PLC在双电源备自投控制系统中的应用

题目：课程设计

PLC在双电源备自投控制系统中的应用

系别：电气工程与自动化 专业： 电气工程及其自动化 姓名：荆毅

学号： B

PLC在双电源备自投控制系统中的应用

内容摘要 :

低压双电源各自投控制系统常采用各类继电器组合控制 , 存在切 换不够快速、可靠性差、维护量大 , 很大程度上影响着供电的连续性。 而基于PLC空制的各自投控制系统，可以集成常用的明备用和暗备用双 电源控制方案 , 其可靠性高、操作方便、动作迅速、外部接线简单 , 不 同的方案只需通过转换开关就能方便的选择相应的控制程序 , 不但能 提高供电可靠性 , 还可以进行故障判断和闭锁自投功能 , 从而提高设 备的安全运行水平。 关键词:

PLC 、双电源、备自投、闭锁

目录

前言 .........................1

第一章 双电源系统一次方案和切换要 求 ........................... .2

1.1 两台变压器暗备用方 式 ................. 1.2 两台变压器明备用方式 ................. 第二章 控制系统 .................... .5

3 4 变压器电压 的检 测 ................. 6 断路器的控制 .................... 7 进线断路器的控制接线 ................ 8 PLC 的选择及 I/0 分配 ................ 9 第三章逻辑框图及逻辑关系

逻辑功能图 ...................... 10 梯形图 ........................ 11

第四章 结束语 .................... ...12

参考文献 ........................ .13

、 、- 前言

尸随着科学技术的迅速发展和国民经济的现代化 , 人们的工作生活对电能的 依赖越来越高 , 对供电可靠性、 连续性的要求越来越严。 常见的双电源各自投控制 系统采用各类继电器组合实现 , 由子元件多、接点多, 其维护量大、切换不够快速、 可靠性差，在一定程度上影响着人们用电的连续性。而基于 PLC空制的备自投控制 系统, 可以集成常用的明各用和暗各用双电源控制方案 , 其可靠性高、操作方便、 动作迅速、外部接线简单 , 不同的方案只需通过转换开关就能方使的选择相应的控 制程序 , 不但能提高供电可靠性 , 还可以进行故障判断和闭锁自投功能 , 从而提高 设备的安全运行水平。

第一章 双电源系统一次方案和切换要求

最常用的低压双电源供电方案有两台变压器暗各用方式和两台变压器明 备用方式 。

两台 变压器暗 备用方 式

. 1 两台 变 压器暗 各用 一 次方案

图1为单母线分段 , 两台变压器互为各投的暗备用方案 : 正常运行情况下

两台变压器分别带I、II段母线运行，QF1、QF2在合闸位置，QF3在分闸位

置。当某一台变压器失电或有故障时 , 相应的进线断路器跳闸 , 母联断路器 QF3 合闸 , 另一台变压器带 I 、 II 段母线运行。

K变瓯is

QF1

QF2

图1两台变压器暗举用一次方案圈

1.

两台变压器暗备用切换要求

⑴ 两台变压器供电正常,QF1 QF2应在合闸位置,QF驻分II 11］位置, 两台变压器分别带I、II段母线运行(2)当某台变压器无论什么原因失电时，应首 先分开本侧进线断路器后,再合上母联断路器QF3,由另一台变压器带I、II段母 线；• 1行；当该台变压器恢复来电后,应首先分开母联断路器QF3后,再合上该侧 进线断路器,I 、II段母线分列1行⑶ 当两台变压器都失电时，三台断路器都•应 分1I 11］当变.压器恢复来电后,进线断路器应自动投入,带上相.应的母线;• 1 行(4)任一台断路器故障跳II 11］,应闭锁自投断路器(5)变压器超温跳II ?,应闭 锁该侧断路器,待变.压器超温故障解除后方可投入。(6)电压检测的任一相断线 时,PLC不应误动作；人工手动操作断路器时PLC不应动作。⑺任何情况下•应保证 最多两台断路器合闸。

两台变压器明备用方式

1 两台变压器明备用一次方案

图2为单母线不分段，两台变压器一用一各的明备用方案 ：正常运行情况 下主用变压器（如1#变压器）带母线运行,QF1在合闸位置,QF2在分闸位置。当 主用变压器失电或有故障时,主用断路器QF份闸,各用断路器QF2合闸,各用变 压器（如2#变压器）带母线运行。

1#变压器 -■囲交压器

QF 1 QF2

■ — 1 \\ ■ ■ ■ 图2两台变压器明备用一次方案图

1.2 .2两台变压器明备用切换要求

⑴ 主用变压器和各用变压器都正常有电

位置,主用理器带母线运行。

,QF1应在合闸位置,QF2在分闸

（2）当主用变压器无论什么原因失电时 ,应首先分开主用断路器 QF1后 ,再 合上备用断路器QF2,由各用变压器带母线运行；当主用变压器恢复来电时,应 首先分开备用断路器 QF2后 ,再合上主用断路器QF1,由主用变压器带母线运行 (3)当两台变压

器都失电时，两台断路器都应分闸；当变压器恢复来电后，断路 器应自动投入,带上母线运行。

⑷任一台断路器故障跳闸,应闭锁另一台断路器自动投入

.

.

⑸ 变压器超温跳闸,应闭锁该侧断路器,待变压器超温故障解除后方可投入

⑹电压检测的任一相断线时，PLC不应误动作；人工手动操作断路器时PLC 应动作.

(7)任何情况下应保证只能一台断路器合闸

.

第二章控制系统

变压器 电压的检测

图3为变压器电压检测用继电器接线图，KA1、 KA2接在QF进线端，KA3、 KA4 接在QF2S线端,变压器有电时，继电器吸合，常闭触点打开，变压器失电时，继电 器返回,常闭触点闭合,为了防止电.压检测回路断线引起PLC误动作,把其常闭触 点串联后引至PLC作为电压检测输入信号。

KAI (K43) KA2 (KA4)

图3变压器电压检测继电器接线图

断路器的控制

目前市场上用在低压配电系统中的主断路器控制原理基本相似 , 而暗备用 方式和

明备用方式控制接装也绝大部分相同 , 为了简单分析 , 现就暗备用方式 采用上海施耐德配电电器有限公司的 MT型断路器进行原理分析。

进线断路器的控制接线

图4为QF1 (QF2)进线断路器控制接线图,由子控制原理一样,括号外为QF1接线, 括号内为QF2接续,虚续框内QF3和QF2 (QF1)辅助分别来自另两台断路器的状态 信号, 串在本台断路器上进行电气互锁 , 确保任何时候最多只能合两台断路器。

虚线框内K0(K4)触点来自PLC的自动合闸信号。虚线框内1WT(2WT)分别来自两 台变压器的温度监控仪信号 , 变压器运行温度超过设定值时 , 其常开 触点闭合接 通跳闸 线圏切除相应的断路器 , 以保护变压器 , 实线框内为断路器本体内部 元件和触点 , MN 为失压线圈 , 变压器电压消失时 , 失压线圈失电跳开断路器 1 XF为合闸线圏,MX1为分励线圈,MCH为电动储能机构,0F为断路器合分状态触 点,SDE为断路器故障跳II 11］信号触点,SA1、SA2为手动、自动控制断路器 选择开关,打到“手动”位置时闭锁PLC自动控制该台断路器,但可以手动操作 断路器1打到“自动”位置时闭锁手动操作断路器,由PLC自动控制断路器,SF1、

SF2 为手动合闸按钮 , ss1 、 ss2 为手动分闸按钮

GE

III

甘闸拦示 手功分隕 自动合闽 手即含两 悴龍电机 断B&器 ME

号

SJ4进线断銘器接线图

PLC的选择及I/O分配

根据上述控制要求,选择三菱公司的FX2n—32M型PLC,输入输出各16点, AC220电源,取自母联断路器的控制电源,完全精足控制要求,其I/O分配地址见

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1 1 AC?OV KA1 QF1 S0CEL 幻Eg f QFF2 3 监 KAKA2 -J 5 9 E 1 1 ' F 4— 1 N COM X0 XI X3 X5 X6 X7 X12 - XII K15 X16 V17

a 由 MELSEC FX2N-32MR

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®6 PLC I 0分配谢

KA1~KA伪变压器电压检测信号，QF1~QF3为断路器合分状态信号

SDE1-SDE3为断路器故障跳闸信号,SA1-SA3为手动操作断路器信号，IWT~2WT 为变压器超温跳闸信号,都是用来闭i班PLC自投断路器,SA4用来切换PLC自动 控制的投入及其控制方式的选择

，为防止输出接点损坏，采用继电器扩•展其触

点容量,K0为QF1断路器合闸继电器，K4和K5分别为QF2断路器合分闸继电 器,K10和K11分别为QF3断路器合分111111继电器,丫14为暗备用方式PLC自动 控制投入指示,丫15为明各用方式PLC自动控制投入指示,丫16为自投闭锁指示, 丫17为故障（变压器超温跳闸、故障跳闸）指示。

第三章逻辑框图及逻辑关系

逻辑功能图

依据上述控制要求,绘制逻辑功能图,如图7、图8、图9、图10

图7暗备用方式来电自投及自恢复逻辑框图

2变压器尖电一 \"变压•器超温

QF1分闸位聖 ---------- QF1自动位宣 ---------- QF1无故障跳阐 -------- 2X变压器有电 --------- QF2合逅位宣 ---------- QF2分闸位置 ---------- QF2自动位査 ---------- QF2无故障跳闸 --------

\"变压箜有电 -----------

QF1合便位宣 ----------

2#变压器失电一r~ 2：：支压器超沮——21

QF3分厦位壹 ---------------- QF3无闭锁 ------------------ & PLC暗备毛位昼 --------------

12 一合QF3

图8昭备用方式备自投逻辑框图

主用变有电——

QF1分闸位昼—— QF1无闭锁 ----- & PLC明备用位宣

W2

肝2分闸位覽

TO 一合冲

图。明备用方式来电自找及□恢昱逻舉框E3

主用变压器丈电 主用变压器超温 备甲变压器有电

QF2分闸位置 QF2无闭锁 一 QF1自动位置 QF1分闸位置 QFL无故障跳凰 PL｛明备用 -

ffllO匪备用方武备自拽逻辑框遛

合QF2

梯形图

依据上述逻辑要求,编制梯形图,如图11, PLC通过SA4开关选择暗备用明

备用和退出运行方式 具体说明如下

程序说明

(1)来电自投：PLC在自动控制位置,断路器无闭锁,断路器在分闸位置,两台 变压器电压都消失又来电后，PLC由KM根据两台变压器有电情况提供工作电 源,自动运行,电压检测继电器KA常闭蚀点打开,X0(X1)转换,T0(T1)延时， 起动丫0(丫4),接通QF1 (QF2)合闸回路自动投入电源。

⑵ 备自投：PLC在暗备用位置,如1#变压器失电或超温故障,QF1跳闸,2#变压 器有

电,QF2在合闸位置，且QF3无闭锁，起动T2,延时,起动丫10,从而接通QF3 合闸回路。 PLC在明备用位置,主用变压器失电或超温故障，QF1跳闸,备用变压器有电, QF2无闭锁,起动T1,延时，起动Y4,从而接通QF2合闸回路。

⑶ 自恢复接通 ⑵ 暗备用，QF3合闸后,如1#变压器恢复正常，QF1无闭锁，QF1 在

分闸位置 , QF3 在自动位置 , 起动 T3, 延时, 起动 Y11, 从而接通 QF3 分闸回路 1确认QF3分闸后，起动T0,延时，起动丫0,从而接通QF1合闸回路，恢复1#变压 器供电 ,

接⑵ 明备用,QF粘闸后,如主用变压器恢复正常后,QF1无闭锁,QF1在分闸位 置,QF2在自动位置，起动T2,延时，起动丫5,从而接通QF分闸回路1确认QF2分闸 后，起动T0,延时，起动Y0,从而接通QF1合闸回路，恢复主用变压器供电

⑷ 如果断路器故障跳闸，SD故障信号使X5 (X6、X7)触点转换，闭锁PLC自投各 用

电源断路器 , 防止自投到故障上 , 扩大停电范围或损坏设各 1 如果变压器超温 跳闸，IWT(2WT超温信号使X13 (X14)触点转换，闭锁PLCg投该侧断路器,防止 该断路器来回投切 , 必须待故障排除或温度降低后 , PLC 自动解除闭锁，这样才能 保证设备安全运行。

(5)当需人工操作断路器时，SA1(S/2SA3)必11打到\"手动位置使'X10 (X11、X12) 触点转换，闭锁PLd投：正常运行清况下，SA1、SA2 SA驻自动位置，SA4在暗备 用或明备用位置。

第四章结束语

该控制系统是针对某个供电局大楼的低压双电源备自投控制系统进行优化改 进的，其接线简单，结构紧凑，造价低，兼容性强，可与各种带电动操作的断路 器进行组合，不仅可以应用在两台变压器的双电源方案中，还可以应用到其它形 式的双电源方案中，如双线路、市电与自备发电的双电源供电系统。控制可靠， 切换快速方便，可以达到无人值班要求，应用前景广阔。

在这里，要感谢吕老师的悉心指导，在她热心的帮助下，使我顺利地完成了 论文的编写。同时要感谢学院的同学们，在他们的认真耐心的教导下，使我顺利 地完成了所有模块的学习。还有在学习当中，收获了很多课本上不能学到的东西。

参考文献

1］刘介才 . 工厂供电 -4 版.- 北京：机械工业出版社

2］钟肇新、范建东 . 可编程控制器原理及应用 -3 版.- 广州华南理工大学出版社 ［3］阮友德.电气控制与PLC实训教程-1版•-北京：人民邮电出版社 4］系列微型可编程控制器使用手册 .11,1999