变电站中央信号系统中的应用

欧姆龙PLC在变电站中央信号系统中的应用

1 引言

某厂35kV、6kV变电站装有中央信号系统，它由中央事故信号和中央预告信号两部分组成，用以掌握各电气设备的工作状态。当变电站的电气设备或线路发生短路，继电保护装置动作使断路器自动跳闸时，启动事故信号;当发生其他不正常运行情况(如电动机过负荷，油温过高或小接地电流系统发生单相接地等)时，启动预告信号。每种信号都由灯光信号和音响信号两部分组成，音响信号唤起值班电工注意，灯光信号便于判断发生故障设备及故障性质。通常事故信号采用蜂鸣器，预告信号采用电铃作为音响信号;事故信号采用红、绿灯，预告信号采用光字牌作为灯光信号。中央信号装置装在变电站主控制室的中央信号屏上。

(1) 老式中央信号系统普遍存在的问题

·使用继电器多，结构复杂，各功能继电器的逻辑配合靠继电器的机械动作实现，可靠性较低。

·作为核心器件的脉冲继电器无论是电磁型还是晶体管型，它容易发生误动或拒动，并且过负荷能力较低，运行中常发生烧毁。

·信号的正确性和信息量难以满足变电站综合自动化改造后对中央信号系统的要求。

针对以上问题，该厂在变电站进行综合自动化改造时，同时对中央信号系统进行了PLC改造。

(2) PLC具有的优点

·可靠性高:PLC具有逻辑判断、指令跳转、时钟计数、I/O接口等功能外，最显著的特点是它的高可靠性和系统组件生产的工业化程度。

·抗干扰能力强:PLC的I/O至少经过一级光耦进行电隔离，因此大大提高了抗干扰性能, 使它能在电磁场干扰较大的工作环境, 而且符合电力系统控制回路强弱电隔离的惯例。

·各种组件均按标准的工业化生产，容易保证质量。大大方便了使用者。而且又不致由于设计、制造和工艺水平的差异影响某个单元的性能，从而保证了整个系统的高可靠性。

2 PLC控制的中央信号系统

在用PLC进行中央信号系统改造时，应遵循以下原则:

(1) 完备性:包括了常规的中央信号系统的全部功能，同时还考虑了变电站综合自动化改造后对中央信号系统信息量、信息格式的要求。

(2) 可靠性:在满足完备性的前提下，尽量简化附加的前后向通道。

(3) 适应性:系统脉冲起动电流可调，以适应老式的白织灯和新型的发光二极管脉冲电流的不同特点。

2.1 中央事故信号

(1) 事故音响信号

事故音响信号采用蜂鸣器，在断路器QF由继电保护动作自动跳闸时才能动作。为了避免在手动分、合闸及自动重合闸时启动事故音响装置，可利用控制开关SA(采用LW2-Z型)内两对触点串联作为事故音响启动回路，这两对触点只有在合闸后才能同时闭合，其他状态都不能同时闭合，如图1所示:

图1 事故音响启动回路

(2) 事故灯光信号

事故灯光信号采用红、绿灯。它既作为断路器QF的位置状态指示信号，又作为事故灯光信号。有红灯平光、绿灯平光、红灯闪光、绿灯闪光四种状态。红灯亮表示QF在合闸状态;绿灯亮表示QF在分闸状态;红灯闪光表示QF由自动重合闸装置动作或手动操作分闸;绿灯闪光表示QF由保护装置动作跳闸或手动操作跳闸。传统的灯光信号切换是靠控制开关内部触点的通断及断路器辅助触点的通断实现的。由于控制开关内部触点有预备合闸、合闸、合闸后、预备跳闸、跳闸、跳闸后六种状态, 而QF辅助触点有闭合、断开两种状态, 因此决定了灯光信号的四种状态, 如图2所示:

图2 灯光信号回路状态显示

由于控制开关SA内部触点11-10或16-13接通时，其余与该回路灯光控制信号有关的触点(9-12、14-13、14-15)均不接通。这样就可以利用PLC中的X12(X13)的常开接点来保证红、绿灯发平光。利用X12(X13)的常闭接点来保证红、绿灯发闪光。QF灯光信号输入输出回路如图3、图4所示。

图3 QF灯光信号输入回路

图4 QF灯光信号输出回路

(3) 闪光信号

传统的闪光电源是由闪光继电器或2个DZS-115型中间继电器提供的，在采用PLC后，闪光信号只需用其内部的2个定时器T11和T12构成振荡器即可实现，从而省去了外部接线。

2.2 中央预告信号

中央预告信号是在电气设备或线路出现不正常工作状态时，帮助值班人员判断设备及其性质，以便电工及时采取措施加以处理，防止事故进一步扩大。在PLC组成的预告信号系统中，仍然保留了原来的光字牌回路检查装置(去掉了冲击继电器)。为了节约PLC的接点，用预告信号出口继电器的触点驱动PLC输入端X6(X7)，输出端Y6(Y7), Y1驱动光字牌和电铃。电路如图5所示:

图5 中央预告信号

图5中SA2的触点位置状态为，在试验位置时触点1-2，3-4，5-6，7-8，9-10，11-12闭合;在工作位置时触点13-14，15-16闭合。如果中央事故信号和预告信号同时发生，那只发事故音响信号，但两者的光字牌都亮，事故信号光字牌平光, 预告信号光字牌闪光。“确认”按钮和“音响复归”按钮对于事故信号和预告信号是公用的。

3 PLC的I/0分配表及中央信号系统梯形图

以两路事故信号和两路预告信号为例的PLC控制的中央信号系统的I/O分配如附表所列;采用FX2型PLC实现的中央信号系统的梯形图如图6所示:

图6 梯形图

4 PLC控制中央信号系统特点

(1) 前后向通道简单。前向通道除脉冲形成回路稍许复杂外，其他都是简单的光耦电路;后向通道更加简单，直接由PLC输出。

(2) 抗干扰性能好。除PLC的I/O本身进行隔离外，对前向通道又进行隔离，有效地抑制了共模干扰。同时系统的功能全部由PLC按照预定的程序完成，避免了由于某个继电器损坏造成的误动或拒动。

(3) 灵敏度高，过载能力强。PLC控制中央信号系统的脉冲形成和响应在物理上是独立的，能够做到具有很高的灵敏度和承受较大的过负荷能力。

(4) 系统完整，容易与二次信号回路连接。只需将几根信号小母线接入PLC控制中央信号系统即可实现与二次信号回路的连接。同时不会对二次回路生产任何影响，这对技术改造十分有利。

(5) 维护简单。PLC程序采用继电保护人员熟悉的梯形图编制，直观明了。可直接利用PL C编程器对自动复归时间等定值进行修改。同时由于PLC的高可靠性，基本上可做到免维护。

(6) 保护措施,对于音响元件来说，不论是直流线圈还是交流线圈，在发出声响时，电路的通