变配电所综合自动化监控系统设计

摘要：为保障变配电所的供电可靠性，提升其自动化及信息化水平，设计了一种基于PLC的变配电所综合自动化监控系统。以10kV变配电所作为研究对象，通过PLC控制技术及组态王软件对变配电所的变压器运行状态进行实时数据采集、实时监控，并通过监控系统的控制设备实现故障的及时发现，实时处理，保证变配电所的安全可靠运行。

关键词：变配电所   PLC   监控系统

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

【中图分类号】U223.5【文献标识码】B  文章编号1606-5123（2019）11-0079-04 

 
1 引言
随着国民经济的快速发展，人们的各种社会生活与工业生产对电力的需求与依赖愈发严重，对供配电系统安全、可靠性提出了更高的要求。积极升级改造电网结构，提升电力系统自动化、智能化的可靠性与有效性等问题越发紧迫，而传统的继电器机械点控制技术问题较多，已不能满足当前需要。近几十年来，随着计算机技术、网络通讯技术，尤其是综合自动化监控系统和微机保护装置的飞速发展，为变配电综合自动化监控系统的研究提供了广阔的空间。本文采用计算机技术、网络技术并结合PLC控制技术及合理组态的变配电所综合自动化监控系统，可对配电所内的设备进行有效的监测和控制，具有可靠性高，安全性强等特点，可有效节约资源并显著提高工作效率，在我国当前的供配电系统中快速发展，应用前景广阔。

国外该项研究起步较早，日本于1985年左右，将采用计算机系统与供配电设备相结合的供配电自动化系统投入城市应用中；韩国在1994年建立了变配电所自动化监控系统实验室，完成供配电自动化应用尝试。我国供配电自动化研究起步较晚，总体上落后，主要表现在供配电网结构薄弱、变电所供配电可靠性较低、自动化程度较低等。近十几年来发展较快，其中孙丽[1]实现了对供配电系统中的变配电环节、主要计算机设备的实时监控和管理；郭阿梅[2]徐晨晖[3]等人利用PLC技术，设计一套能够完成对变电站进行自动监控的供配电监控系统；姜悦[4]基于PLC对楼宇供配电系统进行了设计，实现了楼宇供配电系统的监控与调节。

2 变配电所监控系统的总体设计
基于PLC控制技术的变配电监控系统设计，主要组成部分为PLC控制系统和变配电监控系统。由于配电变压器是变配电所的核心部分，考虑实际设计需要，主要研究内容为变配电所主变压器，部分线路的运行情况以及配电室的温度进行监控设计。

其中基于PLC变配电监控系统的系统采集工作通过所安装的数据采集程序进行包括系统模拟量、脉冲量、开关量等一系列数据采集，在系统数据库中进行实时更新，显示变电所现场的设备运行状况，实时时间，并可打印报表。

即系统可通过故障检测、电压检测、电流检测、接地检测、温度检测等传感器将采集到的信号准确提供给PLC控制系统，由其进行合理的判断，输出。与上位机（组态王）建立通信连接后，对PLC输出的各种控制信号进行筛选、放大后可在人机界面上进行正常运行、报警或故障状态的实时显示，通过控制各种保护设备动作，实现对配变设备故障报警、故障切除的合理、及时有效的处理。系统总体结构图参见图1所示。

图1 系统整体结构图

3 PLC系统设计
PLC硬件主要包括中央处理器、存储器、基本单元、扩展单元、输入输出接口、以及外部电源模块等。

系统核心控制器采用西门子PLC-S7-200，具有6种扩展单元，24个输入点，16个输出点，2个扩展模块，本文选择CPU226模块，功能扩展模块EM231将外部输入的4通道模拟量(模拟电压或电流)转换为PLC内部处理需要的12位数字量，同时还包括了一路模拟量输出通道，输出电压、电流信号用于连续的控制。外部接线设备与I\O连接进行硬件设计，参见图2所示。

图2 PLC-200的外部接线图

PLC输入与部分输出I/O口分配表，分别参见表1、表2所示。
表1 PLC输入I/O端子分配

表2 PLC输出I/O端子分配

4 软件设计
软件设计中主要分为上位机和下位机两部分。其中下位机为PLC现场控制程序，采用STEP7标准软件包LAD程序编辑器进行梯形图程序编写。上位机为监控程序，采用西门子公司可视化组态软件Win CC，作为人机界面的软件系统，给基于PLC的变配电综合自动化监控系统提供可视化的组件，显示系统各个环节的主要信息，为操作人员提供便利。对变配电所的10kV变380V及220V，S11变压器的电压、电流、温度、接地保护等运行状况进行监控，防止由于变压器电压异常，温度过高或接地故障等导致变压器损坏，停电事故的发生。变压器运行状态监控控制流程图，参见图3所示。
5 监控系统设计
5.1 组态软件选择
选用西门子视窗中心Win CC作为基于PLC的变配电综合自动化监控系统的组态软件，可提供操作画面、监视画面、控制画面等，在“人机界面管理”、“组态、编程”、“数据处理”等方面功能强大。在供配电系统运行过程出现问题时能及时报警，记录事故的相关数据，并且自动生成报表等。
该监控系统主要包括用户管理、变配电系统运行参数监控、配电房内温度检测等功能。
（1）配电系统运行参数监控功能：用于监控配电系统的输出的相电压、相电流、线电压、线电流、输出功率等参数进行监控，数值偏高或者数值偏低都会进行报警提示。
（2）用户管理功能：可进行管理员登录、密码修改以及添加新用户等操作，实现所有用户信息的统一便捷管理。
（3）配电房内温度的检测功能：通过传感器检测各项电力设备的运行温度及配电房的整体温度，并将检测的信号送到PLC中进行处理，并传送到上位机显示，当检测到的温度值不能保证设备进行正常运转时，发出报警提示，操作人员可控制风机进行降温。
5.2 监控系统运行结果
变配电所正常运行时的监控主界面参见图4所示。
S11变压器低压侧的电压高于或者低于设定值时，显示变压器低压端故障，电压报警灯闪烁，当变压器接地故障时，接地故障报警灯闪烁。参见图5所示。
配电室的温度较高，超出设备正常运转的环境温度时，显示报警提示，操作人员可通过控制风机运转进行配电室降温，参见图6所示。
变配电室出现避雷故障，发出故障报警，监控画面参见图7所示。
6 结束语
 结合PLC控制技术和组态软件进行变配电所自动化监控系统可将故障检测、电压检测、电流检测、接地检测、温度检测等采集的数据进行实时显示，人机界面友好，实时掌握变配电所现场的设备的运行状况，并通过PLC控制各种保护设备，实现故障的及时报警，合理、快速处理，保障变配电所的安全可靠运行。
随着科技的发展，变配电所监控系统将向着更加自动化、精密化、智能化发展，部分无人值守110kV变电站已经实现，变配电所综合自动化监控系统也将获得更大的发展空间与广阔的应用前景。
参考文献
[1] 孙丽.中心机房供配电监控系统设计与实现[J].天津冶金,2017(06):32-35.
[2] 郭阿梅.基于PLC的供配电监控系统设计探讨[J].智能城市,2017,3(11):46-48.
[3] 徐晨晖. 基于PLC的供配电监控系统的研究[D].华东师范大学,2009.45.
[4] 姜悦. 基于PLC的楼宇供配电系统研究[D].吉林建筑大学,2017.11.