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(rùn) 林中信

(中國(guó)石油大慶煉化公司機(jī)電儀廠，黑龍江 大慶 163318)

中國(guó)石油大慶煉化公司二期30萬(wàn)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(duì)獨(dú)立的電源供電。正常情況下兩段的進(jìn)線電源分別為各段的低壓負(fù)荷供電，母聯(lián)分列運(yùn)行。當(dāng)某一段進(jìn)線電源需要停電檢修或因各種原因突然失電時(shí)，在不影響安全生產(chǎn)的情況下，需將母聯(lián)轉(zhuǎn)至并列運(yùn)行方式，繼續(xù)為低壓負(fù)荷供電。采用LOGO!24RC PLC實(shí)現(xiàn)母聯(lián)備自投功能，具有抗干擾、接線數(shù)量少、動(dòng)作響應(yīng)速度快且故障率低的優(yōu)勢(shì)[1]。但在運(yùn)行使用中發(fā)現(xiàn)原程序存在設(shè)計(jì)缺陷，當(dāng)一段進(jìn)線電源失電時(shí)，LOGO!24RC PLC程序缺少檢測(cè)另一段進(jìn)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(kuò)大事故范圍。筆者針對(duì)這個(gè)問(wèn)題對(duì)母聯(lián)備自投程序進(jìn)行優(yōu)化，以期更加有效地保障生產(chǎn)的穩(wěn)定運(yùn)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(shè)計(jì)原則[2]：在判斷工作進(jìn)線電源確實(shí)失電時(shí)才投入備用電源，而工作進(jìn)線電源的電壓互感器退出運(yùn)行或熔斷器斷線時(shí)不動(dòng)作；必須保證工作進(jìn)線電源斷路器斷開(kāi)后投入備用電源；手動(dòng)斷開(kāi)工作進(jìn)線電源斷路器時(shí)，母聯(lián)備自投不動(dòng)作；工作進(jìn)線電源無(wú)論什么原因失電時(shí)，母聯(lián)備自投必須延時(shí)動(dòng)作；母聯(lián)備自投只允許動(dòng)作一次；備用電源無(wú)電壓時(shí)，母聯(lián)備自投不動(dòng)作；備用電源若投入到故障進(jìn)線時(shí)，保護(hù)應(yīng)加速斷開(kāi)斷路器；母聯(lián)備自投可根據(jù)需要隨時(shí)并快速投入和退出。

2 LOGO!24RC PLC實(shí)現(xiàn)母聯(lián)備自投

中國(guó)石油大慶煉化公司二期30萬(wàn)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(jiǎn)化圖如圖1所示。正常工作情況下，Ⅰ、Ⅱ段進(jìn)線電源分別為低壓負(fù)荷供電，母聯(lián)開(kāi)關(guān)QF3處于分閘狀態(tài)[3]。如果某段進(jìn)線電源故障，則母聯(lián)備自投裝置首先分開(kāi)該故障段進(jìn)線開(kāi)關(guān)，再執(zhí)行合上母聯(lián)開(kāi)關(guān)QF3的動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)由非故障進(jìn)線電源為Ⅰ段和Ⅱ段進(jìn)線上的全部負(fù)荷供電的功能。

圖1 主接線方式簡(jiǎn)化圖

2.1 硬件部分

LOGO!24RC PLC提供8個(gè)輸入信號(hào)和4個(gè)輸出信號(hào)(圖2)。輸入信號(hào)分別為I1～I(xiàn)8，I1為Ⅰ段進(jìn)線開(kāi)關(guān)QF1處于分閘狀態(tài)，是常閉觸點(diǎn)；I2為Ⅰ段進(jìn)線開(kāi)關(guān)QF1故障閉鎖，是常開(kāi)觸點(diǎn)；I3為Ⅰ段進(jìn)線電壓正常，是常開(kāi)觸點(diǎn)；I4為QF2分閘狀態(tài)、I5為QF2故障閉鎖、I6為Ⅱ段進(jìn)線正常；I7為母聯(lián)開(kāi)關(guān)QF3處于分閘狀態(tài)，是常閉觸點(diǎn)；I8為母聯(lián)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)所在位置，有自動(dòng)和手動(dòng)兩種狀態(tài)，自動(dòng)狀態(tài)為閉點(diǎn)，手動(dòng)狀態(tài)為開(kāi)點(diǎn)。輸出信號(hào)分別為Q1～Q4，Q1代表Ⅰ段進(jìn)線開(kāi)關(guān)QF1；Q2代表Ⅱ段進(jìn)線開(kāi)關(guān)QF2；Q3、Q4代表合母聯(lián)開(kāi)關(guān)QF3，Q3依據(jù)Ⅰ段進(jìn)線開(kāi)關(guān)是否分閘成功來(lái)判斷合母聯(lián)開(kāi)關(guān)，Q4依據(jù)Ⅱ段進(jìn)線開(kāi)關(guān)是否分閘成功來(lái)判斷合母聯(lián)開(kāi)關(guān)。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(jìn)線開(kāi)關(guān)QF1和Ⅱ段進(jìn)線開(kāi)關(guān)QF2處于合閘狀態(tài)，所以I1和I4的常閉觸點(diǎn)KA11和KA21打開(kāi)，無(wú)輸入信號(hào)；正常工作狀態(tài)下QF1和QF2均無(wú)故障，所以I2和I4的常開(kāi)觸點(diǎn)KA12和KA22仍處于打開(kāi)狀態(tài)，均無(wú)輸入信號(hào)；電壓繼電器FV1和FV2帶電后常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，所以I3和I6分別有輸入信號(hào)；母聯(lián)開(kāi)關(guān)QF3處于分閘狀態(tài)，所以I7有輸入信號(hào)；母聯(lián)備自投轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)至自動(dòng)位置，所以I8有輸入信號(hào)。綜上所述，在正常工作情況下，I3和I6～I(xiàn)9均有輸入信號(hào)。

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

Ⅰ段進(jìn)線開(kāi)關(guān)QF1或Ⅱ段進(jìn)線開(kāi)關(guān)QF2故障時(shí)，均無(wú)法實(shí)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(lái)非常方便，在其內(nèi)部存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)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(biāo)志和固定的電壓電平；基本功能塊相當(dāng)于布爾代數(shù)的簡(jiǎn)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(shí)器及計(jì)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(jì)算機(jī)上方便快速地創(chuàng)建、測(cè)試和修改程序。

二期30萬(wàn)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(shè)計(jì)缺陷，當(dāng)某一段進(jìn)線電源失電時(shí)，LOGO!24RC PLC邏輯缺少檢測(cè)另一段進(jìn)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(kuò)大事故范圍，造成更嚴(yán)重的生產(chǎn)事故。并且還存在兩段進(jìn)線電源同時(shí)失電時(shí)兩段進(jìn)線開(kāi)關(guān)同時(shí)跳閘的問(wèn)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(kāi)Ⅰ段進(jìn)線開(kāi)關(guān)QF1后合上母聯(lián)開(kāi)關(guān)QF3動(dòng)作，Q2與Q4組合完成分開(kāi)Ⅱ段進(jìn)線開(kāi)關(guān)QF2后合上母聯(lián)開(kāi)關(guān)QF3動(dòng)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(dāng)兩段進(jìn)線電源均有電時(shí)QF1和QF2處于合閘無(wú)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(gè)與邏輯后輸出為0，作為下一個(gè)與邏輯的輸入；轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)至自動(dòng)位置時(shí)I8為1，I6為1。當(dāng)Ⅰ段進(jìn)線電源失電時(shí)，I3取非后為1，第一個(gè)與邏輯輸出為1，同樣第二個(gè)與邏輯輸出為1，然后接通延時(shí)定時(shí)器(0.5s是回避電力電壓暫降時(shí)間)，Q1輸出分開(kāi)I段進(jìn)線開(kāi)關(guān)QF1。QF1分閘后Q3輸出執(zhí)行合母聯(lián)開(kāi)關(guān)QF3動(dòng)作，關(guān)閉延時(shí)定時(shí)器為此次動(dòng)作延時(shí)1s返回。

程序優(yōu)化后實(shí)現(xiàn)的功能：當(dāng)某一段進(jìn)線電源失電時(shí)，只有檢測(cè)到另一段進(jìn)線電源電壓合格后才能進(jìn)行母聯(lián)自投；當(dāng)兩段進(jìn)線電源同時(shí)失電時(shí)，兩段低壓進(jìn)線開(kāi)關(guān)不跳閘。

3 仿真調(diào)試

采用LOGO!Soft Comfort軟件對(duì)優(yōu)化后的母聯(lián)備自投邏輯進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，各項(xiàng)模擬實(shí)驗(yàn)的仿真如圖4所示。針對(duì)電力系統(tǒng)的波動(dòng)及誤操作等導(dǎo)致的停電事故進(jìn)行了各項(xiàng)模擬實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明：優(yōu)化后的母聯(lián)備自投裝置在各種實(shí)驗(yàn)條件下均能保證系統(tǒng)的安全平穩(wěn)運(yùn)行。

圖4 仿真調(diào)試

4 結(jié)束語(yǔ)

中國(guó)石油大慶煉化公司二期30萬(wàn)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(jìn)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(qiáng)了設(shè)備供電的連續(xù)性，降低了設(shè)備不必要停運(yùn)，保障了設(shè)備安全、平穩(wěn)、長(zhǎng)周期運(yùn)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(jià)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(dòng)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(dòng)投入中的應(yīng)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(dòng)投入裝置改造[J].化工設(shè)計(jì)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(dòng)投入中的應(yīng)用[J].自動(dòng)化應(yīng)用，2012，(8):3，28.

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