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PLC在配电网环网柜自动化改造中的应用_图文


《电工技术杂志》2004年第1期

PLC在配电网环网柜自动化改造中的应用
张宏

关春萍郭宗仁
350002)

(福州大学电气工程与自动化学院

硼月

摘要可编程逻辑控制器PLC应用在配电网馈线自动化环网柜开关控制部分的技术改造 中,为满足馈线自动化的功能设计了相应的重合器和分段器的馈线自动化流程,根据流程编制 PLC控制软件,实现了馈线自动化的功能。
关键词 配电网PLC流程



引言 我国大多数城市是由沿城市街道敷设的架空导

线(裸导线、绝缘导线)构成10kV配电网络,采 用幅射式与树干式相结合的供电结线方式,很少采 用环网结线。配电系统中开关设备的选用以断路器 为主,很少采用负荷开关。这种传统的10kV配电 方式不仅占地面积大,投资高,而且可靠性低_1 J。 针对这种情况,电力部rJ在对城市配电网进行 馈线自动化改造时,普遍采用电缆供电,馈线结线 采用环网或手拉手的方式。其次将网络中的环网开 关按照自动化要求改造成为可遥控的负荷开关。 一条采用环网柜组成的典型的双电源手拉手环 网供电的馈线如图1所示。 城市配网的发展使环网供电在供电方案中占越 来越大的比例,而作为环网供电的主设备环网柜, 则越来越受到供电部门和用户的重视。很多原有的 环网柜无自动化功能或功能较差,无法实现灵活可 靠的馈线自动化运行,其控制部分存在人工手动操 作、可靠性低、抗干扰能力不强等问题。有些国外 生产的环网柜其控制部分造价高,增加了投资。为 了解决这些问题,本文通过方案对比,引用可编程 逻辑控制器对现有环网柜控制部分进行自动化改 造,使之与重合器配合,灵活地实现馈线自动化的 功能,并留有与配电中心通信的接口。
3。环网柜 图1环阿柜组成的双电源 手拉手环网供电
24研=

网柜

高工作电压12kV的三相交流配电系统,作为分合 负荷电流,也可开断变压器空载电流、一定距离架 空线路电缆线路的充电电流【2 J。在电气接线上, 环网柜一般是由1个进线开关,1个出线开关和2 个负荷开关组成,典型的环网柜电气一次接线如图 2所示。 环网柜进线开关为1“开关,出线开关为2 4开 关,进线侧母线PT,、本体母线PB和出线侧PT: 可鼍测各馈线段的电压,另外两个开关为负荷开
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2环网柜的基本电气结构
现存所采用的10kV环网柜一般分为空气绝缘 和S/:、6绝缘两种,它们适用于额定电压lOkV,最

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《电工技术杂志》2004年第1期

PLC在配电网环网柜自动化改造中的应用

按照馈线自动化的要求,为r减少馈线故障时 开关的动作次数和正确闭锁故障区域的开关,文中 根据馈线结线方式为重合器+N×分段器+联络开 关的特点,设计r一种馈线自动化处理模式,采用 电压(分段器)电流(重合器)混合型处理模式。 假设馈线上F,点发生非单相接地故障,采取
图2环网柜电气敬接线图

的馈线故障处理的自动化过程如下: 重合器cH.第一次跳开后迅速合闸,所有环 网柜开关保持闭合,如果该故障是瞬时性故障,晕 合器延时闭合,故障排除;如果该故障是永久性故 障,重合器CH.第一次重合后第二次跳开,所有 环网柜开关打开。重合器CH,第二次晕合后,顺 序闭合sl、s2开关,当闭合s2开关时,因为故障 的存在,重合器CH,第三次跳开,环网柜1中的 s:开关打开闭锁,环网柜2中的s。开关延时枪测 不到电压,也打开闭锁。重合器CH,第三次重台, 恢复从电源1至s:开关段的供电,达到整定的时 间后联络器开关LL闭合,恢复环网柜2的供电。 假定线路上F:点发生故障,Q3的熔断器在约 10ms的时问内熔断,切除支线故障,所有开关不
动作。

关。负荷开关侧有一个能形成明显断开点的刀闸和 高压熔断器。 环网柜的负荷开关能切断额定负荷电流和一定 的过载电流,但不能切断短路电流,在过负荷时能 通过热脱扣器使负荷开关自动跳闸。将负荷开关与 高压熔断器串联形成负荷开关和熔断器的组合电 器,熔断器可以切断短路电流。所以本文在进行环 网柜控制部分自动化技术改造时,PI.C只考虑控 制环网柜的进线开关和出线开关,不考虑控制负荷 开关。这样,只有在环网柜出现进线侧故障、环网 柜本体母线故障和环网柜出线侧故障的情况下, PLC才会按照编制的馈线故障处理程序来实现动 作环网柜进线开关和出线开关,实现判断和隔离故 障的功能。

3馈线自动化的基本流程
本文针对如下的典型手拉手环网供电,采用重 台器+N×分段器+联络开关的馈线结线方式(分 段器是由环网柜的进线开关和出线开关组成)”J。 对重合器和分段器的控制进行馈线自动化流程设计 和PI.C软件的编制,实现馈线自动化的功能。 如图3所示的一个典型的手拉手的环网馈线, 假设出现图中所示的单重故障。


4重合器和分段器的PLC控制流程
按照上面的馈线自动化流程,对重合器和分段 器分别编制了馈线故障处理的自动化流程。 重合器是处于变电站的出口断路器,具有重合 闸的功能,重合闸方式采用一快二慢的方式。罩合 器的自动化流程如图4所示。 在重合器PLC程序中,设定故障电流整定值 和重合器的重合闸延时时间,PLC采集重台器c1 实时电流,当发生故障的时候,故 。障电流超过整定值,重合器动作。 第一次打开后延时o.2s再重合, 如果是瞬时性故障,重合器台闸恢 复线路供电。如不是瞬时性故障, 重合器第二次打开,延时38再重 合,配合分断器判断故障。重合器
第三次打开后延时3s重合,恢复



圈3配电网馈线故障示意图

图巾CH。、CH2为重台器,S为环网柜开关, Q为负荷开关。正常情况下,联络器开关LL打 开,环网柜1、2由电源1供电,环网柜3、4由电 源2供电。 一{R一

非故障段供电;如果重合器第三次重合失败,说明 故障点在重合器出口段,重合器打开闭锁。 分段器的自动化流程如图5所示,流程中各个 开关和PT的编号如图2环网柜电气*一次接线图中

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PLC在配电网环网柜自动化改造中的应用

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图4重合器的馈线自动化控制流程

所币。 由于环网柜中的分段器负荷开关无切除故障电 流的能力,它的开断时间必须与重合器的重合闸时 间配合。重合器第一次打开,分段器开关不动作, 如果是瞬时故障,重合器第一次重合后恢复供电; 若为永久性故障,重合器第二次打开,分段器开关 1、2全部打开;重合器第二次重合后,分段器开 关1、2逐段闭合,当开关合到故障段时,重合器 第三次打开,故障段前后的分段器开关打开并闭 锁,重合器第三次重合,恢复非故障段送电。


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图5分段器的馈线自动化控制流程

器/计数器执行速度是50~64/ts每条指令。EM231 模块有四个模拟量输入点,A/D转换器的分辨率 为12位,模拟量到数字量的转换时间小于
250rs[“。

PLC模块的选取和程序的设计
对于重合器它只需要采集三相相电流,对于分

段器它只需要采集三相中的一相相电压。所以对于 重合器只需要三个模拟量输入,分段器只需要?个 模拟量输入就可以了。重合器和分段器的开关节点 的位置作为开关量的输入。根据被控对象的这些特 点,本文选取西门子s7—200系列的PLC,CPU
选If{=I CPU222模块,模拟量扩展模块选用EM231

PLC程序的编制是采用西门子SIMATIC指令 系统,它与其他系列的PLC指令系统相比,有以 下的特点:指令执行时间较短;包含的指令很多, 功能强大;允许使用梯形图(LAD)、功能块图 (EBD)和语句表(sTL)。 重合器的PLC程序的编制比较简单,只要按 照程序流程分配好相应的存储器来保存开关位置节 点、重舍器电流值和重合器的跳闸次数,按照流程 的顺序编制程序即可。 一?9一

模块。CPU222模块本身有八个数字量I/O输入 点,可连接两个扩展模块,有一个Rs一485通信 接口,布尔量运算速度是0.37“s每条指令,定时

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PLC在配电嘲环网柜自动化改造中的应用

环网柜作分段器使用时有两个分段开关,既要 考虑和重合器的配合,叉要考虑丌关的动作顺序。 它的自动化流程比较复杂,PLC程序也繁琐一些。 在编程的过程中必须考虑精简指令,多使川子程序 以缩短程序的扫描周期和提高程序的效率。 在进行程序的编制时,考虑到PLC是采用循 环扫描的工作方式。从重龠器和环刚柜的自动化流 程中电可耻看出,有些步骤在艇个流程中只执行一 次,所以在程序中执行相应的某些指令时需要设置 一个执行的条件数。在重合器的程序中,这个条件 数可以用重合器的跳闸次数来表示。在环网柜开关 的程序中,条件数可以用一个寄存器来保存,它在 程序中可以在某些地方作相应的改变。环网柜开关 只要出现开关闭锁的情况流程就结束,对扫描方式 工作的PLC程序来说就是要使它进入一个死循环, 这时只需改变条件数也就可以达到这个目的。 6应用前景 上述馈线自动化流程和PLC程序已经应用在 某电业局城区手拉手环网方式供电的馈线环网柜的 (上接第33页) 硬什措施:①在剩余电流信号的输入端用低通 滤波的方法以改善其信号的波形,克服电路中的高 频传导干扰。②设计可靠的复位电路,采用专用的 复位芯片达到快速上电复位、掉电复位功能。③选 用带有Watchdog功能的CPU,由用户程序对 Watchdog计数器进行复位操作。 软件措施:①用户程序中设计I/O口线刷新程 序,定期刷新I/O的数据寄存器和方向寄存器,有利 于减少CPU系统的误动作,减少外部电磁噪声对其 逻辑电路的影响。②对取样信号进行快速多次采样 并用计算真有效值的方法进行数字滤波,以克服电路 中的低频传导干扰。③设置标志位检测程序,定期对 RAM单元的标志进行检测,若标志不正常,则程序进 入初始化,以防CPU系统受干扰而导致出错。 5存在的问题 在剩余电流断路器中使用单片机技术存在专用 单片机资源不足和通用单片机资源浪费两大问题。 一方面适合于剩余电流断路器的专用型单片机很少, 目前国内外还没有专门的企业生产这种体积小、功
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自动化技术改造中。按照上面设计的馈线自动化流
程和编制的PLC程序实现了无通倍方式下-的馈线

自动化所要的功能。与传统的电压制馈线故障处理 模式相比较.文中设计的电压电流混合型馈线故障 处理模式,大大缩短了查找故障、隔离故障区域的 时I叫,减少了开关的动作次数。由于PLC控制器 的特点,环网柜控制部分引入PLc控制控制节点 后,提高了可靠性,并且为以后环网柜丌关向 PI.C的网络通信功能进行技术升级打F了基础。
参考文献 1赵祖康,王伟 中国城市配电刚自动化与啪络结构优

化电力系统自动化.2000(10)
2江日洪配电漫备的特性与选硎北京:中国电力出版 社.2002

3刘凌川对10kV城市配电网接线方式的新要求 电力技术,2002(2)

四川

4郭宗仁等可编程逻辑控制器应用系统设计及通讯网络 技术北京:人民邮电出版社,2002 收稿13期:2003—07—10

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能强、EMC特性好的专用CPU,一般都是采用通用 cPu进行线路设计和程序设计,使得整个CPU系统 的体积较大,很难适用于小型剩余电流断路器,限 制了其应用范围;另一方面市场上通用型号的单片 机较多,其ROM、EPROM容量大,外形尺寸也普 遍偏大,由于剩余电流的采样处理程序单一,所需 存储的容量不多而存在存储器资源浪费的现象。 目前应用于剩余电流断路器中的专用模拟集成 电路如M54123等芯片较多,但使用时需配外围电子 电路,功能比较单一,EMC特性较差,如果国内外厂 家能够生产出数字式专用CPU,并将剩余电流断路器 的应用程序固化到存储器中,用户使用时仅需配置少 量的外围电子线路,这必将促进单片机技术应用于剩 余电流断路器,推动剩余电流断路器质量水平的提高 和应用范围的扩大,同时带来社会效益和经济效益。
参考文献
1张弘廷.漏电保护器安装运行维修.北京:中国电力H{ 版社,1998 2张辉等Motorola单片机应用技术北京:北京航窄航天 大学出版社,1999 收稿日期:2003—10—09

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PLC在配电网环网柜自动化改造中的应用
作者: 作者单位: 刊名: 英文刊名: 年,卷(期): 被引用次数: 张宏, 关春萍, 郭宗仁 福州大学电气工程与自动化学院,350002 电工技术杂志 ELECTROTECHNICAL JOURNAL 2004(1) 2次

参考文献(4条) 1.赵祖康.王伟 中国城市配电网自动化与网络结构优化[期刊论文]-电力系统自动化 2000(19) 2.江日洪 配电设备的特性与选型 2002 3.刘凌川 对10kV城市配电网接线方式的新要求[期刊论文]-四川电力技术 2002(02) 4.郭宗仁 可编程逻辑控制器应用系统设计及通讯网络技术 2002

引证文献(2条) 1.张希栋.王立海.张新立 PLC在真空断路器机械寿命测试中的应用[期刊论文]-森林工程 2005(6) 2.金立军.刘世杰.苏庆 国外环网供电及环网柜的发展趋势[期刊论文]-高压电器 2005(4)

本文链接:http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_dgjszz200401013.aspx



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