CN206790126U - 一种发电厂低压环形厂用电及自投控制系统 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种发电厂低压环形厂用电及自投控制系统，包括：PLC可编程控制器、1Q开关、2Q开关、3Q开关、4Q开关、5Q开关、6Q开关、厂用电I段、II段母线、坝腔母线、柴油发电机、1Q分合闸电路、2Q分合闸电路、3Q分合闸电路、4Q分合闸电路、5Q分合闸电路、6Q分合闸电路；其中，PLC可编程控制器分别与各开关、厂用电I段、II段母线、坝腔母线相连，接收各开关位置信号、各开关保护或故障动作信号、各母线电压信号以及各开关闭锁信号。运用PLC可编程控制器实现厂用电自动切换系统6个开关的逻辑控制，采用软、硬件上防止自动切换误投的闭锁具有及高的可靠性，实现了目前的环形厂用电供电自投控制。

Description

一种发电厂低压环形厂用电及自投控制系统
技术领域
本实用新型涉及厂用电自动控制技术领域，具体涉及一种发电厂低压环形厂用电及自投控制系统。
背景技术
某电站装设4台混流式水轮发电机组，总装机容量325MW，在系统中担负调峰、调频及事故备用功能。
正常运行时，现有技术中主接线见图1，厂用电的运行方式：1Q、2Q开关合闸、3Q开关分闸(两两闭锁，只允许其中两个开关合闸，从而实现暗备用)，分别向各自的负载供电，4Q、5Q开关采用双电源自动切换工作方式，正常向坝腔内设备供电时4Q开关合闸5Q开关分闸，厂用电I段停电或检修时，5Q开关合闸自动切换到厂用电II段供电，自投控制系统采用了常规的继电器控制方式，坝顶柴油发电机与坝顶动力盘相连，但不具备向厂用电I、II段母线供电的能力(因操作回路、闭锁逻辑不具备条件)。
当电网事故与厂电解裂时，如机组又处于备用状态，就会全厂失压，机组黑启动则完全依赖直流系统和油压系统现有油压，当直流系统或油压系统出现异常时，将导致机组无法黑启动，顺利黑启动的可靠性低。坝顶柴油发电机不具备向厂用电I、II段母线供电的能力。恢复厂用电效率低。当电网出现故障时，厂用电全停，T1\T2高压侧开关跳闸。厂用电无法恢复，设备停止工作，只能等待厂用电一段修复完成后才能恢复供电。目前自投控制系统采用了常规的继电器控制方式，可靠性，稳定性，扩充性，智能化程度低，无法适应如今自动化要求。
因此为保证机组调速器系统、励磁系统的可靠工作，机组顺利黑启动，此时尽快恢复厂用电是关键，为实现可靠启动及防洪需求，必须对一次系统主接线进行改进。
实用新型内容
本实用新型的目的是为了解决现有技术中的上述缺陷，提供一种发电厂低压环形厂用电及自投控制系统。
本实用新型的目的可以通过采取如下技术方案达到：
一种发电厂低压环形厂用电及自投控制系统，所述系统包括：PLC可编程控制器、1Q开关、2Q开关、3Q开关、4Q开关、5Q开关、6Q开关、厂用电I段母线、厂用电II段母线、坝腔母线、柴油发电机、1Q分合闸电路、2Q分合闸电路、3Q分合闸电路、4Q分合闸电路、5Q分合闸电路、6Q分合闸电路；
其中，所述PLC可编程控制器分别与所述1Q开关、所述2Q开关、所述3Q开关、所述4Q开关、所述5Q开关、所述6Q开关、所述厂用电I段母线、所述厂用电II段母线、所述坝腔母线相连，接收各开关位置信号、各开关保护或故障动作信号、各母线电压信号以及各开关闭锁信号；
所述PLC可编程控制器还分别与所述1Q分合闸电路、所述2Q分合闸电路、所述3Q分合闸电路、所述4Q分合闸电路、所述5Q分合闸电路、所述6Q分合闸电路相连，通过控制各分合闸电路实现各开关的通断；
所述1Q分合闸电路、所述2Q分合闸电路、所述3Q分合闸电路、所述4Q分合闸电路、所述5Q分合闸电路、所述6Q分合闸电路分别与所述1Q开关、所述2Q开关、所述3Q开关、所述4Q开关、所述5Q开关、所述6Q开关相连；
所述柴油发电机通过所述6Q开关与所述坝腔母线相连；所述厂用电I段母线与所述厂用电II段母线通过所述3Q开关相连，所述厂用电I段母线与所述坝腔母线通过所述4Q开关相连，所述厂用电II段母线与所述坝腔母线通过所述5Q开关相连，
所述厂用电I段母线通过所述1Q开关与变压器T1相连，所述厂用电II段母线通过所述2Q开关与变压器T2相连。
进一步地，所述PLC可编程控制器通过继电器组分别与所述1Q分合闸电路、所述2Q分合闸电路、所述3Q分合闸电路、所述4Q分合闸电路、所述5Q分合闸电路、所述6Q分合闸电路相连；所述继电器组中的中间继电器采用欧姆龙小型继电器。
进一步地，所述PLC可编程控制器采用220V直流电源供电。
进一步地，所述1Q开关、所述2Q开关、所述3Q开关、所述4Q开关、所述5Q开关和所述6Q开关均选用施耐德MT16H1-1600型低压断路器，开关本体带有Micrologic三段式保护控制单元。
进一步地，所述1Q开关、所述2Q开关和所述3Q开关只同时允许其中两个开关合闸。
进一步地，所述PLC可编程控制器选用三菱公司的可编程控制器FX2N-60MR。
进一步地，所述1Q分合闸电路、所述2Q分合闸电路、所述3Q分合闸电路、所述4Q分合闸电路、所述5Q分合闸电路、所述6Q分合闸电路支持手动/自动控制。
本实用新型相对于现有技术具有如下的优点及效果：
1、本实用新型公开的系统运行方式灵活、可靠，自投控制部分利用了PLC可编程控制器功能强、技术先进、可靠性高和结构简洁的优点，对厂用电自动控制的编程控制，实现了厂用要求的运行方式，使其简化控制回路，提高整体可靠性和自动化水平，适应各种不同运行方式的需要。
2、本实用新型公开的系统运用PLC可编程控制器实现厂用电自动切换系统6个开关的逻辑控制，采用软、硬件上防止自动切换误投的闭锁具有及高的可靠性，实现了目前的环形厂用电供电自投控制。
附图说明
图1是现有技术中某厂电接线图；
图2是改造后某厂电接线图；
图3是本实用新型公开的一种发电厂低压环形厂用电及自投控制系统的组成框图；
图4是系统中PLC可编程控制器的主控制流程；
图5是系统中各开关自投控制的子流程。
具体实施方式
为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
实施例
针对现有技术中某厂电接线图的问题，以及考虑水电厂黑启动的要求，综合考虑厂用电系统的1Q、2Q、3Q、4Q、5Q、6Q开关的控制回路，使之统一协调工作，改造后，主接线见图2，正常运行时，厂用电的运行方式：1Q、2Q开关合闸、3Q开关分闸(两两闭锁，只允许其中两个开关合闸)，4Q开关合闸5Q开关分闸(或5Q合闸4Q分闸)，6Q开关分闸，柴油发电机备用。
故障时(厂用电全停T1\T2高压侧开关跳闸)：1Q、2Q开关自动跳闸(失压跳闸)，4Q、5Q开关自动分闸，5S后柴油发电机启动自动合6Q，坝腔母线带电，自动合4Q，延时3S自动合3Q开关，柴油发电机带全厂厂用电。当厂用电T1高压侧开关合闸后，要恢复I段厂用电由T1供电时，自动分6Q，停柴油发电机，6Q分后3Q因失压跳闸，此时1Q开关自动合，延时3S自动合3Q，厂用电单段供电带全厂，当厂用电II段恢复时同上。
实现全自动控制，制定了以下的运行方式要求：
(1)正常运行方式：厂用电1Q、2Q开关合闸、3Q开关分闸(两两闭锁，只允许其中两个开关合闸)，4Q开关合闸5Q开关分闸(或5Q开关合闸4Q开关分闸)，6Q开关分闸，柴油发电机备用。
(2)厂用电全停变压器T1、T2高压侧开关跳闸：1Q、2Q开关自动跳闸(失压跳闸)，4Q、5Q开关自动分闸，5S后柴油发电机启动自动合6Q开关，自动合4Q(或5Q)开关，延时3S自动合3Q开关，柴油机带全厂厂用电(此时6Q开关闭锁1Q、2Q开关，当厂用电I段恢复时，自动分6Q开关，6Q开关分后3Q开关失压跳闸，1Q开关自动合，延时3S自动合3Q开关，厂用电单段供电带全厂，当厂用电II段恢复时同上的过程)。
(3)厂用电I段(或II段)中断时：延时3S自动合3Q开关，由厂用电II段(或I段)供电带全厂。坝腔母线由5Q开关供电(若原由4Q开关供电，则自切5Q开关供电)。
(4)厂用电I、II段恢复正常时(T1、T2高压侧开关合上)：自动分3Q开关，合2Q开关(或1Q)，恢复厂用电分段运行。
通过大量的咨询和调查，发现目前生产自投装置均不能符合厂用电这种运行主接线和运行方式的要求，鉴于PLC用于工业控制系统具有可靠性高，稳定性好；编程简单，使用方便，普遍采用继电器控制形式的“梯形图”编程方式，极易为电气、自动控制的技术人员所接受；同时扩充方便，组合灵活。非常满足这种非标准运行方式的要求。改造与厂用电开关更换改造同时进行，厂用电开关全部更换为技术先进的施耐德MT16H1-1600型低压断路器，开关本体带有Micrologic三段式保护控制单元。
其中，PLC可选类型包括三菱、OMRON(欧姆龙)、MODICON(莫迪康)、SIEMENS(西门子)。其中，PLC选型考虑到电站的环境因素及电厂的操作电源采用直流220V的因素，最后本实施例优选三菱公司的产品，这是因为三菱公司产品除具有上述优点外，还具有维护方便及操作简单直观易掌握的特点。选型情况如下：
输入输出(I/O)点数的估算
本系统经I/O点数分析，I约30点，O点数18，模拟I点数4，考虑适当的余量，按10％的可扩展余量作为输人输出点数估算。应选数字I/O点数为输入点数33，模拟I点数5，输出点数20左右的PLC。
存储器容量的估算
存储器容量按数字量I/O点数的10倍，加上模拟I/O点数的100倍，以此数为内存的总字数(16位为一个字)，另外再按此数的25％考虑余量。存储器容量的估算值为1.5K。
运算功能的选择
能满足逻辑运算、计时和计数功能；数据移位、比较等运算功能；较复杂运算功能有代数运算、数据传送等。
根据上述情况选用三菱公司的可编程控制器FX2N-60MR作为控制核心，此PLC的I/O是36、24，存储器容量32K，为一体化小型结构，高性能、高可靠性，输入采用光电隔离，输出采用继电器，抗干扰能力强，开入、开出动作带LED指示，查找故障方便。
PLC系统的可靠性直接关系到整个厂用电自动控制系统的可靠性，本实施例采用了220V直流电源给PLC供电，这样可显著减少来自交流电源的干扰，在交流电源消失时，也能保证PLC的正常工作，中间继电器采用了欧姆龙小型继电器。同时所有控制电缆均采用屏蔽电缆，并严格按继电保护措施要求进行屏蔽层可靠接地。硬件框图如图3所示。
所述系统包括：PLC可编程控制器、1Q开关、2Q开关、3Q开关、4Q开关、5Q开关、6Q开关、厂用电I段母线、厂用电II段母线、坝腔母线、柴油发电机、1Q分合闸电路、2Q分合闸电路、3Q分合闸电路、4Q分合闸电路、5Q分合闸电路、6Q分合闸电路；
其中，所述PLC可编程控制器分别与所述1Q开关、所述2Q开关、所述3Q开关、所述4Q开关、所述5Q开关、所述6Q开关、所述厂用电I段母线、所述厂用电II段母线、所述坝腔母线相连，接收各开关位置信号、各开关保护或故障动作信号、各母线电压信号以及各开关闭锁信号；
所述PLC可编程控制器还分别与所述1Q分合闸电路、所述2Q分合闸电路、所述3Q分合闸电路、所述4Q分合闸电路、所述5Q分合闸电路、所述6Q分合闸电路相连，通过控制各分合闸电路实现各开关的通断；
所述1Q分合闸电路、所述2Q分合闸电路、所述3Q分合闸电路、所述4Q分合闸电路、所述5Q分合闸电路、所述6Q分合闸电路分别与所述1Q开关、所述2Q开关、所述3Q开关、所述4Q开关、所述5Q开关、所述6Q开关相连。
所述柴油发电机通过所述6Q开关与所述坝腔母线相连；所述厂用电I段母线与所述厂用电II段母线通过所述3Q开关相连，所述厂用电I段母线与所述坝腔母线通过所述4Q开关相连，所述厂用电II段母线与所述坝腔母线通过所述5Q开关相连，
所述厂用电I段母线通过所述1Q开关与变压器T1相连，所述厂用电II段母线通过所述2Q开关与变压器T2相连。
由于厂用电电压信号是判断母线是否失压的重要依据，不允许有误动作，采用模拟量与开关量相配合，采用信号输入PLC并通过PLC程序进行组合闭锁的方法方便的实现了失压动作判据，并根据各开关的位置信号、故障信号、条件开关信号等现场实际进行设计。
根据上述的运行方式以及现场长期运行经验制定了厂用电自动切换控制系统的控制逻辑框图，在进行PLC编程时采取了防止自动切换误投的闭锁措施，外部信号故障判断，采用厂用电进线电压与母线电压信号及开关位置综合进行失压判断在国内比较少见，通过简化、优化厂用电自动控制逻辑。
自投控制程序包括，控制主流程及各开关控制子流程，部分自投控制程序框图如图4和图5所示，其中，
1Q(2Q)自投条件为：①厂用变压器T1(T2)高压开关合闸；②1Q(2Q)开关进线侧电压正常；③控制条件开关在自动位置；④1Q(2Q)开关无故障。
3Q自投条件为：①1Q或2Q开关在分闸位置；②控制条件开关在自动位置；③厂用I或II段母线失压；④3Q开关无故障。⑤厂用I段母线失压。
4Q(5Q)自投条件为：①厂用I或II段母线失压；②控制条件开关在自动位置；③开关无故障。
6Q自投条件为：①1Q与2Q开关在分闸位置；②控制条件开关在自动位置；③柴油发电机电压正常。
控制流程设计充分利用各输入信号条件，防止输入信号出错而造成损失，对关键的信号检测不使用继电器重动，而直接采用开关的机械辅助接点，并采用逻辑组合判断信号的有效性，并进行防抖动处理，保证自投控制不受某一信号误动而误启动流程。
厂用电自动切换控制系统可在需要由计算机监控系统进行控制操作时，将控制权交给计算机监控系统控制进行远方分合需要控制的开关以改变所须的运行方式。厂用电系统的各种状态及电流电压信号在计算机监控系统均可方便查询，故障时，PLC自动输出信号告警。
上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种发电厂低压环形厂用电及自投控制系统，其特征在于，所述系统包括：PLC可编程控制器、1Q开关、2Q开关、3Q开关、4Q开关、5Q开关、6Q开关、厂用电I段母线、厂用电II段母线、坝腔母线、柴油发电机、1Q分合闸电路、2Q分合闸电路、3Q分合闸电路、4Q分合闸电路、5Q分合闸电路、6Q分合闸电路；
其中，所述PLC可编程控制器分别与所述1Q开关、所述2Q开关、所述3Q开关、所述4Q开关、所述5Q开关、所述6Q开关、所述厂用电I段母线、所述厂用电II段母线、所述坝腔母线相连，接收各开关位置信号、各开关保护或故障动作信号、各母线电压信号以及各开关闭锁信号；
所述PLC可编程控制器还分别与所述1Q分合闸电路、所述2Q分合闸电路、所述3Q分合闸电路、所述4Q分合闸电路、所述5Q分合闸电路、所述6Q分合闸电路相连，通过控制各分合闸电路实现各开关的通断；
所述1Q分合闸电路、所述2Q分合闸电路、所述3Q分合闸电路、所述4Q分合闸电路、所述5Q分合闸电路、所述6Q分合闸电路分别与所述1Q开关、所述2Q开关、所述3Q开关、所述4Q开关、所述5Q开关、所述6Q开关相连；
所述柴油发电机通过所述6Q开关与所述坝腔母线相连；所述厂用电I段母线与所述厂用电II段母线通过所述3Q开关相连，所述厂用电I段母线与所述坝腔母线通过所述4Q开关相连，所述厂用电II段母线与所述坝腔母线通过所述5Q开关相连，
所述厂用电I段母线通过所述1Q开关与变压器T1相连，所述厂用电II段母线通过所述2Q开关与变压器T2相连。
2.根据权利要求1所述的一种发电厂低压环形厂用电及自投控制系统，其特征在于，所述PLC可编程控制器通过继电器组分别与所述1Q分合闸电路、所述2Q分合闸电路、所述3Q分合闸电路、所述4Q分合闸电路、所述5Q分合闸电路、所述6Q分合闸电路相连；所述继电器组中的中间继电器采用欧姆龙小型继电器。
3.根据权利要求1所述的一种发电厂低压环形厂用电及自投控制系统，其特征在于，所述PLC可编程控制器采用220V直流电源供电。
4.根据权利要求1所述的一种发电厂低压环形厂用电及自投控制系统，其特征在于，所述1Q开关、所述2Q开关、所述3Q开关、所述4Q开关、所述5Q开关和所述6Q开关均选用施耐德MT16H1-1600型低压断路器，开关本体带有Micrologic三段式保护控制单元。
5.根据权利要求1所述的一种发电厂低压环形厂用电及自投控制系统，其特征在于，所述1Q开关、所述2Q开关和所述3Q开关只同时允许其中两个开关合闸。
6.根据权利要求1所述的一种发电厂低压环形厂用电及自投控制系统，其特征在于，所述PLC可编程控制器选用三菱公司的可编程控制器FX2N-60MR。
7.根据权利要求1所述的一种发电厂低压环形厂用电及自投控制系统，其特征在于，所述1Q分合闸电路、所述2Q分合闸电路、所述3Q分合闸电路、所述4Q分合闸电路、所述5Q分合闸电路、所述6Q分合闸电路支持手动/自动控制。
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