基于PLC的低壓二次輔助裝置的設(shè)計與實現(xiàn)

陳濤+賈衛(wèi)

摘要：本文介紹了一種用于電力低壓進(jìn)線柜二次回路的輔助裝置，此輔助裝置主要功能是為低壓進(jìn)線開關(guān)合閘線圈和欠電壓脫扣器制造一個延時，使得低壓進(jìn)線開關(guān)能夠更好的按照原二次回路動作。同時，此輔助裝置還能夠?qū)Φ蛪哼M(jìn)線開關(guān)進(jìn)出線兩端電壓的A、B、C三相進(jìn)行顯示且當(dāng)開關(guān)出線端缺相或斷電時聲光報警。

關(guān)鍵詞：低壓二次；PLC；輔助裝置；設(shè)計

中圖分類號：TG233.1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9416（2017）06-0017-03

可靠的電力供應(yīng)是保障衛(wèi)星地球站節(jié)目上行中的重要環(huán)節(jié)之一。本文主要針對我站低壓進(jìn)線柜開關(guān)在外電瞬間閃斷或電壓波動時，開關(guān)欠電壓脫扣器動作，但是高壓正常后，低壓開關(guān)有時會出現(xiàn)不自動合閘的情況，分析原因及改進(jìn)方案，最終采用設(shè)計一個基于PLC的電路與原有的二次回路相結(jié)合的方法解決此問題，并添加了電壓顯示及報警功能。

1 輔助裝置實現(xiàn)的功能

我站使用的低壓進(jìn)線柜開關(guān)是SACE公司的Megamax F系列空氣開關(guān)。此開關(guān)在使用中發(fā)現(xiàn)會出現(xiàn)當(dāng)外電瞬間閃斷或電壓波動后，低壓開關(guān)有時會有不自動合閘的情況。分析開關(guān)的二次回路，同時查閱開關(guān)的說明書，發(fā)現(xiàn)發(fā)生這種情況的原因是開關(guān)的合閘線圈與欠電壓脫扣器之間未滿足30ms的延時，此時開關(guān)處于跳閘閉鎖狀態(tài)。要解決開關(guān)不自動合閘的問題，需要滿足一個條件，即當(dāng)合閘線圈和欠電壓脫扣器共用一個電源時，欠電壓脫扣器和合閘線圈要有一個30ms以上的延時。我站的工藝低壓供電為雙電源單母線分母運行，開關(guān)分為1TM、2TM、母聯(lián)、油機四個開關(guān)組成，日常運行中1TM開關(guān)、2TM開關(guān)合閘，母聯(lián)開關(guān)、油機開關(guān)分閘，為了保證低壓開關(guān)之間的關(guān)系，確保電力可靠運行，進(jìn)線開關(guān)必須要設(shè)置欠電壓脫扣器。

我站低壓開關(guān)的部分二次回路如圖1所示，此圖為低壓二次回路的合閘回路與失壓脫扣回路，由于開關(guān)能夠很好的完成失壓脫扣動作，所以本次設(shè)計針對二次合閘回路進(jìn)行分析、設(shè)計。

輔助裝置的主要功能是為了解決外電閃斷或電壓波動時，低壓進(jìn)線開關(guān)不自動合閘的問題。根據(jù)分析，只要保證開關(guān)的合閘線圈與失電壓脫扣器之間的上電延時（大于30mS），即可滿足要求。同時，可以依靠PLC的外接硬件及相應(yīng)的軟件設(shè)計，增加開關(guān)進(jìn)出線兩端A、B、C三相電壓指示和開關(guān)出線側(cè)電壓缺相或斷電報警功能。電壓顯示和報警功能能夠?qū)θ粘５难惨暋⒕S護、故障判斷提供幫助。

2 設(shè)計過程

二次回路輔助的裝置在設(shè)計時，首先要考慮的是：（1）不能破壞原有的低壓二次回路，保障二次回路工作正常。（2）輔助設(shè)備使得低壓二次回路滿足欠壓脫扣器和合閘線圈的30ms以上的延時要求，使得保證低壓進(jìn)線端電壓正常后低壓開關(guān)可以自動合閘，保障電力及時恢復(fù)正常。（3）電壓顯示及報警功能。

低壓二次輔助裝置基于PLC（Programmable Logic Controller，可編程控制器）設(shè)計。主要是因為PLC采用可以編制程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計數(shù)等操作命令，并能夠通過開關(guān)量或者模擬量輸入和輸出，方便靈活。同時PLC具有可靠性強、功能完善、易學(xué)易用等特點。

2.1 設(shè)計分析

當(dāng)出現(xiàn)高壓瞬間閃斷或者電壓波動，造成低壓開關(guān)脫扣器動作后，即使低壓進(jìn)線端電壓恢復(fù)，低壓開關(guān)卻不自動合閘時，此時開關(guān)進(jìn)線端（變壓器側(cè)）電壓正常，開關(guān)出線端（負(fù)載側(cè)）無電壓。根據(jù)此現(xiàn)象，依據(jù)檢測開關(guān)進(jìn)出線兩端電壓情況來設(shè)計輔助裝置。

日常工作中，圖1合閘回路中的萬能開關(guān)（手動、1KK、自動）處于“自動”狀態(tài)，設(shè)計的輔助裝置針對這個“自動”二次回路進(jìn)行設(shè)計：將圖1中的粗線分?jǐn)啵€纜將兩端分別接入一個繼電器的常閉觸點兩端，當(dāng)開關(guān)的進(jìn)出線兩端電壓正常時，繼電器不動作，當(dāng)PLC檢測到開關(guān)進(jìn)線端電壓正常而出線端無電壓時，輸出信號使繼電器動作，繼電器常閉觸點斷開，PLC內(nèi)置程序使繼電器延時保持一段時間后，繼電器線圈失電，常閉觸點閉合，保證合閘回路與失壓脫扣器之間的延時要求，從而使開關(guān)完成自動合閘動作，確保負(fù)荷供電正常。

PLC輸出可以根據(jù)需要接黃色、綠色、紅色的三相指示燈，可以顯示低壓開關(guān)的進(jìn)線端及出線端電壓情況，同時輸出端接24V蜂鳴器，當(dāng)出線端電壓出現(xiàn)缺相或者斷電時報警提醒。

2.2 具體設(shè)計

此設(shè)計采用施耐德的TWIDO系列PLC型號是TWDLCDA40DRF，此PLC的特點是：供電采用24VDC，功率30W，通過串口與計算機通信進(jìn)行編程等操作，具有24路開關(guān)量輸入和16路開關(guān)量輸出等。

由于PLC的輸入必須是24V的直流電，所以首先要設(shè)計一個電路將開關(guān)出線端的220V交流電轉(zhuǎn)變?yōu)?4V的直流電。此電路需要變壓器、整流橋、電容、電阻。

首先測量PLC輸入端口的等效電阻約為40KΩ，所以電路的放電電阻選擇為1KΩ左右，本次選擇1.5KΩ電阻。由于選擇了較大的放電電阻，同時考慮到交流電整流、濾波后的電壓最大值為：交流有效值Χ1.414，所以采用輸入220V，輸出18V的變壓器，即當(dāng)采用18V輸出的變壓器經(jīng)整流、濾波電路后能夠達(dá)到的電壓最大值約為25.5V。為了保證直流信號的可用性，采集過程中不發(fā)生誤判，整流橋采用全波整流橋KBP210。為了能夠得到較大的輸出直流電壓，電容采用100μF電容（耐壓50V）。設(shè)計電路的具體電路圖如圖2所示，實際電路焊接完成后，測量其輸出端的直流電壓約為21V，滿足PLC的輸入要求。

將圖2的信號采集電路與PLC相連，PLC的輸出接24V繼電器的線圈兩端，輸出接上帶電指示燈及蜂鳴器，即可完成硬件設(shè)計，硬件的電路圖如圖3所示（針對一個低壓開關(guān)的設(shè)計）。

將設(shè)計電路圖的24V繼電器的輔助觸點接入圖1中，如圖4所示，然后對PLC進(jìn)行編程，可以滿足設(shè)計的硬件要求（圖4中的加粗常閉開關(guān)是24V繼電器的常閉觸點）。

2.3 軟件設(shè)計

軟件設(shè)計過程中首先要設(shè)定使用PLC的型號，PLC與計算機的通信方式及連接方式，然后根據(jù)輸入、輸出變量的端口進(jìn)行梯形圖編程工作。

圖3所示的完整設(shè)計中，各個變量的名稱和其在PLC梯形圖中的對應(yīng)的變量關(guān)系如表1所示。PLC的軟件設(shè)計主要用梯型圖進(jìn)行編程，軟件設(shè)計思想是當(dāng)PLC輸入信號中的開關(guān)進(jìn)線3個信號為1，出線3個信號變?yōu)?時，Q0.2輸出置1，即輸出接的24V繼電器線圈上電，常閉觸點斷開，延時后失電，常閉觸點閉合，完成開關(guān)的合閘線圈與失電壓脫扣器的延時要求。

PLC的延時通過PLC內(nèi)部定時器%TM來實現(xiàn)。%TM定時器有TON（延時導(dǎo)通定時器）、TOF（延時關(guān)斷定時器）、TP（脈沖發(fā)生定時器）三種類型。本次設(shè)計采用TON定時器。PLC的定時器有五種時基，分別是1毫秒、10毫秒、100毫秒、1秒、1分鐘，可通過設(shè)定值來具體設(shè)定。查看1TM及2TM的二次回路的延時繼電器延時為9秒，低壓母聯(lián)開關(guān)的二次回路的延時繼電器延時為15秒，為了保證二次回路的正常工作，設(shè)定PLC的定時器時間為1秒，同時可以滿足開關(guān)的合閘線圈與失壓脫扣裝置30ms的延時要求。

其它顯示和報警功能也通過PLC的梯型圖軟件功能實現(xiàn)，完整的PLC軟件程序如圖5所示。最后需要注意一個軟件小設(shè)定，為了保證PLC斷電后的自動運行程序，需要在“程序”菜單的“掃描方式”中工作模式勾選“自動運行”功能。

3 結(jié)語

該輔助裝置實現(xiàn)了相關(guān)功能，很好的保障了電力系統(tǒng)的可靠運行。通過改造的實踐工作，進(jìn)一步的學(xué)習(xí)了低壓系統(tǒng)的二次回路及進(jìn)線柜開關(guān)的工作原理，提高了維護水平和動手能力，增強了設(shè)備運行的穩(wěn)定性。

同時此輔助裝置還可以連接一個上位機，通過在上位機中使用MCGS軟件，設(shè)置與PLC輸入、輸出變量對應(yīng)的變量數(shù)據(jù)，對需要保留的數(shù)據(jù)進(jìn)行存盤，為做好日常維護工作提供資料。endprint