南大傲拓NA200系列PLC在智能化礦用隔爆型真空饋電開關(guān)的應(yīng)用
礦用隔爆型真空饋電開關(guān)（以下簡稱饋電開關(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)中蜓氨，作為配電總開關(guān)或分支開關(guān)之用。本文介紹開關(guān)采用智能型保護(hù)器队伟，性能可靠穴吹，動(dòng)作準(zhǔn)確，具有欠壓嗜侮、過載港令、短路、漏電閉鎖锈颗、選擇性漏電保護(hù)功能顷霹，并可外接遠(yuǎn)方分勵(lì)脫扣按鈕。
目前國內(nèi)饋電開關(guān)產(chǎn)品一般是由分立元器件或單片機(jī)組成的控制核心击吱，結(jié)構(gòu)復(fù)雜淋淀，安裝調(diào)試?yán)щy；抗干擾能力差帖与，故障率高萍卑，元件的分散性對保護(hù)的可靠性和穩(wěn)定性影響很大；顯示采用普通數(shù)碼管或指示燈架看，不直觀爬韧。國外同類產(chǎn)品也普遍采用PLC系統(tǒng)組成，工藝水平較國內(nèi)高锦列。但是奏喜，一旦出現(xiàn)故障，維修跟不上誊预，影響生產(chǎn)效益。另外，國外產(chǎn)品價(jià)格極高，是國內(nèi)同類產(chǎn)品的十倍以上谢市。
針對這種情況沼币，將NA200小型一體化PLC應(yīng)用于礦用隔爆型真空饋電開關(guān)中，根據(jù)饋電開關(guān)工藝要求寞奸，提供了一種降低成本、更智能在跳、更優(yōu)化的控制方案枪萄。該裝置核心采用技術(shù)先進(jìn)的工業(yè)可編程控制器NA200 PLC 和人機(jī)界面（文本顯示器及設(shè)置鍵盤），構(gòu)成智能型綜合保護(hù)控制器猫妙，使配電裝置既可靠又安全瓷翻。該饋電開關(guān)可實(shí)時(shí)監(jiān)測井下電網(wǎng)參數(shù)，并及時(shí)顯示和報(bào)警過欠壓割坠、斷相齐帚、漏電、過載彼哼、短路等故障对妄。
1饋電開關(guān)結(jié)構(gòu)及保護(hù)原理
饋電開關(guān)的隔爆外殼呈長方形，用4只M12的螺栓與撬形底座相連敢朱，隔爆外殼上剪菱、下兩個(gè)空腔，分別為接線腔與主腔拴签。接線腔在主腔的上方渗某，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)板劫陌。接線腔兩側(cè)各有兩個(gè)主回路進(jìn)出線喇叭口折焙，可引入電纜外徑為φ68～φ78的電纜。主腔由主腔殼體與前門包容組成碱框，主要裝有主體芯架和千伏級(jí)電源控制開關(guān)层漠，前門采用快開門結(jié)構(gòu)。
交流真空斷路器安裝在主體芯架左側(cè)上方混检，三根進(jìn)線直接接在斷路器的進(jìn)線端子上抢督，三根出線則接在芯架反面的出線端子上。千伏級(jí)電源控制開關(guān)安裝在主腔右側(cè)壁上方写并，由連接套與主腔外的操作手把相連喧雹。過電壓吸收裝置安裝在斷路器的下方，控制變壓器于嚼、電流互感器越名、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、熔斷器渺蒿、電抗器痢士、變壓器，及兩個(gè)插接件用以連接前門茂装、接線腔七芯接線端子過來的插頭和插座怠蹂。
前門上裝有觀察窗、按鈕少态、試驗(yàn)按鈕城侧、保護(hù)器整定按鈕、保護(hù)器彼妻、保護(hù)器電源嫌佑、PLC及顯示屏等。 前門與外殼之間有可靠的機(jī)械聯(lián)鎖侨歉，當(dāng)需要打開饋電開關(guān)前門時(shí)屋摇，首先須將右側(cè)壁上的電源控制開關(guān)的手把打至斷開位置（中間位置），斷開控制電源幽邓，斷路器因控制電路失電而自動(dòng)分閘炮温，然后擰進(jìn)閉鎖桿，使其里端進(jìn)入電源開關(guān)手把的閉鎖孔內(nèi)果喊，將電源開關(guān)閉鎖與斷開位置找骏，其外端才能脫離前門上的限位塊解除前門閉鎖，此時(shí)方能打開前門实朗，前門閉合的方法與打開的程序相反测捐，從而實(shí)現(xiàn)了饋電開關(guān)前門閉鎖后才能進(jìn)行合閘操作。
該配電開關(guān)的線路保護(hù)功能需在高壓互感器上采集三相電流垮撇、三相電壓法简、零序電流、零序電壓状堰、一個(gè)線電壓蓝鹿、絕緣以及相敏等信號(hào)。這些信號(hào)通過低壓互感器糯驯，然后經(jīng)過整流和濾波變成直流的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)贰往，最后進(jìn)入PLC 以控制斷路器的分閘輸出。
PLC 對進(jìn)入的電壓信號(hào)進(jìn)行計(jì)算耙福，電壓計(jì)算結(jié)果大于1.2 倍額定電壓伊厉，顯示過壓，過壓保護(hù)5s 內(nèi)動(dòng)作坦冠；電壓計(jì)算結(jié)果小于0.8 倍額定電壓形耗，顯示欠壓哥桥，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激涤，顯示斷相拟糕，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)倦踢，顯示短路送滞，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)硼一，顯示過載累澡，過載保護(hù)按反時(shí)限特性動(dòng)作。若線路發(fā)生漏電故障般贼，根據(jù)相敏及電壓信號(hào)漏電保護(hù)動(dòng)作，切斷線路奥吩。
2控制系統(tǒng)
PLC使用南大傲拓公司NA200系列可編程控制器哼蛆，NA200系列PLC是南大傲拓公司生產(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CPU201-2401模塊划搓，模擬量輸入選擇南大傲拓公司特有的漏電保護(hù)OPD201-1201模塊沮念，它為12 位精度，采集零序電壓验脐、零序電流澜碎、系統(tǒng)電壓和系統(tǒng)電流，同時(shí)完成功率計(jì)算织活。本模塊能夠滿足井下比較惡劣環(huán)境嫡境，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)中顯示部件選用了南大傲拓公司四行藍(lán)色文本屏稼那，通過串口以Modbus RTU協(xié)議與PLC通訊褒饱，實(shí)時(shí)顯示采集值。
3控制功能
饋電開關(guān)控制系統(tǒng)通過軟件編程主要完成功能為：
a) 參數(shù)設(shè)定
* 額定電流：額定電流的整定范圍為100A－－－－630A搞吱。
* 供電電壓：供電電壓的整定范圍為660V和1140V二擋援儡。
* 短路倍數(shù)：整定范圍為3－－－－10倍連續(xù)可調(diào)。
b ) 漏電保護(hù)
* 漏電閉鎖：1140V系統(tǒng)42K閉鎖,50K恢復(fù)硼县，660V系統(tǒng) 23K閉鎖,28K恢復(fù)酿装。
* 漏電故障：1140V系統(tǒng)23K保護(hù)，660V系統(tǒng)12.2K保護(hù)晦嵌。
c) 過電流保護(hù)
按照煤炭行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求同辣，根據(jù)不同實(shí)際電流/額定電流的比值確定不同的動(dòng)作時(shí)間，為了提高保護(hù)準(zhǔn)確性和靈敏性耍铜，B相與A邑闺、C相使用不同精度互感器。
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)陡舅，因?yàn)閺乃l(fā)出切斷指令到開關(guān)真正動(dòng)作抵乓，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)確靶衍，同時(shí)滿足不大于100 mS的時(shí)間要求灾炭，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)”所帶來的不良后果颅眶。
e) 模塊自檢保護(hù)
本程序具有模塊自檢功能蜈出，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)涛酗， 有“模塊故障”報(bào)警畫面净处。
f) 性能試驗(yàn)功能
* 漏電試驗(yàn)：是利用繼電器外接1K電阻實(shí)現(xiàn)的。
* 短路試驗(yàn)：模擬電流是“額定電流”與“短路倍數(shù)”的積送內(nèi)存單元居鸳。
* 過載試驗(yàn)：為1.9Ie婉固，動(dòng)作時(shí)間為60秒，因?yàn)閯?dòng)作時(shí)間較長常彰，為此在程序中設(shè)置了倒計(jì)時(shí)顯示稼乃。
g) 故障記憶功能：
裝置能對最近50次故障進(jìn)行記憶，并可分別報(bào)出十四種故障盼涵，包括動(dòng)作時(shí)間和動(dòng)作值之仍。進(jìn)入故障記憶畫面和在內(nèi)進(jìn)行上下翻頁時(shí)具有人性化風(fēng)格，改變了過去的車轱轤轉(zhuǎn)方式古告。
h) 開機(jī)時(shí)間記憶功能：
本裝置能記憶“累計(jì)帶電時(shí)間”和“累計(jì)吸合時(shí)間”
除了上面羅列的基本功能本饋電開關(guān)還有漏電電阻楔答、電壓、電流以及功率顯示功能锯叮，瓦斯超限敛旗、高壓據(jù)動(dòng)、低壓據(jù)動(dòng)等功能坦报。
結(jié)束語
本配電開關(guān)的控制系統(tǒng)以我國煤礦電氣設(shè)備特性為基礎(chǔ)库说，吸納了國際先進(jìn)的智能化技術(shù)和結(jié)構(gòu)形式，使用PLC控制系統(tǒng)代替分立電子元器件或單片機(jī)片择，實(shí)現(xiàn)了對井下供電系統(tǒng)的控制潜的、保護(hù)和計(jì)量，具有性能好字管、可靠性高啰挪、穩(wěn)定性強(qiáng)和開發(fā)周期快等特點(diǎn)。
目前國內(nèi)饋電開關(guān)產(chǎn)品一般是由分立元器件或單片機(jī)組成的控制核心击吱，結(jié)構(gòu)復(fù)雜淋淀，安裝調(diào)試?yán)щy；抗干擾能力差帖与，故障率高萍卑，元件的分散性對保護(hù)的可靠性和穩(wěn)定性影響很大；顯示采用普通數(shù)碼管或指示燈架看，不直觀爬韧。國外同類產(chǎn)品也普遍采用PLC系統(tǒng)組成，工藝水平較國內(nèi)高锦列。但是奏喜，一旦出現(xiàn)故障，維修跟不上誊预，影響生產(chǎn)效益。另外，國外產(chǎn)品價(jià)格極高，是國內(nèi)同類產(chǎn)品的十倍以上谢市。
針對這種情況沼币，將NA200小型一體化PLC應(yīng)用于礦用隔爆型真空饋電開關(guān)中，根據(jù)饋電開關(guān)工藝要求寞奸，提供了一種降低成本、更智能在跳、更優(yōu)化的控制方案枪萄。該裝置核心采用技術(shù)先進(jìn)的工業(yè)可編程控制器NA200 PLC 和人機(jī)界面（文本顯示器及設(shè)置鍵盤），構(gòu)成智能型綜合保護(hù)控制器猫妙，使配電裝置既可靠又安全瓷翻。該饋電開關(guān)可實(shí)時(shí)監(jiān)測井下電網(wǎng)參數(shù)，并及時(shí)顯示和報(bào)警過欠壓割坠、斷相齐帚、漏電、過載彼哼、短路等故障对妄。
1饋電開關(guān)結(jié)構(gòu)及保護(hù)原理
饋電開關(guān)的隔爆外殼呈長方形，用4只M12的螺栓與撬形底座相連敢朱，隔爆外殼上剪菱、下兩個(gè)空腔，分別為接線腔與主腔拴签。接線腔在主腔的上方渗某，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)板劫陌。接線腔兩側(cè)各有兩個(gè)主回路進(jìn)出線喇叭口折焙，可引入電纜外徑為φ68～φ78的電纜。主腔由主腔殼體與前門包容組成碱框，主要裝有主體芯架和千伏級(jí)電源控制開關(guān)层漠，前門采用快開門結(jié)構(gòu)。
交流真空斷路器安裝在主體芯架左側(cè)上方混检，三根進(jìn)線直接接在斷路器的進(jìn)線端子上抢督，三根出線則接在芯架反面的出線端子上。千伏級(jí)電源控制開關(guān)安裝在主腔右側(cè)壁上方写并，由連接套與主腔外的操作手把相連喧雹。過電壓吸收裝置安裝在斷路器的下方，控制變壓器于嚼、電流互感器越名、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、熔斷器渺蒿、電抗器痢士、變壓器，及兩個(gè)插接件用以連接前門茂装、接線腔七芯接線端子過來的插頭和插座怠蹂。
前門上裝有觀察窗、按鈕少态、試驗(yàn)按鈕城侧、保護(hù)器整定按鈕、保護(hù)器彼妻、保護(hù)器電源嫌佑、PLC及顯示屏等。 前門與外殼之間有可靠的機(jī)械聯(lián)鎖侨歉，當(dāng)需要打開饋電開關(guān)前門時(shí)屋摇，首先須將右側(cè)壁上的電源控制開關(guān)的手把打至斷開位置（中間位置），斷開控制電源幽邓，斷路器因控制電路失電而自動(dòng)分閘炮温，然后擰進(jìn)閉鎖桿，使其里端進(jìn)入電源開關(guān)手把的閉鎖孔內(nèi)果喊，將電源開關(guān)閉鎖與斷開位置找骏，其外端才能脫離前門上的限位塊解除前門閉鎖，此時(shí)方能打開前門实朗，前門閉合的方法與打開的程序相反测捐，從而實(shí)現(xiàn)了饋電開關(guān)前門閉鎖后才能進(jìn)行合閘操作。
該配電開關(guān)的線路保護(hù)功能需在高壓互感器上采集三相電流垮撇、三相電壓法简、零序電流、零序電壓状堰、一個(gè)線電壓蓝鹿、絕緣以及相敏等信號(hào)。這些信號(hào)通過低壓互感器糯驯，然后經(jīng)過整流和濾波變成直流的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)贰往，最后進(jìn)入PLC 以控制斷路器的分閘輸出。
PLC 對進(jìn)入的電壓信號(hào)進(jìn)行計(jì)算耙福，電壓計(jì)算結(jié)果大于1.2 倍額定電壓伊厉，顯示過壓，過壓保護(hù)5s 內(nèi)動(dòng)作坦冠；電壓計(jì)算結(jié)果小于0.8 倍額定電壓形耗，顯示欠壓哥桥，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激涤，顯示斷相拟糕，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)倦踢，顯示短路送滞，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)硼一，顯示過載累澡，過載保護(hù)按反時(shí)限特性動(dòng)作。若線路發(fā)生漏電故障般贼，根據(jù)相敏及電壓信號(hào)漏電保護(hù)動(dòng)作，切斷線路奥吩。
2控制系統(tǒng)
PLC使用南大傲拓公司NA200系列可編程控制器哼蛆，NA200系列PLC是南大傲拓公司生產(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CPU201-2401模塊划搓，模擬量輸入選擇南大傲拓公司特有的漏電保護(hù)OPD201-1201模塊沮念，它為12 位精度，采集零序電壓验脐、零序電流澜碎、系統(tǒng)電壓和系統(tǒng)電流，同時(shí)完成功率計(jì)算织活。本模塊能夠滿足井下比較惡劣環(huán)境嫡境，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)中顯示部件選用了南大傲拓公司四行藍(lán)色文本屏稼那，通過串口以Modbus RTU協(xié)議與PLC通訊褒饱，實(shí)時(shí)顯示采集值。
3控制功能
饋電開關(guān)控制系統(tǒng)通過軟件編程主要完成功能為：
a) 參數(shù)設(shè)定
* 額定電流：額定電流的整定范圍為100A－－－－630A搞吱。
* 供電電壓：供電電壓的整定范圍為660V和1140V二擋援儡。
* 短路倍數(shù)：整定范圍為3－－－－10倍連續(xù)可調(diào)。
b ) 漏電保護(hù)
* 漏電閉鎖：1140V系統(tǒng)42K閉鎖,50K恢復(fù)硼县，660V系統(tǒng) 23K閉鎖,28K恢復(fù)酿装。
* 漏電故障：1140V系統(tǒng)23K保護(hù)，660V系統(tǒng)12.2K保護(hù)晦嵌。
c) 過電流保護(hù)
按照煤炭行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求同辣，根據(jù)不同實(shí)際電流/額定電流的比值確定不同的動(dòng)作時(shí)間，為了提高保護(hù)準(zhǔn)確性和靈敏性耍铜，B相與A邑闺、C相使用不同精度互感器。
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)陡舅，因?yàn)閺乃l(fā)出切斷指令到開關(guān)真正動(dòng)作抵乓，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)確靶衍，同時(shí)滿足不大于100 mS的時(shí)間要求灾炭，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)”所帶來的不良后果颅眶。
e) 模塊自檢保護(hù)
本程序具有模塊自檢功能蜈出，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)涛酗， 有“模塊故障”報(bào)警畫面净处。
f) 性能試驗(yàn)功能
* 漏電試驗(yàn)：是利用繼電器外接1K電阻實(shí)現(xiàn)的。
* 短路試驗(yàn)：模擬電流是“額定電流”與“短路倍數(shù)”的積送內(nèi)存單元居鸳。
* 過載試驗(yàn)：為1.9Ie婉固，動(dòng)作時(shí)間為60秒，因?yàn)閯?dòng)作時(shí)間較長常彰，為此在程序中設(shè)置了倒計(jì)時(shí)顯示稼乃。
g) 故障記憶功能：
裝置能對最近50次故障進(jìn)行記憶，并可分別報(bào)出十四種故障盼涵，包括動(dòng)作時(shí)間和動(dòng)作值之仍。進(jìn)入故障記憶畫面和在內(nèi)進(jìn)行上下翻頁時(shí)具有人性化風(fēng)格，改變了過去的車轱轤轉(zhuǎn)方式古告。
h) 開機(jī)時(shí)間記憶功能：
本裝置能記憶“累計(jì)帶電時(shí)間”和“累計(jì)吸合時(shí)間”
除了上面羅列的基本功能本饋電開關(guān)還有漏電電阻楔答、電壓、電流以及功率顯示功能锯叮，瓦斯超限敛旗、高壓據(jù)動(dòng)、低壓據(jù)動(dòng)等功能坦报。
結(jié)束語
本配電開關(guān)的控制系統(tǒng)以我國煤礦電氣設(shè)備特性為基礎(chǔ)库说，吸納了國際先進(jìn)的智能化技術(shù)和結(jié)構(gòu)形式，使用PLC控制系統(tǒng)代替分立電子元器件或單片機(jī)片择，實(shí)現(xiàn)了對井下供電系統(tǒng)的控制潜的、保護(hù)和計(jì)量，具有性能好字管、可靠性高啰挪、穩(wěn)定性強(qiáng)和開發(fā)周期快等特點(diǎn)。
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