PLC在变电站变压器自动化中的应用

摘要：本文主要介绍由PLC构成的变压器自动化系统在中小型变电站综合自动化中的实现。它对变压器的控制精度高，性能可靠。同时PLC自身具备的机、、通讯等特性，使PLC在变电站综合自动化中得到了广泛的应用。

关键词：变压器自动化　变电站综合自动化系统

1 概述

可编程逻辑控制器（PLC）作为新一化的控制装置，结构简单、性能全面、可靠性高。其突出的优点是：使用方便，具有杰出的实时功能和强大的通讯能力。在其小小的单元中，包含了强大的功能，使之能够独立地或通过网络分布式系统轻而易举地完成复杂的控制任务，很小的投入即能获得最有效的自动化系统，在工业现场领域深受欢迎，特别是经过特殊模块配置后，可以在保持简单易用的特点的同时大大扩展其应用领域。PLC的体积小，结构紧凑，编程方便，梯形图编程方式面向一般电气技术人员，操作简单，维修方便，易于实现机电一体化，因而在变电站综合自动化中得到了广泛的应用。

中小变电站综合自动化中的自动化设备有：可编程自动化监控装置、可编程变压器自动化屏、可编程微机计量屏、可编程微机线路保护屏、可编程微机同期系统、可编程中央信号屏、可编程电容屏、可编程微机直流电源系统等均应用了PLC为其智能化单元，并且都能够挂网运行，方便地实现遥信、遥测、遥控功能，取代了传统的RTU。本文主要介绍由PLC构成的变压器自动化部分在自动化变电站中的实现。适用于老式变电站的自动化改造及新式变电站的建设。 

2 变压器自动化的构成方案

在中小型变电站中，一台变压器及其配套设备一般包括：断路器及操作单元、变压器、变压器控制屏、避雷器、差动保护屏、变压器接地系统等。下面以两种情况分别讲述变压器的自动化构成方案。 

2.1 变压器及配套设备为常规设备

如果断路器及操作单元、变压器、差动保护屏、变压器防雷接地系统等均为不含智能单元及计算机接口的常规设备，那么只需将变压器控制屏部份选用可编程（PLC）变压器自动化屏，就能构成比较完备的变压器自动化系统。其系统框图如图1所示，变电站中控室内的变压器控制屏及其配套设备分别与可编程变压器自动化屏通过电缆直接连接，进行信息交换。中控室或远方的主计算机监控系统通过对可编程变压器自动化屏的监控来实现对变压器的监控，其中的信息交换由主计算机监控系统中的工控机（IPC）与可编程变压器自动化屏中的PLC通过工业现场通讯网络来实现。这种变压器自动化系统一般适用于改造旧站或建设资金规模不大的自动化新站。

2.2变压器及配套设备为智能化设备

如果断路器及操作单元、变压器、差动保护屏、变压器防雷接地系统等均已含有智能单元及计算机接口，那么变压器控制屏部份选用可编程（PLC）变压器自动化屏，就可以非常方便地构成功能强大的变压器自动化系统。其系统框图如图2所示，变电站中控室内的变压器控制屏及其配套设备分别与可编程变压器自动化屏通过工业现场通讯网络与中控室或远方的主计算机监控系统进行信息交换。可编程变压器自动化屏与变压器及配套设备之问仅有极少量的电缆连接，整个系统显得非常简单。

3 可编程变压器自动化屏的组成及实现

可编程变压器自动化屏的硬件设备一般包括：PLC，PLC输入/输出信号隔离继电器，近地操作按钮及故障事故指示灯、报警器、智能变压器油温度巡检仪，智能信号测试议，小直流电源，通讯适配器等。其系统框图如图3。软件主要由PLC自动化监控程序和与监控主计算机(上位机)的通讯程序组成。

3.1 PLC的选型

从上述的被控对象(变压器)的电气特性看出，这个系统几乎是对开关量进行监控。温度模拟量及信号模拟量均有智能仪表对其监控, 智能仪表的输出触点开关量进入PLC，因此PLC只需选用基本模块及通讯模块，而不需特殊模块。接下来应确定PLC输入∕ 输出点数，统计可编程变压器自动化屏对变压器及配套设备的监控点数，一般输入不超过64点数，输出不超过40点。在实际中我们选用了北京安控科技有限公司研制的Rock系列PLC产品：Rock E20系列PLC产品。此产品采用先进的16位CPU，配置嵌入式实时多任务操作系统，可实现采集、运算、逻辑、定时、控制、通讯等功能，其单CPU＋扩展模块，可承载32模块，测控500个I∕ O点。以RS485或Intranet进行本地扩展，以拨号Modem或GPRS等方式进行远程扩展。该产品采用插拨方式扩展、模块尺寸小巧，安装使用方便、维护简单，具有应用灵活、安全、可靠等特点。

3.2 可编程变压器自动化屏的硬件

组成可编程变压器自动化屏的各部件应严格照按电气规范设计、连接。此外，与PLC相连的部份应严格按照PLC厂家技术要求进行设计、连接。

3.3 PLC的自动化监控程序

变电站的变压器组成方式不同决定了可编程变压器自动化屏PLC的监控程序的不同。在此以35KV单母线、一台主变压器为例，其开机准备条件及开机程序如图4，停机程序如图5。

3.4 PLC与监控主计算机串行通讯的实现

计算机与PLC之间的通讯是通过传送命令块和数据块来实现的，其命令块格式如下：

数据块格式如下： 

所有的块均由ASCII码组成，其格式如下：

4 可编程变压器自动化屏的运行

可编程变压器自动化屏在变压器的自动化运行中处于实时监控的重要位置，它通过输入∕ 输出信号隔离继电器按变电站变电设备(隔离刀闸、断路器、电压互感器、电流互感器、变压器防雷接地系统等设备)的状态 ∕ 控制信号，可编程逻辑控制器(PLC)将上述信号按具体的自动化流程进行实时控制，并与监控主机通过传递数据。完成变压器的开、停，运行维护与继电保护（过电流保护、电流速断保护、差动保护、瓦斯保护和过负荷保护等）。它不仅使变压器处于闭环自动控制之中，而且使变压器自动化与测控保护系统协调运行，从而使整个变压器处于最佳运行状态。由于PLC自身的特性，每个输入∕ 输出信号都有指示灯，使得变电站这个信号比较分散的场所维护检修工作变得异常容易。 

5 结束语

本系统已在我市多个变压器的自动化工程中成功投运。我们发现其处理故障十分容易，既缩短了停电维护时间、运行维护费用又很低。运行中发生诸如变压器的瓦斯继电器触点进水短路、中控室各接触器电触点断线、变压器控制回路等故障均能及时发现、报警与自动进入其处理程序，并能在监控主计算机上集中监视。用PLC构成的应用环境，可以构成满足不同用户或同一用户不同时期对系统的需求，改变系统的组织方式只需重新输入PLC监控程序即可，我们对此相当满意。

：

1 杨士元 可编程序控制器编程应用和维修 1995年 清华大学出版社

2 Rock E20系列PLC产品 北京安控科技有限公司 2004年

3 35KV变电站设计图集 李文东 1998年