基于PLC 的電磁流量計(jì)感應(yīng)電壓故障自動檢測方法

張 敏

（煙臺文化旅游職業(yè)學(xué)院 山東 煙臺 264003）

0 引言

隨著電網(wǎng)覆蓋范圍的擴(kuò)大，電磁流量計(jì)感應(yīng)電壓難以得到有效控制，對電網(wǎng)運(yùn)行結(jié)果產(chǎn)生較大的不利影響。因此，需要設(shè)計(jì)電磁流量計(jì)感應(yīng)電壓故障自動監(jiān)測方法[1-2]。傳統(tǒng)的電壓故障自動檢測方法一般是采用雙向檢測的方式實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)與電纜隨機(jī)組網(wǎng)的關(guān)聯(lián)，同時(shí)對高負(fù)荷輸電的實(shí)際范圍進(jìn)行控制，完成對電壓故障的自動檢測。但是這種方式對于部分故障檢測存在誤差，使得最終的檢測結(jié)果不精準(zhǔn)、不可靠[3]。為了提高檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性，本文設(shè)計(jì)了基于PLC 的電磁流量計(jì)感應(yīng)電壓故障自動檢測方法。

PLC 是目前應(yīng)用效果較好的一種可編程邏輯控制器[4]，在電磁流量計(jì)感應(yīng)電壓故障檢測領(lǐng)域應(yīng)用效果較好[5-6]。因此本文結(jié)合PLC 裝置，構(gòu)建更加穩(wěn)定的檢測結(jié)構(gòu)，精準(zhǔn)定位電網(wǎng)異常節(jié)點(diǎn)，及時(shí)對電壓故障進(jìn)行檢測與維護(hù)，具有十分重要的應(yīng)用價(jià)值。

1 PLC下電磁流量計(jì)感應(yīng)電壓故障自動檢測方法設(shè)計(jì)

實(shí)現(xiàn)電磁流量計(jì)感應(yīng)電壓故障的自動檢測首先需要設(shè)定自動化邏輯定位的檢測范圍和檢測目標(biāo)；然后針對檢測目標(biāo)，基于GX Developer 程序，設(shè)定分段邏輯處理命令，建立自動導(dǎo)向檢測結(jié)構(gòu)；分配檢測密碼鎖，編制觸發(fā)檢測協(xié)議，構(gòu)建觸發(fā)邏輯檢測模型；組建合位延時(shí)檢測PLC 程序，采用雙向波形法實(shí)現(xiàn)電壓故障自動檢測。

1.1 自動化邏輯定位檢測目標(biāo)設(shè)定

設(shè)定具體的自動化邏輯定位檢測目標(biāo)，利用饋線匹配需要檢測的自動化電路，同時(shí)在電路中安裝監(jiān)測定位設(shè)置，形成邏輯隔離執(zhí)行節(jié)點(diǎn)[7]。測試構(gòu)建的節(jié)點(diǎn)均為監(jiān)測節(jié)點(diǎn)，同時(shí)具備檢測與隔離的功能。為了有效避免多次試送電對變電站的沖擊，同時(shí)加強(qiáng)對電磁流量計(jì)感應(yīng)電壓的控制[8]，需要先計(jì)算初始的電壓標(biāo)準(zhǔn)值，如公式1 所示：

公式1 中：T表示初始的電壓標(biāo)準(zhǔn)值，ν表示邏輯關(guān)系系數(shù)，?表示電壓節(jié)點(diǎn)數(shù)量。

通過上述計(jì)算，最終可以得出實(shí)際的初始電壓標(biāo)準(zhǔn)值。結(jié)合初始的電壓標(biāo)準(zhǔn)值，設(shè)定具體的自動化邏輯檢測范圍。同時(shí)，將初始的邏輯檢測指令設(shè)定在設(shè)備之中[9]，然后對相應(yīng)區(qū)域故障進(jìn)行定位。構(gòu)建單環(huán)網(wǎng)的檢測結(jié)構(gòu)，劃定具體的雙向檢測線路：一種線路為通信線路，主要負(fù)責(zé)信號的傳輸與收集，而另一種線路為故障檢測線路，主要負(fù)責(zé)異常信號的識別與定位。至此，便可以完成自動化邏輯定位檢測目標(biāo)的設(shè)定[10]。

1.2 建立GX Developer 自動導(dǎo)向檢測結(jié)構(gòu)

在完成對自動化邏輯定位檢測目標(biāo)的設(shè)定之后，需要建立GX Developer 自動導(dǎo)向檢測結(jié)構(gòu)。將GX Developer程序添加在故障檢測程序之中，轉(zhuǎn)換具體的檢測目標(biāo)，根據(jù)邏輯關(guān)聯(lián)性分段控制檢測處理流程。

不同于傳統(tǒng)檢測程序，GX Developer 檢測的范圍更為廣泛，且對于電流的控制與電壓的維穩(wěn)也具有較強(qiáng)的效果，因此將其添加在故障檢測的程序之中，形成關(guān)聯(lián)性的運(yùn)動控制流程。

檢測目標(biāo)轉(zhuǎn)換需要將編輯程序換成GPPQ、GPPA 格式的應(yīng)用型文檔，然后選擇FX 導(dǎo)向檢測協(xié)議以文檔的形式導(dǎo)入新檢測目標(biāo)指令。在RS-232C 端口中接入一個(gè)通信電纜，將PLC 裝置連接在檢測程序之中，獲取變化數(shù)據(jù)信息，形成初始的檢測結(jié)構(gòu)。GX Developer 自動導(dǎo)向檢測結(jié)構(gòu)還需要同時(shí)具備分段邏輯處理設(shè)定，以此來進(jìn)一步細(xì)化具體的檢測目標(biāo)，完成GX Developer 自動導(dǎo)向檢測結(jié)構(gòu)。

1.3 PLC 輔助下構(gòu)建觸發(fā)邏輯檢測模型

在建立基于GX Developer 的自動導(dǎo)向檢測結(jié)構(gòu)之后，需要在PLC 輔助下構(gòu)建觸發(fā)邏輯檢測模型。將所制定的檢測結(jié)構(gòu)添加在初始的模型之中；設(shè)定檢測的輸入輸出節(jié)點(diǎn)，分配檢測密碼鎖；計(jì)算協(xié)議檢測常數(shù)值，編制具體的觸發(fā)檢測協(xié)議，作為觸發(fā)邏輯的控制機(jī)制添加在檢測模型之中。

觸發(fā)邏輯檢測模型實(shí)際上是指令檢測模型，可以在模型中設(shè)定檢測的輸入輸出節(jié)點(diǎn)，并分配檢測密碼鎖，具體分配情況見表1。

表1 輸入輸出點(diǎn)分配表

根據(jù)表1，可以完成對輸入輸出點(diǎn)的分配。在PLC 裝置的輔助下，需要安裝觸發(fā)邏輯的控制機(jī)制，該機(jī)制隨著電壓的變化而進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。可以先編制觸發(fā)協(xié)議，并計(jì)算出協(xié)議的檢測常數(shù)值，具體如公式2 所示：

公式2中：K表示協(xié)議的檢測常數(shù)值，?表示失壓比，ψ表示觸發(fā)時(shí)間點(diǎn)，η表示合閘檢測幅值。根據(jù)得到的實(shí)際協(xié)議檢測常數(shù)值編制具體的觸發(fā)檢測協(xié)議，添加在初始的檢測模型之中，優(yōu)化PLC 輔助下構(gòu)建觸發(fā)邏輯檢測模型。

1.4 合位延時(shí)檢測PLC 程序組建

首先需要設(shè)定殘壓閉鎖，當(dāng)電磁流量計(jì)感應(yīng)電壓處于電流分位的不穩(wěn)定狀態(tài)，設(shè)定合位的檢測時(shí)間，確保任意一側(cè)失電時(shí)仍可以加強(qiáng)對殘壓脈沖信號的傳輸與接收。

然后劃定延時(shí)合閘的檢測范圍，結(jié)合PLC 程序，形成關(guān)聯(lián)檢測結(jié)構(gòu)。在實(shí)際應(yīng)用的過程中，兩側(cè)電壓如果未達(dá)到預(yù)期標(biāo)準(zhǔn)，需要重新作出調(diào)整與處理；反之，如果兩側(cè)電壓達(dá)到了預(yù)期標(biāo)準(zhǔn)，則可以設(shè)定合位延時(shí)檢測程序。啟動自動分閘開關(guān)，營造合位延時(shí)檢測環(huán)境，為后續(xù)故障的自動檢測工作奠定基礎(chǔ)。

1.5 雙向波形法實(shí)現(xiàn)電壓故障自動檢測

組建合位延時(shí)檢測PLC 程序之后，采用雙向波形法實(shí)現(xiàn)電壓故障自動檢測。根據(jù)獲取的基礎(chǔ)檢測數(shù)據(jù)信息，利用檢測程序調(diào)整與更改密碼檢測鎖，形成動態(tài)的雙向波形檢測環(huán)境，計(jì)算出實(shí)際的雙向斷離極限值，具體如下公式3 所示：

公式3 中：U表示實(shí)際的雙向斷離極限值，ρ表示反行檢測范圍，q表示折射系數(shù)，ζ表示雙向描述檢測差值。

通過上述計(jì)算，最終可以得出實(shí)際的雙向斷離極限值。通過PLC 檢測程序在檢測波形故障維護(hù)層級架構(gòu)上完成對電磁流量計(jì)感應(yīng)電壓故障的自動檢測。

2 方法測試

對設(shè)計(jì)的基于PLC 的電磁流量計(jì)感應(yīng)電壓故障自動檢測方法進(jìn)行驗(yàn)證與測試。為了確保測試結(jié)果的真實(shí)性與可靠性，測試共劃分為3 個(gè)測試組，每一個(gè)測試組為一種故障自動檢測方法。第1 組為傳統(tǒng)的光纖故障自動檢測方法，將其設(shè)定為傳統(tǒng)光纖故障自動檢測組；第2 組為傳統(tǒng)的環(huán)路阻抗故障自動檢測方法，將其設(shè)定為傳統(tǒng)環(huán)路阻抗故障自動檢測組；第3 組為本文所設(shè)計(jì)的故障自動檢測方法，將其設(shè)定為PLC 故障自動檢測組。測試會以對比的形式進(jìn)行，同時(shí)，將最終得出的測試結(jié)果比照分析，完成檢測與探究。

2.1 測試準(zhǔn)備

在對PLC 的電磁流量計(jì)感應(yīng)電壓故障自動檢測效果進(jìn)行分析之前，需要先搭建相應(yīng)的測試環(huán)境。選取P 電廠作為測試的目標(biāo)區(qū)域，同時(shí)將電廠的電磁流量計(jì)感應(yīng)電壓作為測試的實(shí)際目標(biāo)。考慮到測試裝置的安全性，需要先設(shè)定具體的故障模式和特征參數(shù)，見表2。

表2 故障模式特征參數(shù)設(shè)定表

根據(jù)表2，可以完成對故障模式特征參數(shù)的設(shè)定。然后依據(jù)上述的參數(shù)數(shù)值，設(shè)定具體的檢測范圍，同時(shí)，結(jié)合PLC 裝置，進(jìn)行電磁流量計(jì)感應(yīng)電壓線損的排列，計(jì)算出線損的單元損失樣本值，具體如下公式4 所示：

公式4 中：J表示線損的單元損失樣本值，φ表示特征動態(tài)變化比，? 表示單元排列總值。通過上述計(jì)算，最終可以得出實(shí)際線損的單元損失樣本值。在上述的背景環(huán)境之下，進(jìn)行監(jiān)測端的設(shè)定，設(shè)定輸配電線路的電壓為110 ～500 kV 之間。隨后，對電流的變化作出控制，通常設(shè)備的額定電流需要劃定合理的范圍，基本為1 200 ～2 200 A 之間。

在電路之中安裝一個(gè)小型的監(jiān)控設(shè)備，利用PLC 裝置形成一個(gè)穩(wěn)定的邏輯控制單元電路，同時(shí)，模擬電流的運(yùn)行狀態(tài)，一旦電磁流量計(jì)感應(yīng)裝置發(fā)生故障或者異常，電路中的指示燈便會及時(shí)發(fā)出警示，給予管理維護(hù)人員信息，避免出現(xiàn)大范圍的關(guān)聯(lián)故障現(xiàn)象。另外，將監(jiān)測裝置、電磁流量計(jì)感應(yīng)、PLC裝置、集中器以及后臺主站關(guān)聯(lián)在一起，由邏輯電路控制。

在上述背景環(huán)境之下，需要獲取電磁流量計(jì)感應(yīng)裝置的實(shí)際執(zhí)行頻率，同時(shí)獲取指令檢測信號。這部分需要注意的是，信號的編制與傳輸也是具有特定的格式的，需要先獲取數(shù)據(jù)信息，隨后將其上傳至主站之中，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的轉(zhuǎn)換與添加。根據(jù)變化的參數(shù)值重新設(shè)定檢測指令目標(biāo)，計(jì)算實(shí)際的檢測反饋輸配節(jié)點(diǎn)數(shù)量，具體如下公式5所示：

公式5 中：M表示檢測反饋輸配節(jié)點(diǎn)數(shù)量，? 表示集成范圍，? 表示感應(yīng)電流值，β表示檢測標(biāo)準(zhǔn)常數(shù)。通過上述計(jì)算，最終可以得出實(shí)際的檢測反饋輸配節(jié)點(diǎn)數(shù)量。完成上述測試環(huán)境的搭建之后，核定測試的裝置以及設(shè)備是否處于穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài)，同時(shí)確保不存在影響最終測試結(jié)果的外部因素。核定無誤后，開始具體的測試。

2.2 測試過程及結(jié)果分析

在上述所搭建的測試環(huán)境之中，進(jìn)行更為具體的電磁流量計(jì)感應(yīng)電壓故障自動檢測。根據(jù)實(shí)際的測試需求，設(shè)定一致的電容環(huán)境和處理標(biāo)準(zhǔn)，測定電磁流量計(jì)感應(yīng)電壓的環(huán)路阻抗角，并計(jì)算出阻抗極限值，具體如下公式6 所示：

公式6 中：Y表示具體的阻抗極限值，n表示檢測距離，χ表示極限線損標(biāo)準(zhǔn)，d表示檢測節(jié)點(diǎn)數(shù)量，δ表示實(shí)際電壓值。通過上述計(jì)算，最終可以得出具體的阻抗極限值。根據(jù)得出的阻抗極限值，結(jié)合預(yù)設(shè)的處理檢測距離，劃定具體的檢測節(jié)點(diǎn)。

每一個(gè)節(jié)點(diǎn)被分別安裝在對應(yīng)的檢測層級之中，相互之間形成并聯(lián)的控制關(guān)系。另外，檢測節(jié)點(diǎn)與監(jiān)控裝置也存在一定的聯(lián)系，在實(shí)際應(yīng)用的過程中，可以對檢測的情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)管，具有較強(qiáng)的靈活性。測試的區(qū)域雖然是固定的，但是在復(fù)雜的環(huán)境之下，電壓也會發(fā)生相應(yīng)的變化。所以，將測定電壓分為6 個(gè)小組，進(jìn)行自動檢測誤差值的測算，具體如下公式7 所示：

公式7 中：F表示自動檢測誤差值，γ表示接線差值，κ表示變電流變化比。通過上述計(jì)算，最終可以得出實(shí)際的自動檢測誤差值。經(jīng)過上述測定，進(jìn)行測試結(jié)果的驗(yàn)證與比照，具體見表3。

表3 測試結(jié)果對比分析表

根據(jù)表3 可知：相比于傳統(tǒng)光纖故障自動檢測組和傳統(tǒng)環(huán)路阻抗故障自動檢測組，本文所設(shè)計(jì)的PLC 故障自動檢測組最終得出的自動檢測誤差相對較小。這是因?yàn)楸疚脑O(shè)計(jì)的檢測環(huán)節(jié)更為合理，最終得出的結(jié)果也更加穩(wěn)定、可靠，具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

3 結(jié)語

本文對基于PLC 的電磁流量計(jì)感應(yīng)電壓故障自動檢測方法進(jìn)行了設(shè)計(jì)與構(gòu)建。對比傳統(tǒng)的檢測方法，本文所設(shè)計(jì)的方法更加靈活、多變，檢測范圍也得到了最大限度的延伸與擴(kuò)展，在實(shí)際應(yīng)用的過程中，對于故障節(jié)點(diǎn)位置的檢測和定位更加精準(zhǔn)、可靠，進(jìn)一步優(yōu)化完善了故障的自動檢測結(jié)構(gòu)。另外，傳統(tǒng)的檢測環(huán)節(jié)較為復(fù)雜，這也使得實(shí)際的測定效率與質(zhì)量受到極大的限制，自動檢測并不能發(fā)揮預(yù)期的效果。但是本文設(shè)計(jì)的基于PLC 的電磁流量計(jì)感應(yīng)電壓故障自動檢測方法在PLC 裝置的輔助之下，可以對磁流量計(jì)感應(yīng)電壓的變化情況進(jìn)行實(shí)時(shí)掌控，結(jié)合異常故障節(jié)點(diǎn)信息融合模型，獲取相應(yīng)的故障異常信息，完成對電磁流量計(jì)感應(yīng)電壓故障的自動檢測，增強(qiáng)實(shí)際的應(yīng)用效果，推動相關(guān)行業(yè)邁入新的發(fā)展臺階。