浅谈PLC智能配电系统的应用与研究

浅谈 PLC智能配电系统的应用与研究

钱晓蓉、张永恒、唐凯

西安电力高等专科学校710058

摘要：本文主要阐述PLC在智能配电控制系统的应用，分析了在配电系统的控制方式方法，并提出预防措施及处理方法。
关键词：PLC；智能配电；控制

2. 智能低压配电系统的概述

基于PLC技术的工业过程智能自动化仪表和开放的自动化系统引起了广泛的注意和高度的重视，已成为国内外自动化技术发展的一个热点。PLC智能配电系统可实现数据的实时采集、数字通信、远程操作与程序控制、保护定值管理、事件记录与告警、故障分析等功能。针对低压电气系统直接面向控制终端，设备多、分布广，而且现场条件复杂，系统本身及设备频繁操作、故障脱扣等产生的强电磁及谐波干扰等特点，PLC监控系统能实现面向对象的操作模式，具有强抗干扰能力，主要控制功能由设备层智能型元器件完成，形成网络集成式全分布控制系统，以满足系统运行的实时、快速及可靠性的要求。

二、PLC智能化电力监控系统的系统结构及具体配置

2.1主控层配置

主控层也称系统管理层，设置在管理站内，由电力监控计算机、打印机、UPS电源等组成。可以采用专业的电力监控软件或工控组态软件实理变配电系统的全部监控功能针对配电系统的管理人员，是人机交互的直接窗口，用来实现对配电和监控设备以及智能型元器件的监控、保护和控制通信，也是系统的最上层部分。主要由系统软件和必要的硬件设备，如工业级计算机、打印机、UPS电源等组成。系统软件具有良好的人机交互界面，对采集的现场各类数据信息自动经过计算处理，并以图形、数显等方式反映现场的运行状况。

2.2通信管理层配置

通信管理层采用通信前置机控制所有现场的保护装置、监控装置和第三方设备。完成现场设备层和主控层的网络连接、转换和数据、命令交换，通过以太网实现系统与其它管理系统的网络通信，该层是数据信息交换的桥梁，负责对现场设备回送的数据信息进行采集、分类和存储等工作的同时，转达上位机对现场设备的各种控制命令。
通信管理层通过通信管理机、以太网交换机等，为电力监控系统提供一个稳定可靠高速的通信通道，各变电所、站与监控中心之间的数据传输通过以太网通信网络来实现。

该层是智能化低压配电系统的关键部分，它就像整个监控系统的神经网一样，把各现场配电和控制设备与主计算机连接起来。在通信网络的通信介质方面，应用较多的有光纤、同轴电缆及屏蔽双绞线。目前应用的基本上屏蔽双绞线，硬件接口为RS-485通信接口。

2.3现场设备层配置

现场设备层即现场监控层，由微机保护、电力监控装置组成。各电力监控设备就地安装在开关柜回路中，完成保护、控制、监测和通信等功能，同时具有动态实时显示开关工作状态、运行参数、故障信息和事件记录、保护定值等功能。

在变电所配置电力监控装置，实时采集电气回路的模拟量（电流、电压、功率等）和开关量（开关的位置信号、继电保护及自动装置信号、设备运行状态信号等），经通信系统上传至管理站的电力监控计算机，并可以通过计算机远程实现变电站开关的遥控功能。

现场设备层采用星型和总线型（屏蔽双绞线）相结合，网络具有很高的可靠性和实时性。各间隔测控单元负责与现场开关等一次设备的二次侧电流、电压及信号接点直接联系。

PLC智能控制系统监控示意图

三、PLC智能化电力监控系统的方法

3.1重要回路
重要回路如低压开关柜中的进线断路器、联络断路器、重要的大电流馈电回路，宜选择智能型框架断路器，该类型的断路器配置带通信接口的控制单元，主要功能包括：具有长延时、短延时、瞬时过流、接地故障、欠压的保护等；在断路器上可显示电流、电压、功率、有功电能、无功电能、功率因数、频率等电量参数的运行状态，故障信息等；通过通信接口与上位计算机进行数据交换，并可接受上位机的命令；实现远程电量参数的测量、断路器运行状态（合、分、故障、报警等）的监控、由上位机对断路器进行遥控分合闸操作，由上位机对断路器的设备参数和保护值进行遥调的四遥功能。
3.2普通回路
普通回路常亦可以选用智能型断路器，鉴于智能型断路器价格不菲，为了降低工程成本，常采用普通断路器配置智能型多功能电力监控仪表的组合方式，使配电柜中的普通回路具有智能功能，并能使各配电回路连接到智能监控网络中。

3.3主要有功能有：

测量和显示功能：能够测量并显示配电回路的相电压、线电压、线电流、有功功率、无功功率、功率因数、四象限（复费率）电能、频率等参数及运行状态、故障报警信息及各参数值；
存储功能：可记录并查询近期12个月电能、最大需量及SOE事件记。

事件顺序记录功能（SOE）：监控系统需要将整个系统的电力运行情况在主控室进行监控，需要记录所有发生的报警事件、操作事件以及事故事件等事件记录，以便于查看和分析。因此监控装置本身应具有事件记录功能，PMC监控装置同时具有1ms分辨率的SOE记录，可以对所发生的事件以1毫秒的间隔进行排列顺序，帮助值班员完成对事件的分析和统计。

开关量位置监视和变位报警：完整的电力监控既包括交流全电量的采集，也应包括高、低压回路的开关状态监视（例如断路器状态、断路器手车位置、发电机的手自动控制状态、变压器温度状态等），因此要求监控装置具有开关量输入功能，要求监控装置有足够的DI点输入；具有定值（包括电压、电流、有功、无功、电度）越限和遥信变位报警功能，并且在开关量变位报警中分为几个级别来区分报警的等级，以便于监视人员在后台通过报警所显示出不同的颜色和声音来区分事件的严重性。即一般报警（即人为的手动操作，其实并没有发生故障）、报警（即开关本身出现问题，例如开关未储能）、断路器故障报警等。也可根据用户的具体要求来定义。

谐波分析功能：谐波可造成以下电力设备：配电线缆、变压器发热、断路误动作、发电机喘振等不良后果。另外，谐波能使电网中的电压、电压波形发生畸变，从而降低电网电压，浪费电网容量，所具有的谐波分析功能有效的帮助用户降低谐波对电力用电设备及电网的危害。

总之：PLC智能电力监控系统应用非常广泛，提高了电力系统的自动化水平；该控制系统不但大大减轻了运行人员的劳动强度和减少了运行人员的数量，而且对系统的安全、可靠的运行提供了有力的保障。
作者介绍
姓名：钱晓蓉（1970.12.31）；性别：女；籍贯：陕西富平；民族：汉族；学历：硕士研究生；职称：高级讲师；职务：国网陕西省电力公司营销安全基地副主任；研究方向：区域配电网、营销安全技术；