiáng)大的控制管理功能，使得其在工作中能夠獨(dú)立的通過(guò)網(wǎng)絡(luò)分布式系統(tǒng)輕而易舉的完成各項(xiàng)復(fù)雜控制任務(wù)。通常情況下，這種設(shè)備的運(yùn)行只需要一點(diǎn)小小的投入就可以完成最大且極為精確的控制管理要求，因此在工業(yè)領(lǐng)域備受人們的青睞于歡迎，特別是經(jīng)過(guò)特殊處理和配置后的PLC，其能夠在保證使用操作簡(jiǎn)單易懂的同時(shí)更是大大的拓展了其應(yīng)用領(lǐng)域。就目前常見的PLC而言，其存在著體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、編程方便、梯形圖編程方式面向一般的電器技術(shù)人員具有著操作簡(jiǎn)單方便、維修容易，極容易實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化管理控制要求，因而在變電站綜合自動(dòng)化建設(shè)中受到人們廣泛的關(guān)注。

在目前的變電站工作中，我們常見可編程控制器應(yīng)用模式主要有：可編程自動(dòng)化控制與管理裝置，可編程變壓器自動(dòng)化屏、可編程微機(jī)計(jì)量屏、可編程中央信號(hào)處理器屏等，這些智能裝置的應(yīng)用與研究多是建立在PLC為主要核心的基礎(chǔ)上，能夠在工作中通過(guò)掛網(wǎng)、遙控、遙測(cè)等方式來(lái)對(duì)變電站工作中常見問(wèn)題進(jìn)行處理和管理，從而取代了傳統(tǒng)的RTU管理控制模式。

3.變壓器自動(dòng)化的構(gòu)成方案

在中小型變電站中，一臺(tái)變壓器及其配套設(shè)備一般包括：斷路器及操作單元、變壓器、變壓器控制屏、避雷器、差動(dòng)保護(hù)屏、變壓器接地系統(tǒng)等。下面以兩種情況分別講述變壓器的自動(dòng)化構(gòu)成方案。

3.1變壓器及配套設(shè)備為常規(guī)設(shè)備

如果斷路器及操作單元、變壓器、差動(dòng)保護(hù)屏、變壓器防雷接地系統(tǒng)等均為不含智能單元及計(jì)算機(jī)接口的常規(guī)設(shè)備，那么只需將變壓器控制屏部份選用可編程（PLC）變壓器自動(dòng)化屏，就能構(gòu)成比較完備的變壓器自動(dòng)化系統(tǒng)。變電站中控室內(nèi)的變壓器控制屏及其配套設(shè)備分別與可編程變壓器自動(dòng)化屏通過(guò)電纜直接連接，進(jìn)行信息交換。中控室或遠(yuǎn)方的主計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)通過(guò)對(duì)可編程變壓器自動(dòng)化屏的監(jiān)控來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)變壓器的監(jiān)控，其中的信息交換由主計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中的工控機(jī)（IPC）與可編程變壓器自動(dòng)化屏中的PLC通過(guò)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)通訊網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn)。這種變壓器自動(dòng)化系統(tǒng)一般適用于改造舊站或建設(shè)資金規(guī)模不大的自動(dòng)化新站。

3.2變壓器及配套設(shè)備為智能化設(shè)備

如果斷路器及操作單元、變壓器、差動(dòng)保護(hù)屏、變壓器防雷接地系統(tǒng)等均已含有智能單元及計(jì)算機(jī)接口，那么變壓器控制屏部份選用可編程（PLC）變壓器自動(dòng)化屏，就可以非常方便地構(gòu)成功能強(qiáng)大的變壓器自動(dòng)化系統(tǒng)。變電站中控室內(nèi)的變壓器控制屏及其配套設(shè)備分別與可編程變壓器自動(dòng)化屏通過(guò)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)通訊網(wǎng)絡(luò)與中控室或遠(yuǎn)方的主計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行信息交換?？删幊套儔浩髯詣?dòng)化屏與變壓器及配套設(shè)備之問(wèn)僅有極少量的電纜連接，整個(gè)系統(tǒng)顯得非常簡(jiǎn)單。

4.可編程變壓器自動(dòng)化屏的組成及實(shí)現(xiàn)

可編程變壓器自動(dòng)化屏的硬件設(shè)備一般包括：PLC，PLC輸入/輸出信號(hào)隔離繼電器，近地操作按鈕及故障事故指示燈、報(bào)警器、智能變壓器油溫度巡檢儀，智能信號(hào)測(cè)試議，小直流電源，通訊適配器等。軟件主要由PLC自動(dòng)化監(jiān)控程序和與監(jiān)控主計(jì)算機(jī)（上位機(jī)）的通訊程序組成。

4.1PLC的選型

從上述的被控對(duì)象（變壓器）的電氣特性看出，這個(gè)系統(tǒng)幾乎是對(duì)開關(guān)量進(jìn)行監(jiān)控。溫度模擬量及信號(hào)模擬量均有智能儀表對(duì)其監(jiān)控，智能儀表的輸出觸點(diǎn)開關(guān)量進(jìn)入PLC，因此PLC只需選用基本模塊及通訊模塊，而不需特殊模塊。接下來(lái)應(yīng)確定PLC輸入輸出點(diǎn)數(shù)，統(tǒng)計(jì)可編程變壓器自動(dòng)化屏對(duì)變壓器及配套設(shè)備的監(jiān)控點(diǎn)數(shù)，一般輸入不超過(guò)64點(diǎn)數(shù)，輸出不超過(guò)40點(diǎn)。例如Rock系列PLC產(chǎn)品：RockE20系列PLC產(chǎn)品，此產(chǎn)品采用先進(jìn)的16位CPU，配置嵌入式實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)采集、運(yùn)算、邏輯、定時(shí)、控制、通訊等功能，其單CPU＋擴(kuò)展模塊，可承載32模塊，測(cè)控500個(gè)I/O點(diǎn)。

4.2可編程變壓器自動(dòng)化屏的硬件

組成可編程變壓器自動(dòng)化屏的各部件應(yīng)嚴(yán)格照按電氣規(guī)范設(shè)計(jì)、連接。此外，與PLC相連的部份應(yīng)嚴(yán)格按照PLC廠家技術(shù)要求進(jìn)行設(shè)計(jì)、連接。

4.3PLC的自動(dòng)化監(jiān)控程序

變電站的變壓器組成方式不同決定了可編程變壓器自動(dòng)化屏PLC的監(jiān)控程序的不同。在此以35KV單母線、一臺(tái)主變壓器為例，在連接遠(yuǎn)程PLC以后，要配置所需顯示的寄存器變量，包括R寄存器或M寄存器地址、寄存器變量描述、寄存器變量取值范圍，可以最多配置32個(gè)連續(xù)量和128個(gè)狀態(tài)量。

5.可編程變壓器自動(dòng)化屏的運(yùn)行

可編程變壓器自動(dòng)化屏在變壓器的自動(dòng)化運(yùn)行中處于實(shí)時(shí)監(jiān)控的重要位置，它通過(guò)輸入/輸出信號(hào)隔離繼電器按變電站變電設(shè)備（隔離刀閘、斷路器、電壓互感器、電流互感器、變壓器防雷接地系統(tǒng)等設(shè)備）的狀態(tài)/控制信號(hào)，可編程邏輯控制器（PLC）將上述信號(hào)按具體的自動(dòng)化流程進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，并與監(jiān)控主計(jì)算機(jī)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳遞數(shù)據(jù)。完成變壓器的開、停，運(yùn)行維護(hù)與繼電保護(hù)（過(guò)電流保護(hù)、電流速斷保護(hù)、差動(dòng)保護(hù)、瓦斯保護(hù)和過(guò)負(fù)荷保護(hù)等）。它不僅使變壓器處于閉環(huán)自動(dòng)控制之中，而且使變壓器自動(dòng)化與測(cè)控保護(hù)系統(tǒng)協(xié)調(diào)運(yùn)行，從而使整個(gè)變壓器處于最佳運(yùn)行狀態(tài)。

6.結(jié)束語(yǔ)

經(jīng)過(guò)多年實(shí)踐總結(jié)發(fā)現(xiàn)PLC處理故障十分容易，既縮短了停電維護(hù)時(shí)間、運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用又很低。運(yùn)行中發(fā)生諸如變壓器的瓦斯繼電器觸點(diǎn)進(jìn)水短路、中控室各接觸器電觸點(diǎn)斷線、變壓器控制回路等故障均能及時(shí)發(fā)現(xiàn)、報(bào)警與自動(dòng)進(jìn)入其處理程序，并能在監(jiān)控主計(jì)算機(jī)上集中監(jiān)視。用PLC構(gòu)成的應(yīng)用環(huán)境，可以構(gòu)成滿足不同用戶或同一用戶不同時(shí)期對(duì)系統(tǒng)的需求，改變系統(tǒng)的組織方式只需重新輸入PLC監(jiān)控程序即可，深受企業(yè)青睞。[科]