基于PLC供配电监控系统的研究

摘要：论文基于可编程控制器(PLC)的原理实现了供配电监控系统的设计，并展开讨论整个系统的方案设计、分析继电保护设备原理和系统的软件设计。

关键词：PLC 供配电系统 设计

中图分类号： C35 文献标识码： A

PLC，即可编程逻辑控制器（ProrammableLogicController）具有微处理机的数字电子设备，能够将控制指令随时加载内存存储并执行的逻辑控制器。将PLC应用于供配电监控系统中，相比于传统的继电器控制具有出色的编程控制能力和数据采集能力，同时系统运行稳定、抗干扰能力强、经济可靠。因此，基于PLC的供配电监控系统能够提高供电可靠性，具有重要的研究意义。

1供配电计算机监控系统的设计

1.1监控系统方案设计

1）监控系统设计

根据《国网公司220kV变电站典型设计监控系统配置原则》，供配电监控系统的间隔层设备通过网络接口与站控层通信，监控层设备之间采用双以太网通信，计算机监控系统采用双以太网方案，监控系统采用分层分布式网络结构，分为站控层和间隔层，站控层与间隔层直接经过站控层网络连接。

2）系统的功能分析

首先，应具有运行管理功能。系统能进行在线统计、制表打印以及自我诊断，并能根据用户要求，记录变电站运行的各种数据；采集电能量，根据不同时段进行电能累加和统计，绘制各种图表。

再次，应具有与调度端EMS主站进行通信的功能。监控系统将其所采集的各个遥测和电能信息传给调度端，调度端进行分析后作出指令，监控系统对解析指令并进行下一步的监控操作。

然后，应具有运行监视功能。系统能够监视变电所正常运行时的各种状态信息，以及在事故状态下，能够对危险信号分级分类，并进行处理。当设备状态发生变化时，能够实时推出相应画面。事故发生时，系统能够根据事故信号发出闪光警报，直至监控人员确认。同时，监控人员也能方便地设置每个监测点的越限值、极限值等。

最后，系统能够对隔离开关、断路器以及继电保护动作发生次序进行排列，产生事故顺序报告和事故追忆功能，记录设备的各种参数，检修维护情况；系统还能通过控制低压侧电容器的投切来控制无功功率远动功能。

3）控制范围及控制方式

系统控制范围为全站的断路器和电动隔离开关；控制方式为三级控制。操作员站和配电装置处应具有相应的安全保护措施，以确保整个监控系统的安全可靠运行。断路器和隔离开关位于远端测控柜，由操作员站控制。操作应按选点、校验、执行的步骤进行。操作员的权限不同，对系统及各种业务活动的使用范围也不同。在多种操作方式下，一种操作方式被确定其它操作方式就被锁定。同时，计算机应将对运行人员的任何操作的合法性进行检查和闭锁条件检查。

1.2主要继电保护设备原理设计

主变压器继电保护具有差动保护、非电量保护、失灵启动判别与非电量延时、后备保护以及数据记录的功能。当变压器各侧电流或各相位电流之间的差异电流值，大于预先设定的动作保护值时差动保护就发挥作用。非电量保护是对非电气量(如电流、电压、频率等)故障动作的保护，防止变压器油温过高等。失灵启动判别与非电量延时是针对上述两种保护失效的时候，根据预先设定的定值进行判定后动作的延时保护。后备保护是当变压器的上述主保护拒绝动作时，可以启动的保护。最后，对于变压器的运行情况以及保护的动作情况进行排序记录，即数据记录功能。

二次谐波闭锁差动保护中的差动电流速断保护元件能在变压器区域内严重性故障时快速切断变压器各侧开关。TA回路异常判别元件能在变压器正常运行时判别TA回路状况，异常情况发出报警信号，并决定是否闭锁差动保护。波形对称原理的差动保护的启动元件、变压器各侧电流相位补偿元件、差动电流速断保护元件、比率制动元件、五次谐波制动元件、过负荷监测元件、TA回路异常判别元件、过负荷启动冷却器元件、过负荷闭锁调压元件的动作原理及判据与二次谐波闭锁原理的差动保护基本相同。其中，波形对称判别元件采用波形对称算法，将变压器空载合闸时产生的励磁涌流与故障电流分开。当变压器空载合闸至内部故障或外部故障切除转化为内部故障时，本保护能瞬时动作。

2供配电监控系统的软件设计

2.1Beckhoff系列PLC的介绍

1）PLCI/0端口

PLCI/0端口采用8通道24VDC数字量输入端子KL1408，能节省控制柜中安装空间。总线端子由8个通道组成，发光二极管显示信号状态。多通道传感器可以在最小的空间和使用最少数量的连线通过单端连接技术进行连接。电源触点形成回路，通过（所有输入的参考地为0V电源触点）KL1408数字量输入端子从过程级获取二进制控制信号，然后将数据以电隔离的信号形式传送到上位自动化单元。KL2408为反向极性连接保护，其负载电流输出有超载和短路保护功能。数字量输出端子能将自动化单元的二进制控制信号以电隔离的信号形式连接到过程级。

2）总线端子控制器

本系统设计中使用的以态网络总线端子控制器是Beckkhoff公司的BC9000E型控制器。现场总线与高一级的自动化设备直接进行数据交换实现对每个总线端子进行配置。同样，预处理数据也可以通过现场总线使总线端子控制器和高一级控制器进行数据交换。BC9000控制器设备Ethernet现场总线接口，ThernetTCP/IP总线端子控制器是集成PLC功能的总线耦合器。在Ethernet总线系统中，可作为非中心智能组件使用，总线端子控制器都是智能从站。一个站点由一个总线端子控制器1-64个端子模块和一个末端子模块组成。总线端子控制器使用TwinCATBC进行编程，该编程工具符合IEC61131-3标准。BC9000的组态/编程接口用于装在PLC程序。

3）PLC的1/0分配

本次设计中输入点有8个，选用一块Beokhoff系列PLC中的KL1408模块作为输入模块；输出点有6个，选用KL2408模块作为为输出模块。

2.2PLC软件设计

1）控制流程设计

基于PLC的供配电对主控楼供配电系统的实时监控，自动切断故障电源，开启备用电源以及在故障恢复后实现电源的自动恢复。在控制流程的设计中，备用电源自动投入装置只允许动作一次，常用电源切除或备用电源无电时，备用电源自动投入装置都不该动作。当常用电源失压或低压时，备用电源自动投入装置先切断电路，再将备用电源接入。常用电源正常停电操作时，备用电源自动投入装置不应动作，以防备用电源投入。

2）PLC程序编制

梯形图(LD一LadderDiagram)是一种图形编程语言，类似于电路原理图，可以清晰、直观的显示被控对象的动作过程，在TwinCATPLC中我们选择用该图来编制供配电系统的控制程序。由于大量电流、电压等值的数值计算和进制的转变出现在供配电系统监测过程中，为了确保稳定性和可靠性，选择用适合应用于复杂算术计算的结构文本(ST)来编制监测程序。

3）程序下载至PLC

启动系统管理器Tw1nCATSystemmanager，添加I/0Devices(I/O设备)，选择Ethernet(以太网)一VirtualEthernet，连接在以太网上的总线控制器，选择自己需要的总线端子BC9000控制器点击确定KL1408/KL2408、KL3403、KL3403两个总线端子模块。TCP/IP或UDP可以改变传送层的循环数据，所有的数据都在系统管理器中通过ADS口30传送。为此，/IP地址0的表页被打开，然后选择TCP/IP或UDP，依次完成映射变量，组态写入，login命令，把系统与PLC连接起来，即可进行调试和控制。

3结语

本课题设计的监控系统仅仅是变电所监控系统的一部分，对于实现变电所强电部分的供电监控还有较大差距，在今后的研究中，还需要不断努力，逐步改进，不但要弥补本课题中关于配电网络监控系统的不足。

参考文献

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[3]罗海平吴海勤.监控组态软件与PLC入门.人民邮电出版社，2006，115~153;