變配電所綜合自動化監控系統設計

摘要：為保障變配電所的供電可靠性，提升其自動化及信息化水平，設計了一種基于PLC的變配電所綜合自動化監控系統。以10kV變配電所作為研究對象，通過PLC控制技術及組態王軟件對變配電所的變壓器運行狀態進行實時數據采集、實時監控，并通過監控系統的控制設備實現故障的及時發現，實時處理，保證變配電所的安全可靠運行。

關鍵詞：變配電所   PLC   監控系統

Abstract: With the continuous development of national economy and science technology, the expansion of the scale of power supply and demand, the requirements of users for the safety, informatization and intelligence of power system are increasingly urgent. In order to ensure the power supply reliability of substation and improve its automation and information level, a comprehensive automatic monitoring system of substation based on PLC is designed. In this paper, 10kV substation is taken as the research object, and the transformer operation state of substation is collected and monitored in real time by PLC control technology and King view software. The timely fault detection and real-time processing are realized through the control equipment of the monitoring system to ensure the safe and reliable operation of substation.

Key words: Substation   PLC   Monitoring system

【中圖分類號】U223.5【文獻標識碼】B  文章編號1606-5123（2019）11-0079-04 

 
1 引言
隨著國民經濟的快速發展，人們的各種社會生活與工業生產對電力的需求與依賴愈發嚴重，對供配電系統安全、可靠性提出了更高的要求。積極升級改造電網結構，提升電力系統自動化、智能化的可靠性與有效性等問題越發緊迫，而傳統的繼電器機械點控制技術問題較多，已不能滿足當前需要。近幾十年來，隨著計算機技術、網絡通訊技術，尤其是綜合自動化監控系統和微機保護裝置的飛速發展，為變配電綜合自動化監控系統的研究提供了廣闊的空間。本文采用計算機技術、網絡技術并結合PLC控制技術及合理組態的變配電所綜合自動化監控系統，可對配電所內的設備進行有效的監測和控制，具有可靠性高，安全性強等特點，可有效節約資源并顯著提高工作效率，在我國當前的供配電系統中快速發展，應用前景廣闊。

國外該項研究起步較早，日本于1985年左右，將采用計算機系統與供配電設備相結合的供配電自動化系統投入城市應用中；韓國在1994年建立了變配電所自動化監控系統實驗室，完成供配電自動化應用嘗試。我國供配電自動化研究起步較晚，總體上落后，主要表現在供配電網結構薄弱、變電所供配電可靠性較低、自動化程度較低等。近十幾年來發展較快，其中孫麗[1]實現了對供配電系統中的變配電環節、主要計算機設備的實時監控和管理；郭阿梅[2]徐晨暉[3]等人利用PLC技術，設計一套能夠完成對變電站進行自動監控的供配電監控系統；姜悅[4]基于PLC對樓宇供配電系統進行了設計，實現了樓宇供配電系統的監控與調節。

2 變配電所監控系統的總體設計
基于PLC控制技術的變配電監控系統設計，主要組成部分為PLC控制系統和變配電監控系統。由于配電變壓器是變配電所的核心部分，考慮實際設計需要，主要研究內容為變配電所主變壓器，部分線路的運行情況以及配電室的溫度進行監控設計。

其中基于PLC變配電監控系統的系統采集工作通過所安裝的數據采集程序進行包括系統模擬量、脈沖量、開關量等一系列數據采集，在系統數據庫中進行實時更新，顯示變電所現場的設備運行狀況，實時時間，并可打印報表。

即系統可通過故障檢測、電壓檢測、電流檢測、接地檢測、溫度檢測等傳感器將采集到的信號準確提供給PLC控制系統，由其進行合理的判斷，輸出。與上位機（組態王）建立通信連接后，對PLC輸出的各種控制信號進行篩選、放大后可在人機界面上進行正常運行、報警或故障狀態的實時顯示，通過控制各種保護設備動作，實現對配變設備故障報警、故障切除的合理、及時有效的處理。系統總體結構圖參見圖1所示。

圖1 系統整體結構圖

3 PLC系統設計
PLC硬件主要包括中央處理器、存儲器、基本單元、擴展單元、輸入輸出接口、以及外部電源模塊等。

系統核心控制器采用西門子PLC-S7-200，具有6種擴展單元，24個輸入點，16個輸出點，2個擴展模塊，本文選擇CPU226模塊，功能擴展模塊EM231將外部輸入的4通道模擬量(模擬電壓或電流)轉換為PLC內部處理需要的12位數字量，同時還包括了一路模擬量輸出通道，輸出電壓、電流信號用于連續的控制。外部接線設備與I\O連接進行硬件設計，參見圖2所示。

圖2 PLC-200的外部接線圖

PLC輸入與部分輸出I/O口分配表，分別參見表1、表2所示。
表1 PLC輸入I/O端子分配

表2 PLC輸出I/O端子分配

4 軟件設計
軟件設計中主要分為上位機和下位機兩部分。其中下位機為PLC現場控制程序，采用STEP7標準軟件包LAD程序編輯器進行梯形圖程序編寫。上位機為監控程序，采用西門子公司可視化組態軟件Win CC，作為人機界面的軟件系統，給基于PLC的變配電綜合自動化監控系統提供可視化的組件，顯示系統各個環節的主要信息，為操作人員提供便利。對變配電所的10kV變380V及220V，S11變壓器的電壓、電流、溫度、接地保護等運行狀況進行監控，防止由于變壓器電壓異常，溫度過高或接地故障等導致變壓器損壞，停電事故的發生。變壓器運行狀態監控控制流程圖，參見圖3所示。
5 監控系統設計
5.1 組態軟件選擇
選用西門子視窗中心Win CC作為基于PLC的變配電綜合自動化監控系統的組態軟件，可提供操作畫面、監視畫面、控制畫面等，在“人機界面管理”、“組態、編程”、“數據處理”等方面功能強大。在供配電系統運行過程出現問題時能及時報警，記錄事故的相關數據，并且自動生成報表等。
該監控系統主要包括用戶管理、變配電系統運行參數監控、配電房內溫度檢測等功能。
（1）配電系統運行參數監控功能：用于監控配電系統的輸出的相電壓、相電流、線電壓、線電流、輸出功率等參數進行監控，數值偏高或者數值偏低都會進行報警提示。
（2）用戶管理功能：可進行管理員登錄、密碼修改以及添加新用戶等操作，實現所有用戶信息的統一便捷管理。
（3）配電房內溫度的檢測功能：通過傳感器檢測各項電力設備的運行溫度及配電房的整體溫度，并將檢測的信號送到PLC中進行處理，并傳送到上位機顯示，當檢測到的溫度值不能保證設備進行正常運轉時，發出報警提示，操作人員可控制風機進行降溫。
5.2 監控系統運行結果
變配電所正常運行時的監控主界面參見圖4所示。
S11變壓器低壓側的電壓高于或者低于設定值時，顯示變壓器低壓端故障，電壓報警燈閃爍，當變壓器接地故障時，接地故障報警燈閃爍。參見圖5所示。
配電室的溫度較高，超出設備正常運轉的環境溫度時，顯示報警提示，操作人員可通過控制風機運轉進行配電室降溫，參見圖6所示。
變配電室出現避雷故障，發出故障報警，監控畫面參見圖7所示。
6 結束語
 結合PLC控制技術和組態軟件進行變配電所自動化監控系統可將故障檢測、電壓檢測、電流檢測、接地檢測、溫度檢測等采集的數據進行實時顯示，人機界面友好，實時掌握變配電所現場的設備的運行狀況，并通過PLC控制各種保護設備，實現故障的及時報警，合理、快速處理，保障變配電所的安全可靠運行。
隨著科技的發展，變配電所監控系統將向著更加自動化、精密化、智能化發展，部分無人值守110kV變電站已經實現，變配電所綜合自動化監控系統也將獲得更大的發展空間與廣闊的應用前景。
參考文獻
[1] 孫麗.中心機房供配電監控系統設計與實現[J].天津冶金,2017(06):32-35.
[2] 郭阿梅.基于PLC的供配電監控系統設計探討[J].智能城市,2017,3(11):46-48.
[3] 徐晨暉. 基于PLC的供配電監控系統的研究[D].華東師范大學,2009.45.
[4] 姜悅. 基于PLC的樓宇供配電系統研究[D].吉林建筑大學,2017.11.