HOLLIAS LM PLC在智能化礦用隔爆型真空饋電開(kāi)關(guān)中的應(yīng)用

HOLLIAS LM PLC在智能化礦用隔爆型真空饋電開(kāi)關(guān)中的應(yīng)用
1引言
礦用隔爆型真空饋電開(kāi)關(guān)（以下簡(jiǎn)稱饋電開(kāi)關(guān)），適用于煤礦井下和其它周圍介質(zhì)中含有爆炸性氣體的環(huán)境中，在中性點(diǎn)不接地的三相電網(wǎng)中，作為配電總開(kāi)關(guān)或分支開(kāi)關(guān)之用。本文介紹開(kāi)關(guān)采用智能型保護(hù)器，性能可靠，動(dòng)作準(zhǔn)確，具有欠壓、過(guò)載、短路、漏電閉鎖、選擇性漏電保護(hù)功能，并可外接遠(yuǎn)方分勵(lì)脫扣按鈕。
目前國(guó)內(nèi)饋電開(kāi)關(guān)產(chǎn)品一般是由分立元器件或單片機(jī)組成的控制核心，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，安裝調(diào)試?yán)щy；抗干擾能力差，故障率高，元件的分散性對(duì)保護(hù)的可靠性和穩(wěn)定性影響很大；顯示采用普通數(shù)碼管或指示燈，不直觀。國(guó)外同類產(chǎn)品也普遍采用PLC系統(tǒng)組成，工藝水平較國(guó)內(nèi)高。但是，一旦出現(xiàn)故障，維修跟不上，影響生產(chǎn)。另外，國(guó)外產(chǎn)品價(jià)格極高，是國(guó)內(nèi)同類產(chǎn)品的十倍以上。
針對(duì)這種情況，某電器有限公司開(kāi)發(fā)了一種新型智能礦用隔爆型高壓真空電子饋電開(kāi)關(guān)。該裝置核心采用技術(shù)先進(jìn)的工業(yè)可編程控制器PLC 和人機(jī)界面（文本顯示器及設(shè)置鍵盤），構(gòu)成的智能型綜合保護(hù)控制器，使配電裝置既可靠又安全。
2饋電開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)及保護(hù)原理
饋電開(kāi)關(guān)的隔爆外殼呈長(zhǎng)方形，用4只M12的螺栓與撬形底座相連，隔爆外殼上、下兩個(gè)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(jìn)出線端子。主回路電源進(jìn)線端子上罩有防護(hù)板。接線腔兩側(cè)各有兩個(gè)主回路進(jìn)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(jí)電源控制開(kāi)關(guān)，前門采用快開(kāi)門結(jié)構(gòu)。
交流真空斷路器安裝在主體芯架左側(cè)上方，三根進(jìn)線直接接在斷路器的進(jìn)線端子上，三根出線則接在芯架反面的出線端子上。千伏級(jí)電源控制開(kāi)關(guān)安裝在主腔右側(cè)壁上方，由連接套與主腔外的操作手把相連。過(guò)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(gè)插接件用以連接前門、接線腔七芯接線端子過(guò)來(lái)的插頭和插座。
前門上裝有觀察窗、按鈕、試驗(yàn)按鈕、保護(hù)器整定按鈕、保護(hù)器、保護(hù)器電源、PLC及顯示屏等。 前門與外殼之間有可靠的機(jī)械聯(lián)鎖，當(dāng)需要打開(kāi)饋電開(kāi)關(guān)前門時(shí)，首先須將右側(cè)壁上的電源控制開(kāi)關(guān)的手把打至斷開(kāi)位置（中間位置），斷開(kāi)控制電源，斷路器因控制電路失電而自動(dòng)分閘，然后擰進(jìn)閉鎖桿，使其里端進(jìn)入電源開(kāi)關(guān)手把的閉鎖孔內(nèi)，將電源開(kāi)關(guān)閉鎖與斷開(kāi)位置，其外端才能脫離前門上的限位塊解除前門閉鎖，此時(shí)方能打開(kāi)前門，前門閉合的方法與打開(kāi)的程序相反，從而實(shí)現(xiàn)了饋電開(kāi)關(guān)前門閉鎖后才能進(jìn)行合閘操作。
系統(tǒng)原理框圖。該配電開(kāi)關(guān)的線路保護(hù)功能需在高壓互感器上采集三相電流、零序電流、一個(gè)線電壓、零序電壓、絕緣以及相敏共八路信號(hào)。這八路信號(hào)通過(guò)低壓互感器，然后經(jīng)過(guò)整流和濾波變成直流的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)， 后進(jìn)入PLC 以控制斷路器的分閘輸出。
PLC 對(duì)進(jìn)入的電壓信號(hào)進(jìn)行計(jì)算，電壓計(jì)算結(jié)果大于1.2 倍額定電壓，顯示過(guò)壓，過(guò)壓保護(hù)5s 內(nèi)動(dòng)作；電壓計(jì)算結(jié)果小于0.8 倍額定電壓，顯示欠壓，欠壓保護(hù)5s 內(nèi)動(dòng)作；三相不平衡度計(jì)算結(jié)果大于0.7，顯示斷相，10～20s 內(nèi)保護(hù)動(dòng)作。電流計(jì)算結(jié)果中任何一相在6～10 倍額定電流范圍內(nèi)，顯示短路，短路保護(hù)0.08s 內(nèi)動(dòng)作；電流計(jì)算結(jié)果中任何一相在1.2～6 倍額定電流范圍內(nèi)時(shí)，顯示過(guò)載，過(guò)載保護(hù)按反時(shí)限特性動(dòng)作。若線路發(fā)生漏電故障，根據(jù)相敏及電壓信號(hào)漏電保護(hù)動(dòng)作，切斷線路。 3控制系統(tǒng)
PLC使用和利時(shí)公司LM系列可編程控制器，LM系列PLC是和利時(shí)公司生產(chǎn)的小型一體化PLC。本應(yīng)用中CPU模塊選擇本體上集成14 點(diǎn)輸入/10點(diǎn)繼電器輸出的LM3107模塊，模擬量輸入選擇和利時(shí)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(shí)，完成功率計(jì)算。本模塊能夠滿足井下比較惡劣環(huán)境，能夠滿足中性點(diǎn)不接地的供配電系統(tǒng)供電保護(hù)要求。系統(tǒng)中顯示部件選用了和利時(shí)公司四行藍(lán)色文本屏，通過(guò)串口以Modbus RTU協(xié)議與PLC通訊，實(shí)時(shí)顯示采集值。控制系統(tǒng)配置圖見(jiàn)。
d) 短路保護(hù)
在短路故障發(fā)生時(shí)，PLC得到的是一個(gè)緩慢上升的電壓信號(hào)，因?yàn)閺乃l(fā)出切斷指令到開(kāi)關(guān)真正動(dòng)作，存在一個(gè)故有的機(jī)械動(dòng)作延時(shí)，為了使動(dòng)作值準(zhǔn)確，同時(shí)滿足不大于100 mS的時(shí)間要求，PLC的判定值一定要超前要求的動(dòng)作值，從而彌補(bǔ)了機(jī)械動(dòng)作延時(shí)所帶來(lái)的不良后果。
e) 模塊自檢保護(hù)
本程序具有模塊自檢功能，當(dāng)PLC出現(xiàn)故障時(shí)，本裝置具有如下保護(hù)：
* PLC自診斷：當(dāng)擴(kuò)展模塊出現(xiàn)故障時(shí)， 有模塊故障報(bào)警畫(huà)面。
* 模塊供電電源丟失時(shí)，有模擬量模塊一無(wú)電源和模擬量模塊二無(wú)電源的報(bào)警畫(huà)面。