基于PLC的直流電源充電模塊實(shí)現(xiàn)自動檢測的設(shè)計

，，

(國網(wǎng)四川省電力公司遂寧供電公司，四川 遂寧 629000)

0 引 言

在電力系統(tǒng)中，直流電源穩(wěn)定運(yùn)行對變電站的安全運(yùn)行起著至關(guān)重要的作用，同時也是電網(wǎng)安全運(yùn)行的保障。當(dāng)變電站直流電源出現(xiàn)故障時，相關(guān)的運(yùn)行檢修人員不能及時有效地排除故障，甚至擴(kuò)大事故范圍、降低供電可靠性，給供電系統(tǒng)及國家財產(chǎn)造成非常巨大的損失。變電站中高頻直流電源模塊產(chǎn)品的使用量大而且質(zhì)量要求嚴(yán)格(輸出可靠性、穩(wěn)定性、精度等指標(biāo))，文中通過對高頻開關(guān)充電模塊技術(shù)的研究，結(jié)合生產(chǎn)運(yùn)行中充電模塊產(chǎn)品的缺陷發(fā)生，需對交流輸入缺相、直流輸出短路、帶載老化能力、輸出的穩(wěn)壓、穩(wěn)流特性等進(jìn)行嚴(yán)格檢測，提出應(yīng)用PLC實(shí)現(xiàn)自動控制進(jìn)行生產(chǎn)檢測的方法。從而，大大提高變電站中充電模塊產(chǎn)品質(zhì)量精度及運(yùn)行的可靠性。

1 高頻開關(guān)電源技術(shù)

充電整流模塊作為變電站直流電源的重要組成部件,將三相交流電通過整流模塊轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂蓄~定電壓的直流電,是整個直流電源的動力來源。直流電源充電整流模塊經(jīng)歷了從相控充電模塊發(fā)展到高頻開關(guān)電源模塊的過程，高頻開關(guān)電源原理框圖如圖1所示。

圖1 高頻開關(guān)電源原理框圖

原邊檢測控制電路監(jiān)視交流輸入電網(wǎng)的電壓，實(shí)現(xiàn)輸入過壓、欠壓、缺相保護(hù)功能及軟啟動的控制；輔助電源為整個模塊的控制電路及監(jiān)控電路提供工作電源；EMI輸入濾波電路實(shí)現(xiàn)對輸入電源作凈化處理， 濾除高頻干擾及吸收瞬態(tài)沖擊；軟啟動部分用作消除開機(jī)浪涌電流；三相交流輸入電源經(jīng)輸入三相整流、濾波變換成直流，全橋變換電路再將直流變換為高頻交流，高頻交流經(jīng)主變壓器隔離、全橋整流、濾波轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的直流輸出；信號調(diào)節(jié)、PWM控制電路實(shí)現(xiàn)輸出電壓、電流的控制及調(diào)節(jié)，確保輸出電源的穩(wěn)定及可調(diào)整性；輸出測量、故障保護(hù)及微機(jī)管理部分負(fù)責(zé)監(jiān)測輸出電壓、電流及系統(tǒng)的工作狀況，并將電源的輸出電壓、電流顯示到前面板，實(shí)現(xiàn)故障判斷及保護(hù)，協(xié)調(diào)管理模塊的各項操作，并跟系統(tǒng)通信，實(shí)現(xiàn)電源模塊的高度智能化。

2 直流電源產(chǎn)品檢測檢修PLC實(shí)現(xiàn)自動控制

2.1 直流電源產(chǎn)品檢測臺原理

直流電源產(chǎn)品檢測臺原理框圖如圖2所示。

圖2 檢測臺原理框圖

2.1.1 檢測臺的功能

(1)三相電源輸入：檢測臺工作電源，通過接觸器吸合控制通/斷。

(2)高頻直流電源模塊：被檢品、被測對象；它是交流輸入380 V能轉(zhuǎn)換為輸出直流220～260 V的電源模塊；檢測臺就是圍繞它的檢測項設(shè)計的。

(3)三相調(diào)壓：通過手動人工操控，使三相輸入電源有85%、100%、115%值，從而檢驗(yàn)電源模塊工作的穩(wěn)定性，做穩(wěn)壓、穩(wěn)流試驗(yàn)用。

(4)電源輸入控制：做三相缺相試驗(yàn)用，使被檢品“高頻直流電源模塊”得到缺相時，檢驗(yàn)它的保護(hù)性能。

(5)短路測試：直流電源模塊的直流輸出端，通過接觸器吸合，使母線短路，完成輸出短路試驗(yàn)。

(6)電阻負(fù)載：通過負(fù)載的改變，使得直流電源模塊得到不同的帶載電流，從而老化電源模塊的帶載能力及溫升。

(7)紋波測試表：當(dāng)直流電源模塊分別輸出不同電流、三相輸入電源變動的情況下，測得其紋波值指標(biāo)。

(8)電能質(zhì)量分析儀器：記錄直流電源模塊的帶載穩(wěn)定性能，穩(wěn)壓、穩(wěn)流、效率、功率因素、諧波含量值等指標(biāo)。

2.1.2 檢測臺工作過程

(1)三相電源輸入：檢測臺的工作輸入電源，當(dāng)按下啟動按鈕SB0、SB1時，KM、KM1接觸器線圈得電，控制電路輔助觸點(diǎn)KM、KM1閉合，實(shí)現(xiàn)自鎖，主電路常開主觸頭KM、KM1吸合，使得工作臺電源上電。

(2)高頻直流電源模塊：被檢品、被測對象；它是交流輸入380伏轉(zhuǎn)換為輸出220-260伏直流的電源模塊。

(3)三相調(diào)壓：是被檢品“直流電源模塊”的電源輸入端，通過手動人工調(diào)節(jié)或操控按鈕，使不同的接觸器吸合(KM21、KM22、KM23分時吸合)，從而改變變壓器繞組抽頭，獲得不同的三相輸入電源值(85%、100%、115%)，檢驗(yàn)電源模塊的穩(wěn)定性。

(4)電源輸入控制(缺相控制)：通過人工操控按鈕，使得接觸器KM2、KM3、KM4分時吸合動作，常閉主觸頭打開，使得被檢品直流電源模塊的三相分別缺相，從而模擬做三相缺相試驗(yàn)，檢驗(yàn)它的保護(hù)性能。

(5)短路測試：通過人工操控按鈕，使得接觸器KM5動作，常開主觸頭閉合，使得被檢品直流電源模塊的輸出直流端短路，從而模擬它的短路保護(hù)性能。

(6)電阻負(fù)載：通過人工合閘微斷開關(guān)使得接觸器KM11、KM12、KM13分時吸合動作，常開主觸頭閉合，使得負(fù)載阻值改變，直流電源模塊得到不同的帶載電流，從而老化電源模塊的帶載能力及溫升。

(7)紋波測試表、電能質(zhì)量分析儀表：被檢品的測量數(shù)據(jù)儀器儀表；當(dāng)以上項目(三相輸入缺相、短路、三相電壓變化、電阻負(fù)載)改變時，測得直流輸出的紋波、穩(wěn)壓、穩(wěn)流、短路保護(hù)、效率、功率因素、諧波含量等指標(biāo)。

2.2 基于PLC的直流產(chǎn)品檢測臺實(shí)現(xiàn)自動控制

從檢測項目中的工作過程可見，所有檢測項目都是通過人工操作的按鈕、開關(guān)來操控，而且都是間隔一段時間后就操控下一個工序。那么，我們可以通過可編程控制器(PLC)自動控制，設(shè)計好相應(yīng)檢測順序的程序語言，來代替人工的操作按鈕、開關(guān)來操控相應(yīng)接觸器，從而能得到相應(yīng)的控制功能，還能提高生產(chǎn)效率。

2.2.1 應(yīng)用PLC實(shí)現(xiàn)自動控制的原理

圖3 應(yīng)用PLC控制的原理框圖

(1)控制一(缺相試驗(yàn)：要求交流三相輸入電源分別缺相)：通過PLC的輸出點(diǎn)Y000、Y001、Y002，分別控制接觸器(KM2、KM3、KM4)動作，使得三相電源A、B、C分別缺相，從而完成產(chǎn)品的三相缺相情況下的保護(hù)性能。

(2)控制二實(shí)現(xiàn)穩(wěn)流測試(三相電壓波動試驗(yàn)：改變?nèi)嗾{(diào)壓器的輸出電壓)：通過PLC的輸出點(diǎn)Y004、Y005、Y006分別與Y007、Y010、Y011分別配合，控制接觸器(KM21、KM22、KM23)動作，使得三相調(diào)壓器分別輸出85%、100%、115%(380V額定電壓值)，與此同時，接觸器(KM11、KM12、KM13)分別配合動作，得到不同負(fù)載，實(shí)現(xiàn)對產(chǎn)品不同電流下三相電壓在改變情況下，對負(fù)載波動的穩(wěn)定性能。

(3)控制三實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓測試(三相電壓波動試驗(yàn)控制同上控制二原理)，通過PLC的輸出點(diǎn)Y007、Y0010、Y0011分別與Y004、Y005、Y006配合，分別控制接觸器(KM11、KM12、KM13)動作，使電阻負(fù)載組得到三個不同阻值，要求電源模塊輸出分別帶載25%(輕載)、50%(半載)、100%(滿載)，從而得出的效果就是，產(chǎn)品在三相電壓改變及輸出負(fù)載又在變化的情況下，其輸出電壓穩(wěn)定性能。

(4)控制四(短路試驗(yàn)：使模塊輸出直流母線短路)：通過PLC的輸出點(diǎn)Y003，控制接觸器(KM5)動作，使得電源模塊輸出直流母線短接(短路試驗(yàn))。接觸器閉合，可以開始檢測工作。再按下檢測工作啟動按鈕SB3，PLC程序第一步先完成KM234動作的缺相試驗(yàn)；接著控制交流輸入調(diào)壓器不同電壓抽頭的調(diào)壓，完成穩(wěn)流、穩(wěn)壓試驗(yàn)；最后完成短路試驗(yàn)。

2.2.2 用PLC實(shí)現(xiàn)自動控制設(shè)計

(1)PLC的輸入輸出I/O分配表

表1 PLC的輸入輸出I/O分配表

(2)PLC的I/O接線圖

PLC的I/O接線圖如圖3所示。

圖3 PLC的I/0接線圖

(3)PLC主程序解釋

當(dāng)按下啟動按鈕SB3，開關(guān)X000接通時，檢測指示燈亮起，步進(jìn)指令SET20動作，Y000有輸出，KM2吸合，計時5秒，完成A相試驗(yàn)；然后步進(jìn)指令SET21動作，YOO1有輸出，KM3吸合，又計時5秒，完成B相試驗(yàn)；同理，后面都是應(yīng)用步進(jìn)指令分別完成Y002至Y011的輸出并計時，從而完成各項試驗(yàn)。若按下停止按鈕SB4，檢測工作停止，檢測指示燈熄滅。重新更換檢測產(chǎn)品后，按下SB3又開始檢測工作。

圖4 PLC主程序梯形圖

2.2.3 改造后的檢查與測試

(1)檢查改造后的檢測臺接線是否正確：主交流輸入AC380伏經(jīng)接觸器KM1吸合供電，再接三相調(diào)壓器，可改變交流輸入電壓；然后引至KM234三個接觸器，分別控制交流三相電路缺相，從而完成缺相試驗(yàn)。再把三相電源接至被檢測品(高頻開關(guān)電源模塊)，然后輸出為直流正負(fù)極，負(fù)極接一個分流器，測輸出帶載的電流；接一個電壓表，測直流輸出電壓值；往后接的KM5是做短路試驗(yàn)用，監(jiān)測電源模塊是否能正常保護(hù)并能發(fā)出信號；再往后是負(fù)載，通過改變不同的三組負(fù)載，監(jiān)測電源模塊是否能穩(wěn)定帶載、穩(wěn)壓。

(2)控制操作測試：按下檢測臺工作電源啟動按鈕，KM1接觸器閉合，可以開始檢測工作。再按下檢測工作啟動按鈕SB3，PLC程序第一步先完成KM234動作的缺相試驗(yàn)；接著控制交流輸入調(diào)壓器不同電壓抽頭的調(diào)壓，完成穩(wěn)流、穩(wěn)壓試驗(yàn)；最后完成短路試驗(yàn)；整個檢測過程中，依靠PLC的程序控制以及電能質(zhì)量分析儀監(jiān)測完成。

3 結(jié)束語

在電力系統(tǒng)運(yùn)行中，直流電源系統(tǒng)為微機(jī)保護(hù)裝置、斷路器跳合閘及開關(guān)信號提供220 V或110 V直流電，是變電所構(gòu)成重要的組成部分，它的可靠運(yùn)行是變電所及電網(wǎng)安全運(yùn)行的重要保障。文中提出應(yīng)用PLC實(shí)現(xiàn)高頻開關(guān)充電模塊進(jìn)行自動檢測的方法。對交流輸入缺相、直流輸出短路、帶載老化能力、輸出的穩(wěn)壓、穩(wěn)流特性等進(jìn)行嚴(yán)格檢測，從而，大大提高變電站中充電模塊產(chǎn)品質(zhì)量精度及運(yùn)行的可靠性，為直流系統(tǒng)能夠安全、可靠運(yùn)行打下堅實(shí)基礎(chǔ)。