CN106684856B - 一种低压电力系统控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种低压电力系统控制装置，包括中压开关柜、第一变压器、第二变压器、正常低压开关柜、应急低压开关柜和应急发电机，还包括一套同期装置、一个PLC装置和四个转换开关；PLC装置直接对各开关的分合闸回路进行控制，实现各工况下安全有序地操作低压电气系统各开关。本发明结构简单，安装简便，简化了海洋石油平台电气系统二次接线，有效地缩短调试时间并杜绝电气误操作的可能性，提高系统运行的可靠性和安全性，同时也能有效地减少一次投资和维修费用。

Description

一种低压电力系统控制装置

技术领域

本发明涉及电力系统领域，特别是涉及一种低压电力系统控制装置。

背景技术

一般海洋石油中心平台的低压电力系统的工况主要包括：黑起动工况、应急工况、倒电操作工况和倒送电工况，根据不同的工况，系统要做出不同的响应动作，关键是对各种开关及时和正确无误的操作，目前海洋石油普通井口平台上的低压电力系统中，为实现上述各种开关复杂的控制和正确的操作，使用了大量的继电器及开关之间的二次接点的相互闭锁，一次投资费用大，且整个二次系统接线错综复杂，使得系统可靠性差、接线复杂、安装调试时间长且维修困难。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明提供一种低压电力系统控制装置，用于解决现有技术中低压电力系统可靠性差、接线复杂、调试时间长且检修困难的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种低压电力系统控制装置，包括中压开关柜、第一变压器、第二变压器、正常低压开关柜、应急低压开关柜和应急发电机，还包括一套同期装置、一个PLC装置和转换开关；所述第一变压器和所述第二变压器的输入端均电连接所述中压开关柜的输出端，所述第一变压器和所述第二变压器的输出端均电连接所述正常低压开关柜的输入端；所述应急发电机输出端连接所述应急低压开关柜，所述应急低压开关柜与所述正常低压开关柜电气连接；所述转换开关用于控制所述同期装置和所述PLC装置；所述同期装置接收所述应急发电机端电压信号和正常低压母线的电压信号，所述同期装置的命令信号和所述转换开关发出的控制主令信号均发送至所述PLC装置，所述PLC装置向所述正常低压开关柜和所述应急低压开关柜的各开关的分/合闸回路输出控制信号。

于本发明一实施方式中，所述正常低压开关柜内设有第一变压器出口开关、第二变压器出口开关、正常低压母线LA、正常低压母线LB、母联开关和第一联络开关；所述第一变压器出口开关和所述第二变压器出口开关分别与所述第一变压器和所述第二变压器的输出端连接；所述第一变压器出口开关连接所述正常低压母线LA，所述第二变压器出口开关连接所述正常低压母线LB，所述正常低压母线LA与所述正常低压母线LB之间串联有所述母联开关。

于本发明一实施方式中，所述应急低压开关柜内设有应急低压母线LE、第三出口开关和第二联络开关；所述应急发电机输出端连接所述第三出口开关，所述第三出口开关连接所述应急低压母线LE，所述第一联络开关和所述第二联络开关串联且二者连接于所述正常低压母线LB与所述应急母线LE之间。

于本发明一实施方式中，所述PLC装置接收所述第一变压器出口开关、所述第二变压器出口开关、所述第三出口开关、所述母联开关、所述第一联络开关和所述第二联络开关的开关状态信号、故障信号、合/分闸命令信号；所述PLC装置接收所述正常低压母线LB的电压状态信号和所述应急发电机端电压状态信号；所述PLC装置接收所述应急发电机的起/停命令信号和所述转换开关发出的控制主令信号以及所述同期装置的命令信号；所述PLC装置通过逻辑编程自动向所述第一变压器出口开关、所述第二变压器出口开关、所述第三出口开关、所述母联开关、所述第一联络开关和所述第二联络开关的分/合闸回路输出控制信号。

于本发明一实施方式中，所述PLC装置为西门子S7-300型，包括一个标准型CPU314模块、一个西门子PS307电源模块DC24V/10A、二个输入模块SM331，共64点开入，二个输出模块SM322，共16点110V/230V 2A开出，一个CP341通信模块，且其带一个RS422/RS485(X.27)接口。

于本发明一实施方式中，所述转换开关包括合闸方式选择开关、粗同期与精同转换开关、同期手自动转换开关和倒送电开关；所述合闸方式选择开关、所述同期手自动转换开关和所述倒送电开关的接点作为主令信号一并输入到所述PLC装置的输入模块中，所述粗同期与精同转换开关的接点直接接入所述同期装置中。

于本发明一实施方式中，所述倒送电开关为钥匙旋钮开关。

于本发明一实施方式中，所述转换开关安装在与所述应急低压开关柜同一配电室内的控制箱面板上，所述PLC装置安装在所述控制箱内。

于本发明一实施方式中，所述应急发电机的启动由中间继电器的开点控制。

于本发明一实施方式中，所述中间继电器由PLC装置控制。

如上所述，本发明具有以下有益效果：

1、本发明利用PLC技术完成复杂的逻辑控制，有关时间的控制通过CPU314编程实现，用PLC装置的输出模块直接控制相应的开关设备,从而实现对普通的海洋石油井口平台的低压电气系统的安全有序控制。

2、交流电压回路及同期装置均安装于应急配电室内的配电盘中，属于系统配置，本装置只需由相关装置引入对应的无源接点，除去各开关间的连锁接线，使各开关的二次接线简单明了。

3、安装调试工作量减少，降低人力成本，检修、维护变得更加简单。

附图说明

图1为本发明低压电力系统中各模块的单线图。

图2为本发明低压电力系统控制装置的原理图。

图3为本发明低压电力系统控制装置的程控梯形图。

图4是本发明低压电力系统控制装置的相关的同期回路原理图。

图5是本发明低压电力系统控制装置的转换开关和应急发电机的手动调压开关、调频开关的接点图。

元件标号说明：

1 中压开关柜

2 第一变压器

3 第二变压器

4 正常低压开关柜

5 应急低压开关柜

6 应急发电机

7 同期装置

8 PLC装置

ACB1 第一变压器出口开关

ACB2 第二变压器出口开关

ACB3 母联开关

ACB4 第一联络开关

ACB5 第二联络开关

ACB6 第三出口开关

SA1 合闸方式选择开关

SA2 粗同期与精同转换开关

SA3 同期手自动转换开关

SA4 倒送电开关

T2F1 中间继电器

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

请参阅图1至图5。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容所能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

图1所示为本发明低压电力系统的单线图，包括中压开关柜1、第一变压器2、第二变压器3、正常低压开关柜4、应急低压开关柜5和应急发电机6，还包括一套同期装置7、一个PLC装置8和四个转换开关(图1中未示出)；所述中压开关柜1通过联接的第一变压器2、所述第二变压器3与正常低压开关柜4电气连接；应急发电机6连接应急低压开关柜5，所述应急低压开关柜5与正常低压开关柜4电气连接；所述同期装置7接收应急发电机6端电压信号和正常母线电压信号；所述PLC装置8通过编程控制正常低压开关柜4和应急低压开关柜5。

所述正常低压开关柜4内设有第一变压器出口开关ACB1、第二变压器出口开关ACB2、正常低压母线LA、正常低压母线LB、母联开关ACB3和第一联络开关ACB4；所述第一变压器出口开关ACB1和第二变压器出口开关ACB2分别与第一变压器2和第二变压器3的输出端连接；所述第一变压器出口开关ACB1连接正常低压母线LA，所述第二变压器出口开关ACB2连接正常低压母线LB，所述正常低压母线LA与正常低压母线LB之间串联有母联开关ACB3。

所述应急低压开关柜5内设有应急低压母线LE、第三出口开关ACB6和第二联络开关ACB5；所述应急发电机6输出端连接第三出口开关ACB6，所述第三出口开关ACB6连接应急低压母线LE，所述第一联络开关ACB4和第二联络开关ACB5串联且二者连接于正常低压母线LB与应急母线LE之间。

于本发明一实施例中，所述转换开关包括合闸方式选择开关SA1、粗同期与精同转换开关SA2、同期手自动转换开关SA3和倒送电开关SA4，所述倒送电开关SA4为钥匙旋钮开关；所述转换开关安装在与应急低压开关柜5处在同一室内的控制箱面板上，所述PLC装置8安装在控制箱内。

于本发明一实施例中，所述PLC装置8为西门子S7-300型，包括一个标准型CPU314模块、一个西门子PS307电源模块DC24V/10A、二个输入模块SM331，共64点开入，二个输出模块SM322，共16点110V/230V 2A开出，一个CP341通信模块，且其带一个RS422/RS485(X.27)接口。

图2所示为本发明的原理图，所述第一变压器出口开关ACB1、第二变压器出口开关ACB2、母联开关ACB3、第一联络开关ACB4、第二联络开关ACB5、应急发电机6的第三出口开关ACB6的一个辅助接点、一个故障报警接点SDE作为输入信号，所述第一变压器出口开关ACB1和第二变压器出口开关ACB2的抽出位置信号(CD)作为闭锁信号，各开关柜盘面的分、合按钮作为命令信号输入到输入模块，同时，正常低压母线LB的电压信号、应急母线LE的失电信号、手自动同期信号作为控制信号也输入到输入模块。所述合闸方式选择开关SA1、同期手自动转换开关SA3和倒送电开关SA4的接点作为主令信号一并输入到输入模块，粗同期与精同转换开关SA2的接点直接接入同期装置7中，不与输入模块相连。

于本发明一实施例中，合闸方式选择开关SA1、粗同期与精同转换开关SA2和同期手自动转换开关SA3的各接点分别如表1、表2和表3所示。

表1合闸方式选择开关SA1接点表

控制箱操作面板上刻字：手动、停止和自动，所述合闸方式选择开关SA1的型号为LW38D-166D6995/7。

表2粗同期与精同转换开关SA2接点表

控制箱操作面板上刻字：停止、检测，所述合闸方式选择开关SA1的型号为：LW38D-164N5391/2。

表3同期手自动转换开关SA3接点表

控制箱操作面板上刻字：手动合闸、同步自动合闸，同步手动合闸、自动合闸，所述同期手自动转换开关SA3的型号为：LW38D-166D147/3。

于本发明一实施例中，所述应急发电机6的启动控制由PLC装置8控制的中间继电器T2F1的开点控制；逻辑控制过程中，有关时间的控制通过CPU314编程实现。

于本发明一实施例中，该低压电力系统控制装置可用于海洋石油普通井口平台，PLC装置8控制海洋石油中心平台的低压电力系统的各种工况的具体过程如下：

黑起动工况：PLC装置8控制中间继电器T2F1开点，应急发电机6起动建压，PLC装置8控制第三出口开关ACB6合闸，使得应急低压母线LE带电，给平台应急负荷供电，满足基本的生产生活需要，主电源电源工作后，分别给第一变压器2和第二变压器3供电，第一变压器出口开关ACB1和第二变压器出口开关ACB2闭合，正常低压母线LA与正常低压母线LB带电，给工艺生产负荷供电，调节应急发电机6电压及频率在第二联络开关ACB5处实现主电源与应急电源并网，PLC装置8控制第二联络开关ACB5合上1秒钟后，第三出口开关ACB6分闸，将应急低压母线LE负荷转移到正常低压母线LB上，完成井口平台黑起动。

应急工况：主电源故障时，整个电力系统失电，PLC装置8控制第二联络开关ACB5自动分闸后，45秒内自起动应急发电机6，应急发电机6起动正常后，第三出口开关ACB6合闸，使得应急低压母线LE带电，给应急负荷供电。

倒电操作工况：主电源正常时，应急低压母线LE由正常电源供电，为了定期检查应急发电机6性能，起动应急发电机6，在第三出口开关ACB6实现正常电源与应急发电机6电源并网操作，PLC装置8控制第三出口开关ACB6合上1秒钟后，自动跳开第二联络开关ACB5，将应急低压母线LE上的负荷转移到应急发电机6上。

倒送电工况：在平台海上安装期间及平台主电源检修期间，中心平台主发电机退出运行，PLC装置8控制第一变压器出口开关ACB1和第二变压器出口开关ACB2分闸，并将抽屉退出，打开钥匙开关SA4，启动应急发电机6，第三出口开关ACB6、第二联络开关ACB5、第一联络开关ACB4、母联开关ACB3合闸，应急电源由应急低压母线LE到正常低压母线LB到正常低压母线LA，实现应急电源倒送到主电源母线上，为部分检修负荷供电。

图3为本发明低压电力系统控制装置的程控梯形图，所述各开关的常开、常闭接点以及各种输入输出信号的逻辑关系如图3所示。

图4所示为本发明相关的同期回路原理图，交流电压回路及同期装置7均安装于应急配电室内的配电盘中，属于系统配置，本装置只需由相关装置引入对应的无源接点。

表4是调压开关1SA的接点表，表5是调频开关2SA接点表。图5是合闸方式选择开关SA1与应急发电机6的手动调压开关、调频开关的接点图。

表4调压开关1SA接点表

控制箱操作面板上刻字：电压增加、停止和电压减少，所述调压开关1SA的型号为：LW38D-164B0011/1。

表5调频开关2SA接点表

控制箱操作面板上刻字：频率增加、停止和频率减少，所述调频开关2SA的型号为：LW38D-164B0011/1。

综上所述，本发明的低压电力系统控制装置，具有以下有益效果：本发明利用成熟的PLC技术完成复杂的逻辑控制，有关时间的控制由通过CPU314编程实现，用PLC装置8的输出模块直接控制相应的开关设备,从而实现对普通的海洋石油井口平台的低压电气系统的安全有序控制；交流电压回路及同期装置7均安装于应急配电室内的配电盘中，属于系统配置，本装置只需由相关装置引入对应的无源接点，除去各开关间的连锁接线，使各开关的二次接线简单明了；安装调试工作量减少，降低人力成本，检修、维护变得更加简单。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (9)

1.一种低压电力系统控制装置，包括中压开关柜、第一变压器、第二变压器、正常低压开关柜、应急低压开关柜和应急发电机，其特征在于，还包括一套同期装置、一个PLC装置和转换开关；所述第一变压器和所述第二变压器的输入端均电连接所述中压开关柜的输出端，所述第一变压器和所述第二变压器的输出端均电连接所述正常低压开关柜的输入端；所述应急发电机输出端连接所述应急低压开关柜，所述应急低压开关柜与所述正常低压开关柜电气连接；所述转换开关用于控制所述同期装置和所述PLC装置；所述同期装置接收所述应急发电机端电压信号和正常低压母线的电压信号，所述同期装置的命令信号和所述转换开关发出的控制主令信号均发送至所述PLC装置，所述PLC装置向所述正常低压开关柜和所述应急低压开关柜的各开关的分/合闸回路输出控制信号；

所述转换开关包括合闸方式选择开关、粗同期与精同转换开关、同期手自动转换开关和倒送电开关；所述合闸方式选择开关、所述同期手自动转换开关和所述倒送电开关的接点作为主令信号一并输入到所述PLC装置的输入模块中，所述粗同期与精同转换开关的接点直接接入所述同期装置中；

所述正常低压开关柜内设有第一变压器出口开关、第二变压器出口开关、正常低压母线LA、正常低压母线LB，所述正常低压母线LA通过第一变压器出口开关与第一变压器连接，所述正常低压母线LB通过第二变压器出口开关与第二变压器连接；

所述应急低压开关柜内设有应急低压母线LE、第三出口开关和第二联络开关，所述应急低压母线LE通过第三出口开关与应急发电机连接；

应急发电机起动建压，PLC装置控制第三出口开关合闸，使得应急低压母线LE带电，给平台应急负荷供电；主电源电源工作后，分别给第一变压器和第二变压器供电，第一变压器出口开关和第二变压器出口开关闭合，正常低压母线LA与正常低压母线LB带电，给工艺生产负荷供电，调节应急发电机电压及频率在第二联络开关处实现主电源与应急电源并网，PLC装置控制第二联络开关合上1秒钟后，第三出口开关分闸，将应急低压母线LE负荷转移到正常低压母线LB上，完成井口平台黑起动。

2.根据权利要求1所述的低压电力系统控制装置，其特征在于，所述正常低压开关柜内还设有母联开关和第一联络开关；所述第一变压器出口开关和所述第二变压器出口开关分别与所述第一变压器和所述第二变压器的输出端连接；所述第一变压器出口开关连接所述正常低压母线LA，所述第二变压器出口开关连接所述正常低压母线LB，所述正常低压母线LA与所述正常低压母线LB之间串联有所述母联开关。

3.根据权利要求2所述的低压电力系统控制装置，其特征在于，所述应急发电机输出端连接所述第三出口开关，所述第三出口开关连接所述应急低压母线LE，所述第一联络开关和所述第二联络开关串联且二者连接于所述正常低压母线LB与所述应急低压母线LE之间。

4.根据权利要求3所述的低压电力系统控制装置，其特征在于，所述PLC装置接收所述第一变压器出口开关、所述第二变压器出口开关、所述第三出口开关、所述母联开关、所述第一联络开关和所述第二联络开关的开关状态信号、故障信号、合/分闸命令信号；所述PLC装置接收所述正常低压母线LB的电压状态信号和所述应急发电机端电压状态信号；所述PLC装置接收所述应急发电机的起/停命令信号和所述转换开关发出的控制主令信号以及所述同期装置的命令信号；所述PLC装置通过逻辑编程自动向所述第一变压器出口开关、所述第二变压器出口开关、所述第三出口开关、所述母联开关、所述第一联络开关和所述第二联络开关的分/合闸回路输出控制信号。

5.根据权利要求1所述的低压电力系统控制装置，其特征在于，所述PLC装置为西门子S7-300型，包括一个标准型CPU314模块、一个西门子PS307电源模块DC24V/10A、二个输入模块SM331，共64点开入，二个输出模块SM322，共16点110V/230V 2A开出，一个CP341 通信模块，且其带一个RS422/RS485(X.27)接口。

6.根据权利要求1所述的低压电力系统控制装置，其特征在于，所述倒送电开关为钥匙旋钮开关。

7.根据权利要求1所述的低压电力系统控制装置，其特征在于，所述转换开关安装在与所述应急低压开关柜同一配电室内的控制箱面板上，所述PLC装置安装在所述控制箱内。

8.根据权利要求1所述的低压电力系统控制装置，其特征在于，所述应急发电机的启动由中间继电器的开点控制。

9.根据权利要求8所述的低压电力系统控制装置，其特征在于，所述中间继电器由PLC装置控制。