盧志剛 閆麗梅 徐建軍 許愛(ài)華 于慧群

（1.大慶油田第一采油廠基建工程中心，黑龍江 大慶 163000；2.大慶石油學(xué)院電氣信息工程學(xué)院，黑龍江 大慶 163318）

1 引言

變電站中央事故和預(yù)告信號(hào)系統(tǒng)是變電站監(jiān)控系統(tǒng)（SCADA)系統(tǒng)的重要組成部分，主要實(shí)現(xiàn)變電站所有信息的遙測(cè)、遙信。中央事故信號(hào)包括事故燈光和事故音響信號(hào)。中央預(yù)告信號(hào)起到對(duì)電氣設(shè)備或線路的不正常工作狀態(tài)的預(yù)警告知功能，防止事故進(jìn)一步擴(kuò)大。

目前大多數(shù)電氣配電所的中央預(yù)告和事故信號(hào)仍然使用較為傳統(tǒng)的繼電接觸控制器，其缺點(diǎn)是接線多且復(fù)雜，體積大，動(dòng)作速度慢，修理困難，容易發(fā)生誤動(dòng)作。隨著計(jì)算機(jī)監(jiān)控技術(shù)的不斷提高，用PLC實(shí)現(xiàn)變電站中央事故和預(yù)告信號(hào)控制是最優(yōu)的方案。現(xiàn)在大多數(shù)變電站中央事故和預(yù)告信號(hào)系統(tǒng)都用歐姆龍 PLC實(shí)現(xiàn)的[1-4]。我單位采用西門(mén)子S7-200PLC設(shè)計(jì)了控制變電站中央事故和預(yù)告信號(hào)控制系統(tǒng)，根據(jù)控制的要求，對(duì)事故音響信號(hào)、預(yù)告信號(hào)、燈光信號(hào)等進(jìn)行了 I/O分配，同時(shí)編制了中央事故和預(yù)告信號(hào)系統(tǒng)梯形圖控制程序。

2 變電站中央事故和預(yù)告信號(hào)控制要求

在變配電站中，需用各種信號(hào)來(lái)告知電氣設(shè)備的工作狀態(tài)，比如發(fā)生事故時(shí)，用各種燈光及音響信號(hào)來(lái)警示工作人員，工作人員根據(jù)信號(hào)的類(lèi)型迅速判明事故的性質(zhì)、范圍和地點(diǎn)，以便做出正確的處理。

變電站事故信號(hào)控制要求：如斷路器發(fā)生事故跳閘時(shí)，立即用蜂鳴器發(fā)出較強(qiáng)的聽(tīng)覺(jué)信號(hào)——聲音，同時(shí)斷路器的位置指示燈發(fā)出閃光的視覺(jué)信號(hào)來(lái)提示運(yùn)行人員處理。

變電站預(yù)告信號(hào)控制要求：當(dāng)運(yùn)行設(shè)備有可能影響安全運(yùn)行且出現(xiàn)嚴(yán)重異常情況，便發(fā)出一種鈴響信號(hào)，同時(shí)標(biāo)有故障內(nèi)容的光字牌也變亮。

變電站事故信號(hào)和預(yù)告信號(hào)控制一般都在主控室實(shí)現(xiàn)。傳統(tǒng)做法是將這些信號(hào)集中裝設(shè)在中央信號(hào)屏上。需滿(mǎn)足“手動(dòng)復(fù)位、自動(dòng)解除、重復(fù)動(dòng)作”的要求，從而在重復(fù)故障發(fā)生時(shí)，中央預(yù)告和事故信號(hào)裝置能正確發(fā)出信息，有利于工作人員監(jiān)視和實(shí)時(shí)處理運(yùn)行設(shè)備發(fā)生的事故。

3 I/O分配表

首先需要對(duì)變電所內(nèi)所有設(shè)備進(jìn)行預(yù)告信號(hào)和事故信號(hào)進(jìn)行分類(lèi)統(tǒng)計(jì)。事故信號(hào)分為：進(jìn)線、轉(zhuǎn)出線、變壓器、一次及二次母線、配出線等共計(jì) 6類(lèi)24個(gè)；預(yù)告信號(hào)分12個(gè)：交流回路絕緣監(jiān)視、電壓互感器二次回路斷線、直流回路絕緣監(jiān)視、變壓器輕、重瓦斯、變壓器油溫過(guò)高、變壓器過(guò)負(fù)荷、操作回路斷線、自動(dòng)裝置動(dòng)作、直流電壓過(guò)高或過(guò)低、事故照明切換動(dòng)作、斷路操動(dòng)機(jī)構(gòu)的氣壓或液壓異常等。根據(jù)對(duì)預(yù)告信號(hào)和事故信號(hào)分類(lèi)統(tǒng)計(jì)，可以估算PLC開(kāi)關(guān)量個(gè)數(shù)。則西門(mén)子PLC 的S7-200的I/O通道分配如下表1～3所示。

表1 輸入通道分配

表2 定時(shí)器的選用

表3 輸出通道分配

4 中央事故信號(hào)PLC控制

中央事故信號(hào)系統(tǒng)的作用為：當(dāng)電力系統(tǒng)相關(guān)部分發(fā)生事故時(shí)，斷路器跳閘，啟動(dòng)蜂鳴器。實(shí)現(xiàn)響聲的方式有：直流，交流，有直接動(dòng)作，由間接動(dòng)作；音響解除的方式有個(gè)別解除和中央解除幾種；動(dòng)作連續(xù)性又有重復(fù)動(dòng)作和不重復(fù)動(dòng)作2種[5]。

4.1 中央事故音響信號(hào)PLC控制設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)的中央事故信號(hào)音響由繼電接觸器控制回路設(shè)計(jì)。文獻(xiàn)[5]用歐姆龍PLC實(shí)現(xiàn)了事故音響信號(hào)的啟動(dòng)回路，本文把它改成了西門(mén)子 S7-200PLC來(lái)實(shí)現(xiàn)。當(dāng)SA在“合閘”位置，且QF在“跳閘后”位置，則該支路接通，產(chǎn)生輸入信號(hào) I0.0，利用脈沖上升沿啟動(dòng)沖擊繼電器1KDR（M0.0），由1KDR開(kāi)啟蜂鳴器，定時(shí)器T37計(jì)時(shí)，延時(shí)3S后使1KDR復(fù)歸，可通過(guò)手動(dòng)按鈕 1SBR解除音響。當(dāng)事故音響發(fā)生后，事故鐘開(kāi)始計(jì)時(shí)，可以手動(dòng)事故鐘復(fù)位，并記錄處理故障的時(shí)間。程序如圖1所示。

圖1 中央事故音響信號(hào)PLC程序

4.2 中央事故閃光信號(hào)設(shè)計(jì)

文獻(xiàn)[5]用歐姆龍 PLC實(shí)現(xiàn)了事故閃光信號(hào)回路，本文把它改成了西門(mén)子S7-200PLC來(lái)實(shí)現(xiàn)。利用PLC的定時(shí)器T38、T39構(gòu)成閃光電源振蕩電路，如圖2所示。3SB(I0.0)為閃光電源檢查按鈕，按下3SB，RD指示燈閃光，放開(kāi)后閃光停止。斷路器跳閘時(shí)綠燈閃光，自動(dòng)合閘時(shí)紅燈閃光。

本文利用斷路器QF與控制開(kāi)關(guān)SA位置“不對(duì)應(yīng)”原理構(gòu)成閃光電源的啟動(dòng)回路。當(dāng)SA合閘時(shí)，則SA9-10觸點(diǎn)接通，QF跳閘，輔助常閉觸點(diǎn)閉合，則啟動(dòng)閃光電源，燈光監(jiān)視回路 QF綠燈閃光；當(dāng)SA在“跳閘后”位置，SA10-11觸點(diǎn)接通，QF合閘后，QF輔助常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，啟動(dòng)閃光電源，燈光監(jiān)視回路Q(chēng)F紅燈閃光。可使用I0.2來(lái)停止閃光程序，中間繼電器 M0.3的使用使在整個(gè)程序的其他部分應(yīng)用閃光程序更加方便。

圖2 中央事故閃光信號(hào)的PLC程序

5 中央預(yù)告信號(hào)的PLC控制

5.1 傳統(tǒng)的預(yù)告信號(hào)裝置

預(yù)告信號(hào)回路的監(jiān)視電路如圖3所示。預(yù)告回路正常時(shí)KVS2帶電，電源用KVS2監(jiān)視，其延時(shí)斷開(kāi)的常開(kāi)觸點(diǎn)閉合時(shí) HW 亮。如果保險(xiǎn)器熔斷、接觸不良或回路斷線，其常閉觸點(diǎn)將閉合，HW變?yōu)殚W光。

圖3中，H1、H2-光字牌；K2、K3-ZC -沖擊繼電器；HAB-警鈴；SB、SB2-實(shí)驗(yàn)按鈕；SB4-解除按鈕;KC2-中間繼電器；KT2-時(shí)間繼電器；SM-轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)；KS-監(jiān)視控制回路斷線的繼電器；KVS2-中央信號(hào)回路的電源監(jiān)視信號(hào)繼電器；KVS1-中央事故信號(hào)電路的電源監(jiān)視信號(hào)繼電器； HW-預(yù)告信號(hào)電源監(jiān)視燈。

圖3 中央預(yù)告信號(hào)裝置

5.2 預(yù)告信號(hào)PLC控制設(shè)計(jì)

利用保護(hù)裝置信號(hào)繼電器常開(kāi)觸點(diǎn)將故障信號(hào)送到PLC輸入端，啟動(dòng)預(yù)告信號(hào)軟沖擊繼電器，啟動(dòng)預(yù)告信號(hào)音響電鈴，經(jīng)延時(shí)5s后自動(dòng)解除音響，其中，I1.0為手動(dòng)停止按鈕輸入脈沖，I0.5、I0.6為預(yù)告信號(hào)輸入，I0.7為實(shí)驗(yàn)按鈕。I0.7有人為輸入脈沖或I0.5、I0.6有輸入脈沖是，Q0.5有輸出并自保持，T40立即開(kāi)始計(jì)時(shí)，直到I1.0有脈沖輸入停止鈴響。在鈴響的同時(shí)相應(yīng)得光子亮顯示具體的需要處理的位置。圖4為梯形圖子程序。

圖4 預(yù)告信號(hào)PLC控制設(shè)計(jì)

圖4中，I1.0為手動(dòng)停止按鈕輸入脈沖，I0.5、I0.6為預(yù)告信號(hào)輸入，I0.7為實(shí)驗(yàn)按鈕。響應(yīng)過(guò)程為：I0.7有人為輸入脈沖或I0.5、I0.6有輸入脈沖時(shí)，T40立即開(kāi)始計(jì)時(shí)，Q0.5有輸出并自保持，直到I1.0有脈沖輸入停止鈴響。在鈴響的同時(shí)相應(yīng)得光子亮顯示具體的需要處理的位置。

6 結(jié)論

本文采用西門(mén)子S7-200PLC實(shí)現(xiàn)了變電站中央事故和預(yù)告信號(hào)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。整個(gè)程序簡(jiǎn)單易懂，具有很強(qiáng)的實(shí)用性。并且系統(tǒng)經(jīng)過(guò)調(diào)試運(yùn)行，完全可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的所有功能。

[1]于慧群.基于 S7-200的變電站中央信號(hào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用[D].大慶石油學(xué)院工程碩士學(xué)位論文.2009.6.

[2]高靜,張順平.可編程控制器在變電所中央事故和預(yù)告信號(hào)系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].石油化工自動(dòng)化,2002,38(1)∶53-54,61.

[3]蘇小林,孟濤.PLC在發(fā)電廠變電所中央事故和預(yù)告信號(hào)系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].電站系統(tǒng)工程,2002,18(3)∶51-52.

[4]馬永翔.PLC在發(fā)電廠及變電所中央事故和預(yù)告信號(hào)系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].電工技術(shù),2001,34(6)∶24-25.

[5]劉學(xué)軍,宋印海, 孫鐵軍等. 用 PLC設(shè)計(jì)大型變電所中央事故和預(yù)告信號(hào)裝置[J]. 吉林化工學(xué)院學(xué)報(bào),2004.21(3)∶42-44.