HOLLIAS LM PLC在智能化礦用隔爆型真空饋電開關中的應用

HOLLIAS LM PLC在智能化礦用隔爆型真空饋電開關中的應用
1引言
礦用隔爆型真空饋電開關（以下簡稱饋電開關），適用于煤礦井下和其它周圍介質中含有爆炸性氣體的環境中，在中性點不接地的三相電網中，作為配電總開關或分支開關之用。本文介紹開關采用智能型保護器，性能可靠，動作準確，具有欠壓、過載、短路、漏電閉鎖、選擇性漏電保護功能，并可外接遠方分勵脫扣按鈕。
目前國內饋電開關產品一般是由分立元器件或單片機組成的控制核心，結構復雜，安裝調試困難；抗干擾能力差，故障率高，元件的分散性對保護的可靠性和穩定性影響很大；顯示采用普通數碼管或指示燈，不直觀。國外同類產品也普遍采用PLC系統組成，工藝水平較國內高。但是，一旦出現故障，維修跟不上，影響生產。另外，國外產品價格極高，是國內同類產品的十倍以上。
針對這種情況，某電器有限公司開發了一種新型智能礦用隔爆型高壓真空電子饋電開關。該裝置核心采用技術先進的工業可編程控制器PLC 和人機界面（文本顯示器及設置鍵盤），構成的智能型綜合保護控制器，使配電裝置既可靠又安全。
2饋電開關結構及保護原理
饋電開關的隔爆外殼呈長方形，用4只M12的螺栓與撬形底座相連，隔爆外殼上、下兩個空腔，分別為接線腔與主腔。接線腔在主腔的上方，它集中了全部主回路與控制回路的進出線端子。主回路電源進線端子上罩有防護板。接線腔兩側各有兩個主回路進出線喇叭口，可引入電纜外徑為68～78的電纜。主腔由主腔殼體與前門容組成，主要裝有主體芯架和千伏級電源控制開關，前門采用快開門結構。
交流真空斷路器安裝在主體芯架左側上方，三根進線直接接在斷路器的進線端子上，三根出線則接在芯架反面的出線端子上。千伏級電源控制開關安裝在主腔右側壁上方，由連接套與主腔外的操作手把相連。過電壓吸收裝置安裝在斷路器的下方，控制變壓器、電流互感器、零序互感器安裝在主體芯架的反面，芯架正面還裝有中間繼電器、熔斷器、電抗器、變壓器，及兩個插接件用以連接前門、接線腔七芯接線端子過來的插頭和插座。
前門上裝有觀察窗、按鈕、試驗按鈕、保護器整定按鈕、保護器、保護器電源、PLC及顯示屏等。 前門與外殼之間有可靠的機械聯鎖，當需要打開饋電開關前門時，首先須將右側壁上的電源控制開關的手把打至斷開位置（中間位置），斷開控制電源，斷路器因控制電路失電而自動分閘，然后擰進閉鎖桿，使其里端進入電源開關手把的閉鎖孔內，將電源開關閉鎖與斷開位置，其外端才能脫離前門上的限位塊解除前門閉鎖，此時方能打開前門，前門閉合的方法與打開的程序相反，從而實現了饋電開關前門閉鎖后才能進行合閘操作。
系統原理框圖。該配電開關的線路保護功能需在高壓互感器上采集三相電流、零序電流、一個線電壓、零序電壓、絕緣以及相敏共八路信號。這八路信號通過低壓互感器，然后經過整流和濾波變成直流的標準信號， 后進入PLC 以控制斷路器的分閘輸出。
PLC 對進入的電壓信號進行計算，電壓計算結果大于1.2 倍額定電壓，顯示過壓，過壓保護5s 內動作；電壓計算結果小于0.8 倍額定電壓，顯示欠壓，欠壓保護5s 內動作；三相不平衡度計算結果大于0.7，顯示斷相，10～20s 內保護動作。電流計算結果中任何一相在6～10 倍額定電流范圍內，顯示短路，短路保護0.08s 內動作；電流計算結果中任何一相在1.2～6 倍額定電流范圍內時，顯示過載，過載保護按反時限特性動作。若線路發生漏電故障，根據相敏及電壓信號漏電保護動作，切斷線路。 3控制系統
PLC使用和利時公司LM系列可編程控制器，LM系列PLC是和利時公司生產的小型一體化PLC。本應用中CPU模塊選擇本體上集成14 點輸入/10點繼電器輸出的LM3107模塊，模擬量輸入選擇和利時公司特有的電量采集模塊LM3315模塊，它為12 位精度，完成電壓和電流采集的同時，完成功率計算。本模塊能夠滿足井下比較惡劣環境，能夠滿足中性點不接地的供配電系統供電保護要求。系統中顯示部件選用了和利時公司四行藍色文本屏，通過串口以Modbus RTU協議與PLC通訊，實時顯示采集值。控制系統配置圖見。
d) 短路保護
在短路故障發生時，PLC得到的是一個緩慢上升的電壓信號，因為從它發出切斷指令到開關真正動作，存在一個故有的機械動作延時，為了使動作值準確，同時滿足不大于100 mS的時間要求，PLC的判定值一定要超前要求的動作值，從而彌補了機械動作延時所帶來的不良后果。
e) 模塊自檢保護
本程序具有模塊自檢功能，當PLC出現故障時，本裝置具有如下保護：
* PLC自診斷：當擴展模塊出現故障時， 有模塊故障報警畫面。
* 模塊供電電源丟失時，有模擬量模塊一無電源和模擬量模塊二無電源的報警畫面。