西門子plc控制器在煤礦低壓電氣饋電開關(guān)中的應(yīng)用

　1、概述

　　為了確保煤礦安全的地下供電，西門子plc控制器礦井供電系統(tǒng)一般采用各種保護(hù)措施，如過流保護(hù)，漏電保護(hù)和接地保護(hù)。其中，漏電保護(hù)是防止人身觸電的重要措施。漏電保護(hù)設(shè)備的目的是通過切斷電源來防止個人電擊和漏電流引起的電擊。中國煤礦安全法規(guī)規(guī)定，礦井變電站高壓給水機(jī)應(yīng)安裝選擇性檢漏保護(hù)裝置，地下低壓給水機(jī)應(yīng)安裝漏電保護(hù)裝置。

　2 、西門子plc控制器性能介紹

　　鑒于地下煤工作環(huán)境惡劣，電磁干擾大，北京蘭普豐科技有限公司專門開發(fā)了煤礦井下低壓電力設(shè)備西門子plc控制器?；赑LC技術(shù)的西門子plc控制器是一款集可靠繼電保護(hù)，集成測控，數(shù)據(jù)通訊于一體的高可靠性PLC控制器。安裝在電力設(shè)備的防爆柜內(nèi)，適用于380V，660V，1140V和3300V。如各種電壓等級，可滿足各種額定電流饋電開關(guān)，啟動器，移動變壓器低壓頭，雙機(jī)雙速開關(guān)等采礦電力設(shè)備的需求。

　　西門子plc控制器的控制和保護(hù)信號可直接采樣到控制器中，具有保護(hù)精度高，響應(yīng)速度快，可靠性高的特點(diǎn)。它可以完成過壓，欠壓，過載，短路，漏電，過溫和三相。平衡等保護(hù)功能，可監(jiān)控電網(wǎng)絕緣電阻，具有模擬漏電和短路測試功能，可計(jì)算零序方向角，總有功功率和功率因數(shù)，還可進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)通信。西門子plc控制器的輸入和輸出通道包括8 DI，6 DO和1電壓AI。它可以滿足無需通道擴(kuò)展的饋電開關(guān)的保護(hù)功能，不僅成本低，而且穩(wěn)定性高。西門子plc控制器的正面外觀如圖1所示。

　圖1西門子plc控制器的正面外觀

　　西門子plc控制器可直接采集三相電壓，三相電流，零序電壓，零序電流，系統(tǒng)電壓和絕緣電阻等信號。在使用中，沒有必要將交流信號轉(zhuǎn)換成直流標(biāo)準(zhǔn)信號進(jìn)行采樣，而是直接交流采樣交流信號，即直接將交流信號發(fā)送到西門子plc控制器的模擬輸入通道，從而實(shí)現(xiàn)交流采樣。西門子plc控制器根據(jù)收集的交流信號控制斷路器的閉合和斷開。西門子plc控制器的內(nèi)部保護(hù)采用國產(chǎn)芯片。通過功能塊立即輸出漏電保護(hù)動作和短路保護(hù)動作。當(dāng)信號采集和故障發(fā)生時(shí)，大大縮短了執(zhí)行保護(hù)動作的時(shí)間，并且分支開關(guān)保護(hù)的動作時(shí)間小于30ms，總開關(guān)保護(hù)動作時(shí)間小于200ms。

　　該系統(tǒng)還通過根據(jù)電網(wǎng)的分布電容和電網(wǎng)電壓的大小增加選擇性泄漏的保護(hù)特性和操作參數(shù)來增加對保護(hù)系統(tǒng)的保護(hù)。此外，在西門子plc控制保護(hù)系統(tǒng)中，采用了威綸通觸摸屏的人機(jī)界面，提高了交換機(jī)的穩(wěn)定性。在工業(yè)觸摸屏上，可以關(guān)閉和打開開關(guān)，電網(wǎng)的絕緣狀態(tài)，動作設(shè)定點(diǎn)和開關(guān)操作狀態(tài)。當(dāng)故障發(fā)生時(shí)，觸摸屏及時(shí)記錄和跳閘，顯示故障參數(shù)和故障狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)對人員或設(shè)備的保護(hù)，大大提高故障診斷效率，排除故障。

　　cpu是西門子PLC控制器的核心部件，由硬件和軟件兩部分組成。硬件主要包括各種監(jiān)控電路，即開關(guān)狀態(tài)檢測、三相電壓檢測、三相電流檢測、斷路器輸出控制功能。為了解決漏電保護(hù)裝置的快速響應(yīng)和穩(wěn)定性要求，北京藍(lán)普峰科技有限公司可根據(jù)用戶的需要為用戶提供定制的軟硬件服務(wù)。軟件方面，打開西門子PLC控制器程序源代碼，將漏電保護(hù)和短路保護(hù)功能制成庫文件，方便用戶使用。硬件上省去了信號傳輸裝置，西門子PLC控制器可直接進(jìn)行交流采樣，提高了采樣速度，實(shí)現(xiàn)了快速穩(wěn)定的保護(hù)動作。西門子PLC控制器能在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成信號的采集和處理，滿足保護(hù)地下漏電保護(hù)裝置人身安全的要求，達(dá)到保護(hù)人身安全的目的。

　3 、西門子plc控制器的礦用隔爆型真空饋電開關(guān)

　　在煤礦三相中性點(diǎn)不接地的供電系統(tǒng)中，礦用防爆真空饋電開關(guān)可作為地下配電系統(tǒng)的主開關(guān)或分支開關(guān)，也可作為大型 - 在不經(jīng)常啟動的情況下容量電動機(jī)。本文采用西門子plc控制器作為礦用防爆真空饋電開關(guān)的保護(hù)裝置。它滿足漏電保護(hù)裝置快速穩(wěn)定的要求，可以完成礦井低壓電網(wǎng)的二次選擇性漏電保護(hù)。對稱短路保護(hù)，非對稱短路保護(hù)，缺相保護(hù)，過載保護(hù)和過壓保護(hù)。

　　3.1 礦用隔爆型真空饋電開關(guān)的操作界面

　　專用西門子plc控制器通過RS-232串口通訊口與觸摸屏HMI通訊，并保留RS-485串口通訊口與上位通訊變電站通訊。

　圖2礦用防爆真空饋電開關(guān)的操作界面

　　3.2 礦用隔爆型真空饋電開關(guān)的電路設(shè)計(jì)

　　3.2礦用隔爆真空供料開關(guān)電路設(shè)計(jì)

　　該控制保護(hù)系統(tǒng)不僅可以實(shí)現(xiàn)地下低壓電網(wǎng)單相漏電的橫向選擇性和縱向選擇性，還可以保證電網(wǎng)對稱泄漏時(shí)的保護(hù)動作的穩(wěn)定性，從而實(shí)現(xiàn)可靠，安全。

　　3.2.1 基于附加直流檢測的總漏電保護(hù)系統(tǒng)

　　附加直流電源檢測型漏電保護(hù)示意圖如圖3所示。它主要由三相電抗器和同步變壓器T3，零序電抗器和零序變壓器T2，濾波器組成。電路由電阻器和電容器組成，以及直流電源。當(dāng)DC電壓恒定時(shí)，檢測到的電阻值改變。當(dāng)絕緣電阻降至表1中規(guī)定的動作值時(shí)，PLC程序調(diào)用中斷立即輸出，使繼電器工作，其常開觸點(diǎn)接通供電開關(guān)的并聯(lián)跳閘線圈，使開關(guān)跳閘至實(shí)現(xiàn)漏電保護(hù)。通過液晶顯示器可視地顯示接地電阻值。

　    3.2.2 零序功率方向式選擇性漏電保護(hù)

　　礦用低壓防爆饋電開關(guān)的選擇性漏電保護(hù)意味著當(dāng)?shù)V井低壓電網(wǎng)分支的某一相經(jīng)歷個人觸電，或單次放電或單一漏電流時(shí)，它可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)漏電故障。它作用于行程，有選擇地切斷故障線路，確保無故障線路的安全運(yùn)行。當(dāng)電網(wǎng)不對稱泄漏時(shí)，采樣電路分別取零序電壓U0和每個支路的零序電流I0信號，如圖3所示。經(jīng)過放大和整形后，相位比較電路確定故障科。然后判斷是否達(dá)到閾值，最后啟動執(zhí)行電路，切斷故障支路的電源，實(shí)現(xiàn)選擇性漏電保護(hù)。

　　零序功率定向選擇性漏電保護(hù)具有很強(qiáng)的橫向選擇性，即選擇性漏電保護(hù)，與泄漏檢測繼電器不同，一旦漏電發(fā)生在電網(wǎng)某處，整個電網(wǎng)和采礦區(qū)的總停電都是造成的。但是，它也有缺點(diǎn)或局限。它不能檢測和保護(hù)三相同時(shí)泄漏，不能防止三相對稱泄漏故障。目前，用于地下礦用分支開關(guān)的智能饋電開關(guān)，如KBZ12-400，采用零序功率方向漏電保護(hù)原理。

　　圖4顯示了一個主交換機(jī)和四個子交換機(jī)的配置。如果子開關(guān)對地的電阻值低于漏電動作值，則子開關(guān)瞬間跳閘，而其他子開關(guān)和主開關(guān)仍可正常工作。

圖4主交換機(jī)和子交換機(jī)的配置

　　4 、總結(jié)

　　西門子plc控制器礦用防爆真空饋電開關(guān)已在現(xiàn)場使用，以滿足泄漏保護(hù)的快速性和穩(wěn)定性的要求。沒有諸如系統(tǒng)崩潰或斷路器故障之類的故障，這已經(jīng)被用戶所接受。西門子plc控制器完成過載保護(hù)，短路保護(hù)，漏電閉鎖，漏電保護(hù)，選擇性漏電保護(hù)，欠壓保護(hù)，過壓保護(hù)，三相不平衡保護(hù)，氣體鎖定，風(fēng)電鎖定，饋電開關(guān)電量計(jì)量。通訊網(wǎng)絡(luò)等功能。發(fā)生故障時(shí)，可以及時(shí)記錄故障狀態(tài)，切斷電源，保護(hù)人員或設(shè)備的安全，如過大家有礦井這方面的需求，請咨詢?nèi)莞须姎猓?/span>