工廠電網(wǎng)快速減（甩）載系統(tǒng)

李宏偉

海南金海漿紙業(yè)有限公司，中國(guó)·海南 洋浦經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū) 570100

1 引言

通過Power SCADA電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)合PLC控制系統(tǒng)。由生產(chǎn)運(yùn)行人員預(yù)先對(duì)需要甩載的配電開關(guān)進(jìn)行提前選擇，在設(shè)備出現(xiàn)異常時(shí)，對(duì)電網(wǎng)中中央配電系統(tǒng)的出線開關(guān)或車間MCC進(jìn)線、出線開關(guān)進(jìn)行快速自動(dòng)分閘，實(shí)現(xiàn)快速減負(fù)載，將異常對(duì)電網(wǎng)的影響降到最低，提高電網(wǎng)的穩(wěn)定性和可靠性。

2 背景技術(shù)

在一些大型工廠內(nèi)部都有自備電站，構(gòu)成了一個(gè)小型的電網(wǎng)，當(dāng)電網(wǎng)內(nèi)部有故障時(shí)，需要將故障范圍盡可能地縮小，將一些負(fù)載盡快解列，以便保證內(nèi)部電網(wǎng)的穩(wěn)定與安全，同時(shí)盡可能地減少生產(chǎn)損失和設(shè)備損壞[1]。目前能了解到的一些解列方法與裝置存在以下幾個(gè)缺點(diǎn)：①所采用的算法復(fù)雜，具體實(shí)現(xiàn)起來困難，根本不是非專業(yè)廠家的技術(shù)人員所能做到的；②成套裝置費(fèi)用昂貴，一般的企業(yè)無法承擔(dān)。

為了實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，論文介紹的新型減載系統(tǒng)為電力系統(tǒng)解列提供了一個(gè)簡(jiǎn)單有效、經(jīng)濟(jì)實(shí)用的解決方案。

該新型電網(wǎng)快速減載系統(tǒng)所采用的技術(shù)方案是：采用市面普通的PLC加人機(jī)界面加以實(shí)現(xiàn)，可以在手動(dòng)和自動(dòng)模式間自由選擇。當(dāng)采用自動(dòng)模式時(shí)，由操作員在人機(jī)界面上激活需要解列的發(fā)電機(jī)，再選擇對(duì)應(yīng)的要解列廠區(qū)（用戶端），將數(shù)據(jù)保存到PLC CPU中，當(dāng)發(fā)電機(jī)異常跳車（鍋爐異常也會(huì)導(dǎo)致發(fā)電機(jī)異常）、電網(wǎng)頻率過低時(shí)等異常時(shí)（這些解列的觸發(fā)信號(hào)根據(jù)實(shí)際需要可做相應(yīng)的調(diào)整），解列的觸發(fā)信號(hào)被激活，PLC通過DO信號(hào)輸出卡發(fā)送解列信號(hào)到被選中解列廠區(qū)的現(xiàn)場(chǎng)開關(guān)，將相應(yīng)設(shè)備解列。采集解列的觸發(fā)信號(hào)和輸出解列信號(hào)均分散在各個(gè)現(xiàn)場(chǎng)，通過光纖與PLC CPU通信，實(shí)現(xiàn)快速解列，保證了電力系統(tǒng)的安全與穩(wěn)定。

3 本快速減載系統(tǒng)的主要效益

只需投入很低的成本，用比較簡(jiǎn)單的算法，就能在大型工廠的內(nèi)部實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的穩(wěn)定。當(dāng)電網(wǎng)中出現(xiàn)異常時(shí)（發(fā)電機(jī)跳閘和電網(wǎng)頻率過低），可根據(jù)電網(wǎng)及生產(chǎn)需要快速并有效地對(duì)電網(wǎng)中的負(fù)載進(jìn)行解列，最大限度地維護(hù)電網(wǎng)穩(wěn)定和保護(hù)相關(guān)設(shè)備，避免整個(gè)電力系統(tǒng)崩潰。下面結(jié)合附圖和實(shí)例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步說明。

3.1 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和算法

①TCP/IP網(wǎng)絡(luò)；②光纖連接的Profibus通訊；③光纖連接的Profibus通訊；④SCADA系統(tǒng)服務(wù)器1#；⑤SCADA系統(tǒng)服務(wù)器2#；⑥工程師站ES；⑦操作員站OS；⑧DAC通訊設(shè)備ECM；⑨解列系統(tǒng)PLC CPU S7-400解列控制器；⑩解列系統(tǒng)PLC現(xiàn)場(chǎng)IO卡；?現(xiàn)場(chǎng)配電房繼電保護(hù)設(shè)備；?現(xiàn)場(chǎng)配電房配電斷路器（后接用戶端）；?現(xiàn)場(chǎng)配電房繼電保護(hù)開關(guān)柜；?采集TG發(fā)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)信號(hào)的PLC現(xiàn)場(chǎng)IO卡。

如圖1所示，發(fā)電機(jī)可以有多臺(tái)，用戶端也可以有很多，根據(jù)實(shí)際情況而定。在TG1激活解列的情況下，當(dāng)TG1跳閘，被選中的用戶端（有√），則自動(dòng)會(huì)被解列，沒有被選中的用戶端則不會(huì)被解列，保證其他用戶的正常用電，如圖2所示。

圖1 Power SCADA系統(tǒng)和減載裝置的系統(tǒng)架構(gòu)

圖2 自動(dòng)解列算法示意圖

具體實(shí)施方式如下：

第一，將電網(wǎng)的復(fù)雜情況進(jìn)行簡(jiǎn)化，只考慮發(fā)電機(jī)的跳閘信號(hào)和電網(wǎng)頻率低（具體低到多少視實(shí)際需求而定）這兩大類情況。

第二，將發(fā)電機(jī)的跳閘信號(hào)和電網(wǎng)頻率低信號(hào)通過10、14的現(xiàn)場(chǎng)IO卡進(jìn)行采集到PLC CPU 9中。

第三，解列算法：假定有2臺(tái)發(fā)電機(jī)（TG1、TGn），4個(gè)用戶端12（A、B、C、D、E），具體操作如下。

A.在操作員站OS 7上添加選擇按鈕，用于確認(rèn)發(fā)電機(jī)跳閘和電網(wǎng)頻率低是否激活解列；以及解列哪些用戶端，并將這些數(shù)據(jù)保存到PLC中。

B.在TG1或TGn激活解列的情況下，當(dāng)TG1或TGn跳閘，被選中的用戶端（有√）則自動(dòng)會(huì)被解列，沒有被選中的用戶端則不會(huì)被解列，保證其他用戶的正常用電。

C.也可手動(dòng)解列，操作員激活手動(dòng)解列按鈕，再選擇要解列的用戶端12即可實(shí)現(xiàn)手動(dòng)解列，主要用于調(diào)試。

D.在PLC CPU 9中進(jìn)行對(duì)應(yīng)的程序編寫，實(shí)現(xiàn)以上功能。

E.硬件的匹配：PLC CPU 與現(xiàn)場(chǎng)I/O卡10、14采用光纖通信，通信協(xié)議為PROFIBUS協(xié)議，保證通信的品質(zhì)與快速。

操作員在選擇用戶端時(shí)，被選中用戶端的總電量要與對(duì)應(yīng)發(fā)電機(jī)的發(fā)電量盡可能地接近，減少解列后對(duì)電網(wǎng)的沖擊。

3.2 Loadshedding系統(tǒng)組成：硬件和軟件

3.2.1 硬件

Loadshedding系統(tǒng)硬件主要由西門子S7-400 PLC CPU，使用CP通信卡與PowerSCADA Monitoring監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，汽輪機(jī)跳機(jī)、鍋爐跳機(jī)信號(hào)的輸入采集以及下端各MCC開關(guān)甩載動(dòng)作信號(hào)輸出使用西門子ET200S IO卡片。各IO站與PLC CPU之間使用Profibus-DP通信，遠(yuǎn)距離使用光纜連接。

3.2.2 軟件

Loadshedding系統(tǒng)的編程軟件使用西門子Step 7編程軟件Simatic Manager進(jìn)行甩載邏輯的編寫。

3.3 減載系統(tǒng)編程組態(tài)說明：預(yù)先選擇、減載動(dòng)作激活條件

減載邏輯功能部分，通過調(diào)用PLC通用功能塊進(jìn)行編程實(shí)現(xiàn)。具體使用方式說明如下：

FC1：將用戶在畫面上選擇的項(xiàng)（存放在第一級(jí)數(shù)據(jù)塊），根據(jù)畫面上“save”的動(dòng)作來判斷所選中的項(xiàng)是否將其保存到第二級(jí)數(shù)據(jù)塊中（作為反饋與減載）。

FB1:根據(jù)第二級(jí)數(shù)據(jù)塊與跳脫判斷條件來判斷是否輸出到DO點(diǎn)動(dòng)作。

FC5:將上位機(jī)寫到PLC中DB26的數(shù)據(jù)分塊存到DB1……DB15中；將PLC反饋值從DB2……DB16集中存到DB27中；DB26用于直接接收PC所發(fā)送的數(shù)據(jù)，DB27用于將數(shù)據(jù)集中后直接發(fā)送給PC。

如圖3所示，DB1代表TG1跳脫時(shí)選擇開關(guān)項(xiàng)，點(diǎn)擊“SAVE”后，數(shù)據(jù)被存放在DB2并被FB1調(diào)用，當(dāng)TG1甩載功能被“Enable”并且TG1跳車時(shí)，甩載條件滿足，PLC輸出分閘信號(hào)，甩掉與TG1對(duì)應(yīng)的被選擇開關(guān)，快速減少電網(wǎng)負(fù)載。

圖3 邏輯程序流程示意圖

通信程序說明如下：

第一，將DB31定義為通信參數(shù)設(shè)定數(shù)值存放的數(shù)據(jù)塊。

第二，在Network組態(tài)中插入一類型為“TCP CONNECT”的網(wǎng)絡(luò)連接。

第三，根據(jù)需要先在OB100里面初始化FB108里面的參數(shù)。

第四，在0B1中正式調(diào)用FB108，將DB31中相應(yīng)的參數(shù)賦值給FB108 的對(duì)應(yīng)引腳。

其中，F(xiàn)B108的具體功能介紹請(qǐng)參考說明書。

3.4 MODBUS TCP網(wǎng)絡(luò)組態(tài)步驟

在硬件組態(tài)已完成的基礎(chǔ)上，具體操作如下：

第一，打開Network，選中其中Simatic400 Sation的CPU，右擊選中Insert New Connection。

第二，彈出一“Insert New Connection”的對(duì)話框，其他默認(rèn)，在Connection項(xiàng)中Type選項(xiàng)中選TCP Connection，然后點(diǎn)擊OK。

第三，在生成網(wǎng)絡(luò)的Properties里設(shè)定。①General Information項(xiàng)中可使用默認(rèn)設(shè)置，但其中的Block parameter中的LADDR，ID的值在FB108 中使用；②Address項(xiàng)中，Port選項(xiàng)不能大于2000，一般可填502，對(duì)方需根據(jù)這個(gè)來做對(duì)應(yīng)設(shè)定，Remote項(xiàng)中一般不填，如需固定接收方時(shí)才根據(jù)需要填寫對(duì)方IP；③其他可用默認(rèn)（接收方式一般選send/recv）。

3.5 減載執(zhí)行示意圖和操作說明

論文結(jié)合圖4減載模式示意圖進(jìn)行簡(jiǎn)單操作。具體說明如下：

圖4 自動(dòng)、手動(dòng)減載模式示意圖

第一，在電網(wǎng)正常的情況下，先根據(jù)每一臺(tái)TG的發(fā)電量和各車間的減載優(yōu)先順序，使用SCADA監(jiān)控系統(tǒng)畫面，選擇在TG出現(xiàn)異常跳機(jī)時(shí)需要減掉的廠區(qū)開關(guān)負(fù)載（選擇的開關(guān)加起來用的電總量要盡可能地與TG發(fā)電量相同）。

第二，選擇好后，點(diǎn)擊“SAVE”保存按鈕，將選擇信息保存到PLC程序中，同時(shí)將對(duì)應(yīng)的TG的減載功能切換到“Enable”狀態(tài)進(jìn)行激活。

第三，通過以上兩個(gè)步驟的操作，操作員的自動(dòng)減載選擇操作已經(jīng)完成。如果運(yùn)行過程中TG出現(xiàn)異常跳機(jī)，發(fā)電機(jī)跳閘信號(hào)會(huì)快速給到Loashedding PLC系統(tǒng)，PLC程序中減載條件被激活，自動(dòng)輸出DO信號(hào)給到現(xiàn)場(chǎng)高壓開關(guān)柜快速斷開負(fù)載開關(guān)。

第四，通過該減載系統(tǒng)提供的手動(dòng)減載（MANUAL LS）操作選項(xiàng)，操作員也可以根據(jù)實(shí)際需要，對(duì)下端的負(fù)載開關(guān)進(jìn)行手動(dòng)選擇，完成手動(dòng)減載操作。

4 結(jié)語

論文介紹的工廠電網(wǎng)快速減載系統(tǒng)已經(jīng)有實(shí)際運(yùn)用案例，并在多次發(fā)電機(jī)異常跳機(jī)后，通過自動(dòng)快速減載，對(duì)整個(gè)電網(wǎng)進(jìn)行了保護(hù)，沒有進(jìn)一步擴(kuò)大異常影響范圍。實(shí)現(xiàn)了電網(wǎng)的穩(wěn)定、可靠運(yùn)行，減少了工廠在異常出現(xiàn)時(shí)造成的各種損失，也給后續(xù)的生產(chǎn)和設(shè)備快速恢復(fù)提供了保障。