基于PLC的10kV复杂供配电控制系统[实用新型专利]

[12]实用新型专利说明书专利号 ZL

200820108499.8

[51]Int.CI.

H02J 13/00 (2006.01)H02J 9/00 (2006.01)

[45]授权公告日2009年8月5日[22]申请日2008.06.11[21]申请号200820108499.8

[73]专利权人谢维

地址100049北京市石景山区玉泉路翠谷玉景苑

12号－4－201[72]设计人谢维

[11]授权公告号CN 201286030Y

权利要求书 1 页 说明书 5 页 附图 2 页

[]实用新型名称

基于PLC的10kV复杂供配电控制系统

[57]摘要

本实用新型提供基于PLC的10kV复杂供配电控制系统，由变配电所内安装的模拟屏、热备PLC、RIO分站、网关、交换机等组成。该系统对设备电压、电流、断路器和隔离开关位置进行数据采集与综合处理；按照预先规定的运行方式和顺序、闭锁，手自动控制操作断路器和隔离开关。该系统能在重要负荷未用或用电少时使其他负荷获得供电，停电范围缩减至最小，停电时间缩减至最短，提高供电可靠性，这是传统的电气联锁控制和基于工控机的变电所综合自动化系统做不到的。本实用新型和现有技术相比，集继电保护、集中监控及远方调度于一体，响应速度快、抗干扰能力强、操作简便、维护工作量小、运行中无拒动和误动现象，因而具有很好的推广应用价值。

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权 利 要 求 书

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1.一种基于PLC的10kV复杂供配电控制系统，包括变配电所内安装的模拟屏、可编程控制器PLC、RIO分站、网关、交换机构成，其特征在于：模拟屏监视和控制所有的电气设备，与双机热备PLC的MB通信口相连接；PLC对设备电压、电流、断路器和隔离开关位置进行数据采集与综合处理，并按照PLC程序预先规定的运行方式和顺序、闭锁，手自动控制操作断路器和隔离开关，与RIO分站相连接；RIO分站的数字量输入模板采集开关状态和故障信号，数字量输出模板控制断路器合分闸；模拟量信号如电压、电流、功率、电量，由MB链路从微机综合继电保护装置和多功能电力表采集，根据其数量配置成多个链路并通过MB/MB+网关与PLC的MB+通信口相连接；变配电所PLC的以太网模块与主变配电所的工控工作站之间通过Modbus TCP光纤冗余以太环网交换机相连接。

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说 明 书

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基于PLC的10kV复杂供配电控制系统

技术领域

本实用新型涉及10kV变配电所自动化系统，特别是一种基于PLC的10kV复杂供配电控制系统。背景技术

供电要求高的场合，国标建议采用多等级、多电源、多回路互为备份供电方式并设置发电机或UPS。此类复杂供配电系统是提高供电可靠性、保证电能质量、提高电能生产和分配经济性及减轻劳动强度的重要装备。供配电系统自动化包括继电保护、集中监控及远方调度三个部分。 继电保护有电磁型继电器保护，晶体管继电保护与微机保护三种形式。继电器系统的缺点：体积大，可靠性低，工作寿命短，接线复杂，工艺逻辑变化要改变硬接线，不能集中控制；晶体管保护是一种过渡型产品，难以满足控制的可靠性与选择性要求；由微机保护单元组合成供配电系统，功能单一，不能区分重要负荷，无法实现与主变配电所的远程通讯。 传统供配电系统采用继电器系统和分布监测计量、分布控制方式。随着供配电越来越复杂，传统系统检修调试量大，控制功能无法修改，反应速度慢，不利于实现变配电所“无人值班”(少人值守)的运行管理模式。 可编程控制器PLC具有编程灵活、抗干扰能力强、工作寿命长、性价比高、体积小、重量轻、耗电省、使用简便等特点，还具有自诊断、故障报警、信息显示及网络通讯功能。

基于PLC控制可以提高整个供配电系统的安全性、可靠性、经济性和科学性：1.所有控制、保护、工作状态指示都通过PLC内部逻辑配合外部开关量和通讯完成，控制电压在安全电压以下，远离高压室进行操作，可以提高工作的安全性；2.用两条现场总线就可以实现整个系统的通讯传输，通过PLC的工作状态和报警指示，可以避免工作人员的误操作，保证供配电的可靠稳定；3.减少柜与柜之间的硬接线，简化工艺，降低系统制作成本，

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提高工作效率，便于操作和维修人员排除故障，还能减少人员的工作强度；4.PLC集中控制和集中监测计量方式，有利于提高供配电系统的运行管理自动化水平，PLC系统免维护性好，工作寿命长。发明内容

本实用新型的目的是提供一种用于复杂供配电的PLC控制系统，所采用的技术方案是：一种基于PLC的10kV复杂供配电控制系统，包括变配电所内安装的模拟屏、可编程控制器PLC、RIO分站、网关、交换机构成，其特征在于：模拟屏监视和控制所有的电气设备，与双机热备PLC的MB(Modbus)通信口相连接；PLC对设备电压、电流、断路器和隔离开关位置进行数据采集与综合处理，按照PLC程序预先规定的运行方式和顺序、闭锁，手自动控制操作断路器和隔离开关，与RIO(Remote IO)分站相连接；RIO分站的数字量输入模板采集开关状态和故障信号，数字量输出模板控制断路器合分闸；模拟量信号如电压、电流、功率、电量，由MB链路从微机综合继电保护装置和多功能电力表采集，根据其数量配置成多个链路并通过MB/MB+(ModbusPlus)网关与PLC的MB+通信口相连接；变配电所PLC的以太网模块与主变配电所的工控工作站之间通过Modbus TCP光纤冗余以太环网交换机相连接。 如图1(a)，复杂供配电系统包括有母线10、进线断路器20、联络断路器30、保证负荷40、一般负荷50、电容器组60、变压器馈线70、变压器80；复杂供配电要求的运行顺序：1.正向顺序：在系统处于正向运行时(如图1(a))，如工作电源消失，则分闸母线10的进线断路器20，并在确认其在分位后合闸联络断路器30，自动投入备用电源，继续向失电母线10供电；2.逆向顺序；在系统处于逆向运行时(如图1(b))，如失电工作电源恢复，则分闸联络断路器30，并在确认其在分位后合闸失电进线断路器20，自动恢复原工作电源，恢复原运行方式。本实用新型实现的运行方式有： 1.正常商用供电时的模式如图1(a)；即正向运行方式。 2.单侧系统运转时(主变配电所检修停电时)的两种模式之一如图1(b)，另一种模式与之对称；即逆向运行方式。

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3.商用系统+发电机系统运转时的两种模式之一如图1(c)，另一种模式与之对称；发电机供电侧切断一般负荷50和电容器组60。 4.发电机系统运转时及火灾停电时(先行机群运转)的模式如图1(d)；两侧均切断保证负荷40、一般负荷50和电容器组60。

5.发电机系统运转时(全部运转)的模式如图1(e)；两侧投入保证负荷40，仍切断一般负荷50和电容器组60。

上述为10kV/380V变配电所的运行方式，两进线电源来自不同的10kV主变母线，主变母线位于35kV/10kV主变配电所。

本实用新型和现有技术相比，集继电保护、集中监控及远方调度于一体，响应速度快、抗干扰能力强、操作简便、维护工作量小、运行中无拒动和误动现象；因为能在重要负荷未用或用电少时使其他负荷获得供电，停电范围缩减至最小，停电时间缩减至最短，大大提高供电可靠性，这是传统的电气联锁控制和基于工控机的变电所综合自动化系统做不到的；除此之外，还具有以下优点；

1.利用软件实现控制逻辑，检修重点由继电器或保护单元调试转向在线监测；

2.利用软件进行逻辑判断，避免触点配合不好系统拒动误动现象； 3.实现不同的运行方式，只需改变软件逻辑； 4.定值修改方便，只需在软件中修改； 5.具有自诊断功能，能识别硬件异常等故障。 因而，本实用新型具有很好的推广应用价值。附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

图1是基于PLC的10kV复杂供配电控制系统的运行方式图。 图2是该复杂供配电控制系统的电路连接图。 图3是该复杂供配电控制系统的电气主接线图。 具体实施方式

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下面参照说明书附图，详细说明对本实用新型的一个较佳的实施方案。电路连接图如图2。系统配置：模拟屏用来监视和控制相应的电气设备。Quantum PLC对设备电压、电流、断路器和隔离开关位置进行数据采集与综合处理，按照预先规定的运行方式和顺序、闭锁，手自动控制操作断路器和隔离开关。RIO(Remote IO)分站的数字量输入模板采集开关状态和故障等信号；数字量输出模板用于控制断路器合分闸。所有用于测量的模拟量信号，如电压、电流、功率、电量，由MB(Modbus)链路从微机综合继电保护系统和电力表采集，根据其数量配置成一个或多个链路；通过MB/MB+网关再连接到MB+(Modbus Plus)网络。交换机用于变配电所、工控工作站及主变配电所之间通过Modbus TCP光纤冗余以太环网通讯。

变配电所可用综合柜来安装模拟屏、Quantum PLC、网关、交换机。(主)变配电所可设置工控工作站、打印机和UPS，在监视器屏幕上，可以浏览断路器的状态，对断路器进行远程的合分闸操作，检查日志、报警和事件。 具体实施时，应进行系统软件设计。本实用新型的电气主接线图如图3。控制策略如下：控制功能由PLC程序完成，包括：通用功能、电气过程自动化功能、控制断路器的条件。 PLC程序的通用功能：

输出控制功能：1.任何合闸或分闸命令必须保持不超过一个定义的时间(超时)，为1秒。2.当主程序发出了一个命令：首先，只有当断路器不在预期的位置，输出才被置位。其次，一旦断路器的位置正确或已超时，输出即被复位；如果超时产生报警给工控工作站。

功能模式：定义了两种模式：自动和手动模式。自动模式允许PLC执行某些顺序(sequence)来合分闸断路器，来自工控工作站的命令无效。手动模式下PLC不执行任何顺序，只有来自工控工作站的命令有效。对一些故障情况，PLC能将一个或一组断路器切换到手动模式。

变配电所供电时间调度；为加载的影响，在合闸变压器馈线后每隔1秒合闸一台断路器，合闸LV馈线后每隔0.5秒。主变配电所内的PLC调度

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供电的顺序，变配电所供电的授权依次为：1.应急负荷EC：消防水泵、消防电梯、排烟风机和应急照明等；2.保证负荷GEC：通讯、水泵和电梯等；3.一般负荷AC：插座、照明等其他负荷。

PLC程序的电气过程自动化功能：描述自动模式下PLC执行的功能，即PLC程序中的顺序模块。包括；1.一路进线失压；2.一段10kV母线失压；3.母线有电压；4.进线电压恢复；5.10kV进线Sx不合闸；6.10kV进线Sx发生故障；7.变压器馈线Fx不合闸；8.变压器馈线Fx发生故障；9.LV进线ACBx发生故障。

PLC程序的控制断路器的条件；给出自动模式或手动模式下，命令断路器合闸的条件，即PLC程序中的闭锁(interlock)模块。包括：1.合闸进线Sx的条件；2.合闸母联B12的条件；3.合闸变压器馈线Fx的条件；4.合闸LV馈线GECx或ACx的条件。对每个断路器，如果以下条件具备，能命令其分闸：1.断路器在合位；2.转换开关不在就地模式位置。

采用基于Windows操作平台的Concept编程软件，完成PLC的编程。在PLC应用程序中，采用梯形图和功能块图语言混合编程。

除说明书所述的技术特征外，均为本专业技术人员的已知技术。

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说 明 书 附 图

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图1

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图2

图3

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