基于PLC的智能电力保护系统设计

GXF360 2017-05-20

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基于PLC的智能电力保护系统设计

刘彬

（辽宁石化职业技术学院，辽宁锦州 121000）

摘要：科技的进步和经济的发展为电厂设备的更新和电力保护系统的改造提供了必要的支持，可靠性是对电厂设备的首要要求，通过科学合理的管理体制和控制技术的应用可以实现电力保护系统的自动化，当设备出现故障或系统运行异常时可以通过联锁保护装置实现机组的启动和停止，充分发挥电力保护系统的效用，避免电力安全事故的出现。

关键词：PLC技术；电力保护系统；应用

1 PLC应用户电力保护系统中的优势

1.1 PLC概述

可编程控制器（Programmable Logic Controller，PLC）已经成为现代控制系统构建的重要支撑技术，如图1所示为PLC系统结构图。在电力系统改造中，PLC可以发挥电力系统的逻辑控制作用，相较于传统的继电器控制,可编程控制器的梯形编程难度较低，对电力系统控制人员的专业素质要求相对较低，可以实现在线的控制修改，电力保护系统的控制流程得到了有效的简化，保护装置的启动速度大大提高，减少了事故损失。除了复杂的逻辑控制之外PLC还具有远程通信、互联网信息交换、上位机监控以及模拟量控制等功能，PLC内部完善的指令接受系统和信息存储处理模块使得它可以实现数据运算和逻辑判断。

图1 PLC系统结构图

1.2 PLC应用于电力保护系统中的优势

PLC技术不断发展，性能和速度大大提高，逐渐可以与DCS相媲美。编程软件的多样性和设计的开放性也取得了显著的提升，网络通信能力以及安全性也明显增强。PLC与DCS的差异呈现日渐缩小的趋势，通过大量高级通用语言和符号逻辑流程图编程的应用，PLC的控制技术更加先进，功能更为完善。同时PLC支持以太网的应用，这是PLC智能应用于电力保护系统中的优势主要体现。改造后的电力保护系统跟之前相比各项性能都有所提升，以PLC作为主要控制技术的电力保护系统的优势主要有四点表现。一是对传统的供电模式进行了创新，采用双电源供电，当一项电源出现问题第二电源可以继续为系统供电，系统运行的稳定性大大提高；二是监控体系的创新，通过上位机监控实现了系统运行监控、故障报警、记录查询以及报表打印的一体化，工作人员的劳动强度大大降低；三是系统结构的简化，可编程控制器为基础的电力保护系统的可靠性显著提升，而且维修组建的插接安装较为简便，系统结构以及工作流程都得到了简化；四是编程模式的改革，可编程控制器采用梯形图作为动态编程的主要方式，与传统的逻辑控制模式相比，梯形图的监视修改都更为容易，从而为电厂工作的顺利进行创造了便利。

2 基于PLC的智能电力保护系统设计

2.1 PLC 的智能电力保护系统硬件设计

可编程控制器在智能电力保护系统的改造中发挥了重要的作用，改造后的系统工作沟通需要通过上位计算机和PLC控制器之间的通信电缆来实现，系统结构更为简单，沟通路径较短因而操作的及时性和运行的稳定性都得到了有效的保证。PLC参与的智能电力保护系统的工作核心是PLC控制器，如图2所示，上位计算机将启动、停止等指令通过通信电缆传送至控制器，控制器根据信号的要求进行梯形图逻辑回路的编制。其中上位计算机和PLC控制器双方的信号具有规律的对应关系，脚号是计算机和控制器信号转换必须遵循的准则。当运行需要智能电力保护保护系统执行RD控制操作的时候就需要在上位计算机中输入SD信号，这时经过编码处理SD信号会转化为“3”脚号，PLC控制器接收到的就是该脚号，之后会采取与“3”相对应的RD操作。PLC控制器与尚未计算机之间采用串行通信格式来进行信号的传递，通信速率为9600 bit/s，具有奇偶校验位、停止位和数据位。

图2 PLC控制器

2.2 PLC 的智能电力保护系统软件设计

2.2.1 电力系统设计过程

首先，根据实际需求，选择合适的单行图，确保模拟任务得到有效的执行；其次，电力系统的设计知识分为身体组成的子组件、知识分布和知识处理。电力系统的构成主要由两部分，即子系统反过来或者本身的组件构成。一个复杂的系统可以通过设计一组越来越复杂的子系统进行设计。大多数电力系统设计任务都是对一系列步骤的完善，而不是按照步骤依次进行的过程。因此，现在很多的控制系统都是从研发新型装置入手，开发出新的生产模式或者完善的系统设计。

2.2.2 开关量逻辑软件的设计

开关量逻辑控制是PLC技术的基础功能之一，当电力保护系统出现异常现象或者是运行故障时，PLC可以辅助机电控制系统，对原有控制系统的逻辑功能进行复制，模拟出相应的程序代替其正常进行工作，避免控制器的故障阻碍生产的顺利进行，可编程逻辑控制可以对继电器的控制程序和逻辑功能进行模式实现对电厂设备的控制，程序模拟也是PLC技术的突出优势。PLC可以代替传统的电磁继电器，简化了电磁元件之间的接线，降低了检修和维护的难度。PLC根据实际的工作状态以分闸操作显示指示信号，开关数量得以减少，电路控制的复杂性随之降低，电力保护的自动化能力显著提高。

2.2.3 运行软件的设计

PLC 的智能电力保护系统可以通过控制设备运行软件的方式来实现对设备的控制，进而有效提高设备的运行效率。生产设备在接受到PLC 的智能电力保护系统的指令后会做指定的动作和状态，控制的效率显著提升，与此同时控制功能的实现方式更加多样化，与生产系统的联系也更为紧密。

3 PLC 在电力系统设计中的应用

PLC 在智能电力保护系统的设计时，通过不断改变工业流程中的顺序控制、开关量等来达到智能化控制的手段。 PLC 技术的出现，正好解决了对系统完善控制和提升的问题，利用 PLC 能够有完善的逻辑处理能力控制整个系统， PLC 应该应用在系统中开关简单、顺序明显的系统流程中。对于电力企业来说，随着科技的快速发展，对电力设备的使用和维修提出了更高要求，因此，为了在最大限度上确保电力设备在使用和维护过程中的自动化和智能化，很多电力企业开始加大对智能电力保护系统的应用，并且通过对该系统进行设计，达到操作自动化、智能化，同时还能够为客户提供更多更优质服务。所以说，智能电力保护系统必须包括以下两方面内容：一是具有详细、健全、科学的电力系统发展规划；二是具有跟一代子系统相互连接、传输和分销网络等性能。因此，对于电力企业来说，在设计智能电力系统初始阶段，就必须确保该系统可以被广泛应用到电力企业中去，同时还确保该系统具有较强的智能化和自动化。另外在实际设计过程中，除了确保系统的自动化、智能化提高工作效率之外，还要确保能够在最大程度上降低电力企业成本，提高电力企业经济效益。另外PLC 技术在电力控制系统设计中，可以自动化、智能化的控制开关量相关配置，并对系统进行合理的安排和规划，对预设的系统问题进行合理的设计，通过逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术操作等对系统中预测问题和步骤过程发布指令进行合理的控制，从而使电力系统实现智能化、自动化和安全性高等特性。