胡新明，陳國(guó)平

(1.甘肅電器科學(xué)研究院，甘肅 天水 741018;2.新疆科學(xué)技術(shù)學(xué)院 阿克蘇籌建辦公室，新疆 阿克蘇 843100)

0 引言

隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，我國(guó)電力系統(tǒng)容量不斷增加，短路時(shí)故障電流也相應(yīng)增大，因而對(duì)電力系統(tǒng)中的斷路器、成套設(shè)備等關(guān)鍵設(shè)備進(jìn)行短路開(kāi)斷能力的驗(yàn)證至關(guān)重要［1］。試驗(yàn)室對(duì)試品進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)，配置高質(zhì)量，安全可靠，使用方便，輸出精度高的試品控制電源是一個(gè)必要條件［2-5］。

為此設(shè)計(jì)一種適用于高壓大容量試驗(yàn)室的試品控制電源系統(tǒng)，采用可編程控制器作為核心控制器件，具有輸出電源的智能控制、系統(tǒng)交直流電壓的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，觸摸屏就地和遠(yuǎn)程控制功能，能夠以RS232、RS422、RS485接口連接采集模塊觸摸屏等設(shè)備，采用Modbus等方式通訊，該電源可輸出交流AC 0 V～430 V、直流四路DC24 V、DC48 V、DC110 V、DC220 V和較大容量的二路DC110 V、DC220 V電源?？烧{(diào)范圍大、輸出容量高、升壓速度快、輸出電壓精度高。

1 試品控制電源對(duì)開(kāi)斷試驗(yàn)的影響

高壓斷路器是電力系統(tǒng)中最重要的設(shè)備之一，也是大容量試驗(yàn)室試驗(yàn)的主要試品。控制回路中的電源電壓波動(dòng)將直接影響斷路器的合分閘動(dòng)作時(shí)間，但是影響斷路器動(dòng)作時(shí)間的因素很多，且難以量化分析，因合分閘線圈是一個(gè)電磁鐵機(jī)構(gòu)，而電磁鐵的動(dòng)作特性和電壓、電流有一定的函數(shù)關(guān)系，即t=f(u，i)。可以認(rèn)為試品電源的輸出電流和電壓對(duì)斷路器動(dòng)作時(shí)間有影響［6］。

對(duì)于斷路器，控制電源須選擇合適的容量、自動(dòng)化程度高、供電質(zhì)量高、可靠性高、使用維護(hù)方便。對(duì)于直流電源則要求直流紋波系數(shù)小、對(duì)交流輸入電源要求范圍寬，在輸入電源波動(dòng)較大或嚴(yán)重不平衡時(shí)，仍能輸出穩(wěn)定的直流電，以保證合分閘時(shí)能保持電壓、電流穩(wěn)定。

2 試驗(yàn)電源系統(tǒng)參數(shù)

2.1 試品控制系統(tǒng)電源

見(jiàn)表1，一般10 kV～40.5 kV高壓斷路器操動(dòng)系統(tǒng)控制電源分為交流、直流二種，有永磁機(jī)構(gòu)、電磁鐵控制的氣動(dòng)和彈簧儲(chǔ)能機(jī)構(gòu)等。直流電源一般是直流屏供電，鉛酸蓄電池作為能量來(lái)源，其紋波系數(shù)比直接整流供電等其他方式供電小。本系統(tǒng)使用DC24 V、48 V、110 V、220 V直流屏充電模塊作為電磁鐵控制直流斷路器的控制電源，以真實(shí)模擬變電站的使用環(huán)境。

2.2 直流電源參數(shù)

電磁鐵機(jī)構(gòu)的斷路器控制直流電源采用充電模塊供電，其采用諧振電壓型雙環(huán)控制的諧振開(kāi)關(guān)電源技術(shù)，具有體積小、重量輕、效率高、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。配有標(biāo)準(zhǔn) RS-485接口，易于與自動(dòng)化系統(tǒng)對(duì)接，適用于各類變電站、發(fā)電廠及水電站。具體參數(shù)。

表1 輸出電源電壓電流表

輸入:AC380 V±20%;(三相三線)效率:≥95%;功率因數(shù):≥0.93;穩(wěn)壓精度:±0.5%;穩(wěn)流精度:±0.5%;紋波系數(shù):≤0.1%。

3 試驗(yàn)電源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

3.1 試品電源主回路

試品電源主回路輸入是三相四線AC380 V，通過(guò)斷路器和繼電器連接高頻電源充電模塊、調(diào)壓器、多分接變壓器，形成四路較小容量的直流輸出，應(yīng)用于電磁機(jī)構(gòu)合分閘操作，二路較大容量的直流輸出，應(yīng)用于高壓永磁斷路器的合分閘操作。系統(tǒng)主回路如圖1所示。

圖1 試品電源系統(tǒng)主回路

3.2 電源參數(shù)采集系統(tǒng)

在輸出交流電壓時(shí)，需要對(duì)交流調(diào)壓器電壓調(diào)節(jié)進(jìn)行閉環(huán)控制，以控制調(diào)壓器的電壓精確輸出，調(diào)壓器的輸出電壓采用交流參數(shù)采集模塊實(shí)時(shí)檢測(cè)。該模塊能將采集到的交流參數(shù)信號(hào)轉(zhuǎn)換，一路RS485接口，以Modbus RTU協(xié)議同PLC通訊。

在用充電模塊輸出直流電壓時(shí)，充電模塊的輸出直流電壓通過(guò)直流電壓變送器將直流電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換，把轉(zhuǎn)換后的電壓信號(hào)送至PLC，通過(guò)對(duì)采集到的電壓和設(shè)定電壓的比較，PLC可通過(guò)充電模塊配的標(biāo)準(zhǔn)RS-485接口以Modbus RTU協(xié)議通訊對(duì)模塊的輸出直流電壓進(jìn)行一定范圍的調(diào)節(jié)。

3.3 試品電源控制

3.3.1 輸入輸出點(diǎn)分配

對(duì)電源的繼電控制主要是通過(guò)繼電器的合分，控制電源的輸入輸出，對(duì)系統(tǒng)的功能仔細(xì)分析之后，將直流整流電源110 V輸出返回信號(hào)等九個(gè)返回信號(hào)作為開(kāi)關(guān)量輸入點(diǎn)，按照表1分配輸入設(shè)備和地址。將KMA1合分調(diào)壓器輸入控制等十一個(gè)控制輸出作為開(kāi)關(guān)量輸出點(diǎn)，按照表2分配輸出設(shè)備和輸出點(diǎn)地址。

3.3.2 控制過(guò)程

可編程控制器DVP40ES2的數(shù)字量模塊實(shí)現(xiàn)電源的交直流電壓選擇功能，電源的輸入輸出控制，故障指示，故障報(bào)警，調(diào)壓器的升壓降壓控制，同時(shí)對(duì)電源的各種返回狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控。如要實(shí)現(xiàn)交流電壓的輸出，Y0輸出，KMA1合，調(diào)壓器得電輸出，交流參數(shù)采集模塊對(duì)調(diào)壓器輸出電壓采集后數(shù)據(jù)通過(guò)COM3口傳輸?shù)絇LC(見(jiàn)表2、表3)，若此時(shí)輸出電壓低于設(shè)定電壓，Y7輸出，控制調(diào)壓器升壓，一直到輸出電壓等于設(shè)定電壓，則Y7停止輸出。如果輸出電壓高于設(shè)定電壓，則Y10輸出控制調(diào)壓器降壓，直到輸出電壓等于設(shè)定電壓后Y10停止輸出。

表2 PLC控制電源輸入點(diǎn)分配表

表3 PLC控制電源輸出點(diǎn)分配表

DVP40ES2的COM1～COM3口可以 RS232，RS422，RS485方式通訊，通過(guò)COM口連接直流電壓變換器，充電模塊，交流電參數(shù)采集模塊，監(jiān)視直流電壓、交流電壓的變化。COM3口直接連接人機(jī)設(shè)備DOP B05S100觸摸屏，此觸摸屏作為上位機(jī)就地控制試品電源和電源參數(shù)設(shè)置。COM1連接遠(yuǎn)方試驗(yàn)小室的遠(yuǎn)控人機(jī)設(shè)備DOP B05S100觸摸屏，以方便試驗(yàn)接線人員就地選擇和調(diào)整電壓。試品電源控制系統(tǒng)原理如圖2所示。

圖2 試品電源控制系統(tǒng)原理

4 程序設(shè)計(jì)

4.1 人機(jī)界面

本系統(tǒng)人機(jī)界面采用臺(tái)達(dá)DOP-B05S100，該產(chǎn)品有人性化的使用界面和高速的硬件構(gòu)架，支持多廠家PLC，具有USB上下載功能。系統(tǒng)的畫(huà)面編輯軟件采用Screen Editor，該軟件利用宏功能可以有效的幫助PLC處理復(fù)雜的運(yùn)算功能及分擔(dān)PLC控制器的工作量。亦可配合通訊宏指令自行撰寫(xiě)通信協(xié)議，并透過(guò)串行口與特定系統(tǒng)或控制器連接。利用 USB Ver1.1上/下載人機(jī)畫(huà)面程序，大大縮短傳輸數(shù)據(jù)的時(shí)間。

能提供方便好用類似Excel的配方編輯器，讓使用者可以輕松的編輯配方;并且可以同時(shí)輸入多組的配方。把配方表數(shù)據(jù)下載到人機(jī)后，便可利用內(nèi)部存儲(chǔ)器來(lái)切換。使用者根據(jù)不同的項(xiàng)目，如果想變更配方表的數(shù)據(jù)，亦可單獨(dú)下載更新配方表的內(nèi)容。用戶可于人機(jī)程序的設(shè)計(jì)過(guò)程中，先行于計(jì)算機(jī)端進(jìn)行程序仿真動(dòng)作與除錯(cuò)。而在人機(jī)軟件里提供離線仿真與在線仿真。人機(jī)界面如圖3所示。

圖3 試品電源控制系統(tǒng)人機(jī)界面

4.2 PLC程序設(shè)計(jì)

電源控制系統(tǒng)主程序的功能是負(fù)責(zé)管理整個(gè)子程序的調(diào)度運(yùn)行，具體功能則由子程序完成。對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行分析，根據(jù)系統(tǒng)控制對(duì)象的不同和控制功能的不同，劃分了交流控制子程序、高頻直流電源模塊子程序、直流整流子程序、串行通訊等子程序。子程序具體執(zhí)行了系統(tǒng)所能實(shí)現(xiàn)的各種功能，如交直流的選擇，電壓的調(diào)節(jié)，繼電器合分控制、通訊等。整個(gè)系統(tǒng)的程序控制流程如圖4所示。PLC程序設(shè)計(jì)軟件為WPLSoft 2.34。

圖4 電源控制系統(tǒng)程序控制流程圖

5 結(jié)束語(yǔ)

該試品電源自投入運(yùn)行以來(lái)，已經(jīng)在大容量試驗(yàn)室正常工作至今，操作方便，運(yùn)行安全可靠，電壓調(diào)節(jié)方便直觀，且電壓調(diào)節(jié)范圍大，試驗(yàn)室就地安裝的遠(yuǎn)控觸摸屏能方便地就地選擇電壓輸出方式，調(diào)節(jié)電壓。對(duì)大容量試驗(yàn)室各種開(kāi)斷試驗(yàn)正常進(jìn)行有極大的輔助作用。

［1］史宏偉，張海峰，孫海波，等.大容量短路發(fā)電機(jī)同步信號(hào)采集裝置的設(shè)計(jì)與應(yīng)用［J］.高壓電器，2010，46(6):83-85.

［2］賀開(kāi)華，彭海波.直流斷路器大容量試驗(yàn)室的現(xiàn)狀與進(jìn)展［J］.船電技術(shù)，2010，30(9):55-57.

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