基于PLC的消弧线圈控制器的研究与开发.pdf

第6期总第228期
农业科技与装备
No 6 Total No 228
2013年6月
Agriculrural Science& Technoloyy and Equipment
un.2013
基于P?LC的消弧线圈控制器的研究与开发
王应东1,庞建华1,郝洪亮2,常珍3
1.沈阳瘙通电站设备制造有服公司、沈阳110136;2.南海裟各道河重工有限公司电气公司,辽宁盘绵124010;
3.盘锦辽河油田天意石油装备有限公司,辽宁盘锦124010)
摘要:采用PLC与单片机编程相结合的方式开发一种新型调容式消孤线圈控制器。由PLC实现接地电流检测、白动调谐和故障报
警功能,由单片机实现故障选线和显示功能。这种新型消弧线圖控制器既充分发挥出PIC在过程控制和开关量控制方面的优勢,
使得控制器动作快速、准确,又大大降低了控制器开发使用成本
关键词:消弧绂圈;中性点位移电压;电容电流检测;调谐;PLC
中图分类号:1M864文献标识码:A文章编号:1674-1161(2013)06-0049-04
目前,消弧线圈控制系统的设计主要有两种:
消弧线「中性点位「「?动,停1」見电「32条线
种是以单片机为主控机的控制系统,能够实现系统需
档采集5「移电坛采止按智
投
零悖电流
求,但稳定性差、不太可靠,且煸程困难、可扩性差,不
路开关量」集)路模报「1自动手动「状态采1」複拟量采
切换
便于人机交互;另一种是以PLC为主控机的控制系
,其优点是具有很好的稳定性和可靠性,编程语言
简单,易于扩展,能满足不同的测控要求,其不足在于
S7-200CPU24XPCN系列PLC
单
片
系统人机界面差,控制界面不直观,统计报表能力差。
而采用以PLC为主控机、工控机为上位机构成的控
制系统,是消弧线圈控制器发展的一种趋势,相对来
档
电
将特示い(数字
说投资费用高,目前并没有普及使用
投切
显示
为此,采用PlC与单片机编程相结合的方式开
发一种新型的消弧线圈控制器。由PHC实现接地电
图1控制器的基本组成模块
流检测、自动调谐和故障报警功能,由单片机实现故 Figure1 The basic composition module of the controller
障选线和显示功能。既能充分发挥PI⊥C在过程控制桥式不可控整流电路组成螫流、滤波稳乐电路(凡图
和开关量控制方面的优势,义大大降低了控制器开发2),将正弦信号转化为直流电乐信号。中性点位移电
使用成本,消弧线圈控制器动作快速、准确,PIC使用压经过整流桥后是脉动直流,波动范围很大,所以后
的梯形图语言也易于被现场操作人员所理解掌握。
面用大、小两个电容。大电容用来稳定输出,由于电容
消弧线圈控制器的总体构成
两端电压不能突变,因此可以使输出平滑;小电容用
该控制器的组成如图1所示。主要采集的相关量来除高频干扰,使输出电压纯净
为消弧线圈的档位、阻尼电阻的投切和中性点位移电
压。系统设计选择S7-200CPU24XPCN系列的
PLC,CPU224XPCN本机集成14输人/10输出共24
本D?本D
RL
个数字量I/O点,2输人1输出共3个模拟量/O点
D
U40-100V
个HS485通讯/编程口,可以方便地通过PC-PPH电
R
缆与电脑进行通讯,使编程和调试简单易行。
D
2中性点位移电压采集
中性点位移电压的采集采用带电容滤波的单相
图2整流、誌波、稳压电路
Reetifier, filter, voltage regulator circuit.
收稿日期:2013-02-
如图2所示:1为中性点位移电压经电压互感
作者简介;王应东(1981-),男,助理工程师,从事杌械设计制
器后变换为二次側的值;2为中性点位移电压经整
造及共自动化方面的研究工作。
万方数据
农业科技与装备
2013年6月
流、滤波后的直流电压信号;为PLC要采集的直流
开始
电压信号;Dz为稳压管的稳压值,选用型号为
置档,检测屮性
1N4751稳压管,额定电压D=30V;C1用来滤除交流
点电上
分量,使输出直流更平滑;C2用来除去直流信号里面
的高分量。
是(或u小>
采集的中性点位移电压运行工况有两个:正常运
两点法算对地电
切掉阡尼?阻
行和接地故障。不管是正常运行还是故障时,采集的
容电流
中性点位移电压必须与PIC输入信号的量程范围相
置档,检测中性
匹配。通过电阻、稳压管和滤波电容的合理选取,将中
电压
性点电压信号转换为0~10V変化范围,送入PILC模
性点电爪并
拟量采集口
布超程>是投入尼良
1)正常运行时U1-0~25V;经整流后2=0-30
否
v,此时稳压管不起作用,通过电阻分压后Uo=0-7.5
?计算对地电容七流
v;2)接地故障时=25~100V;经整流后U2=30~-120
结束
v意压管稳压在30V,经电阻分压后i=8.6V。设定
故障门槛电压为25V(实际的故障门槛电压的设定
图3改进调谐法的流程图
Figure 3 Improved tuning method of flow chart
可以根据现场实际调整),只要中性点位移电压超过
25V,就认为是发生了单相接地故障。
偿外加阻尼电阻运行方式和远离谐振点补偿方式两
3对地电容电流检测
种。其中,为解决破小残流与限制中性点位移过电压
目前常用的接地电容电流检测的方法有E法
的矛盾,一种方法是在消弧线圈上串联或并联阻尼电
树点法和三点法。E6应用的前提是消弧线圈必须申阻R2,从而增大电网阻尼率d,使得电?正常运行时
联或并联阻尼电阻。否则,谐振时中性点位移电压很串联谐振过电压小于规程规定15%相电斥,这样就
高,将大大超过规程允许值。在不对称对很低的情况
可以在电网正常运行时将消弧线圈调谐至全补偿状
下,由于谐振点不明显,会给测量带来很大误差,且在态或接近全补偿状态,等待故障的发生;当出现单相
线测量起来很不方便。两点法是自动调谐消弧线圈接接地后,瞬间将阻尼电阻R2短接,从而实现最生补
地电容电流检测的常用方法,忽略了系统电网的阻尼偿,故这种补偿方式也称预调式补偿方案。这种控制
率,其优点是快捷、洋确度高,但仅适用于中性点位移方式由于在接地故障发生时不能动作,?此控制流程
电压比较大的情况。三点法考虑了系统电网阻尼率的比较简单;且作故障发生时,消弧线不能很好地补
影响,但由于测量量值较多,计算复杂,给本来就是小偿系统的接地电流残流偏高。另一种方法是在电网
信号的测量量值引人了更多的测量和计算误差,因此正常运行时加大脱谐度,使消弧线圈远离谐振点,当
其精度有待验证。
电网发生单相接地后,瞬时调整消弧线圈至全补偿状
考虑中性点位移电压比较小的情况,消弧控制器态,实施最佳补偿,也称随调式补偿方案。但在接地发
兼用两点法和改进的调谐法进行电容电流的计算,在生的瞬间和瞬时接地故障时,这种“随调式”的消弧