某廠35kV、6kV變電站裝有中央信號系統，它由中央事故信號和中央預告信號兩部分組成，用以掌握各電氣設備的工作狀態。當變電站的電氣設備或線路發生短路，繼電保護裝置動作使斷路器自動跳閘時，啟動事故信號;當發生其他不正常運行情況(如電動機過負荷，油溫過高或小接地電流系統發生單相接地等)時，啟動預告信號。每種信號都由燈光信號和音響信號兩部分組成，音響信號喚起值班電工注意，燈光信號便于判斷發生故障設備及故障性質。通常事故信號采用蜂鳴器，預告信號采用電鈴作為音響信號;事故信號采用紅、綠燈，預告信號采用光字牌作為燈光信號。中央信號裝置裝在變電站主控制室的中央信號屏上。
(1) 老式中央信號系統普遍存在的問題
?使用繼電器多，結構復雜，各功能繼電器的邏輯配合靠繼電器的機械動作實現，可靠性較低。
?作為核心器件的脈沖繼電器無論是電磁型還是晶體管型，它容易發生誤動或拒動，并且過負荷能力較低，運行中常發生燒毀。
? 信號的正確性和信息量難以滿足變電站綜合自動化改造后對中央信號系統的要求。
針對以上問題，該廠在變電站進行綜合自動化改造時，同時對中央信號系統進行了PLC改造。
(2) PLC具有的優點
?可靠性高:PLC具有邏輯判斷、指令跳轉、時鐘計數、I/O接口等功能外，最顯著的特點是它的高可靠性和系統組件生產的工業化程度。
?抗干擾能力強:PLC的I/O至少經過一級光耦進行電隔離，因此大大提高了抗干擾性能, 使它能在電磁場干擾較大的工作環境, 而且符合電力系統控制回路強弱電隔離的慣例。
?各種組件均按標準的工業化生產，容易保證質量。大大方便了使用者。而且又不致由于設計、制造和工藝水平的差異影響某個單元的性能，從而保證了整個系統的高可靠性。
2 PLC控制的中央信號系統
在用PLC進行中央信號系統改造時，應遵循以下原則:
(1) 完備性:包括了常規的中央信號系統的全部功能，同時還考慮了變電站綜合自動化改造后對中央信號系統信息量、信息格式的要求。
(2) 可靠性:在滿足完備性的前提下，盡量簡化附加的前后向通道。
(3) 適應性:系統脈沖起動電流可調，以適應老式的白織燈和新型的發光二極管脈沖電流的不同特點。
2.1 中央事故信號
(1) 事故音響信號
事故音響信號采用蜂鳴器，在斷路器QF由繼電保護動作自動跳閘時才能動作。為了避免在手動分、合閘及自動重合閘時啟動事故音響裝置，可利用控制開關SA(采用LW2-Z型)內兩對觸點串聯作為事故音響啟動回路，這兩對觸點只有在合閘后才能同時閉合，其他狀態都不能同時閉合，如圖1所示:
圖1 事故音響啟動回路
(2) 事故燈光信號
事故燈光信號采用紅、綠燈。它既作為斷路器QF的位置狀態指示信號，又作為事故燈光信號。有紅燈平光、綠燈平光、紅燈閃光、綠燈閃光四種狀態。紅燈亮表示QF在合閘狀態;綠燈亮表示QF在分閘狀態;紅燈閃光表示QF由自動重合閘裝置動作或手動操作分閘;綠燈閃光表示QF由保護裝置動作跳閘或手動操作跳閘。傳統的燈光信號切換是靠控制開關內部觸點的通斷及斷路器輔助觸點的通斷實現的。由于控制開關內部觸點有預備合閘、合閘、合閘后、預備跳閘、跳閘、跳閘后六種狀態, 而QF輔助觸點有閉合、斷開兩種狀態, 因此決定了燈光信號的四種狀態, 如圖2所示:
圖2 燈光信號回路狀態顯示
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由于控制開關SA內部觸點11-10或16-13接通時，其余與該回路燈光控制信號有關的觸點(9-12、14-13、14-15)均不接通。這樣就可以利用PLC中的X12(X13)的常開接點來保證紅、綠燈發平光。利用X12(X13)的常閉接點來保證紅、綠燈發閃光。QF燈光信號輸入輸出回路如圖3、圖4所示。
圖3 QF燈光信號輸入回路
圖4 QF燈光信號輸出回路
(3) 閃光信號
傳統的閃光電源是由閃光繼電器或2個DZS-115型中間繼電器提供的，在采用PLC后，閃光信號只需用其內部的2個定時器T11和T12構成振蕩器即可實現，從而省去了外部接線。
2.2 中央預告信號
中央預告信號是在電氣設備或線路出現不正常工作狀態時，幫助值班人員判斷設備及其性質，以便電工及時采取措施加以處理，防止事故進一步擴大。在PLC組成的預告信號系統中，仍然保留了原來的光字牌回路檢查裝置(去掉了沖擊繼電器)。為了節約PLC的接點，用預告信號出口繼電器的觸點驅動PLC輸入端X6(X7)，輸出端Y6(Y7), Y1驅動光字牌和電鈴。電路如圖5所示:
圖5 中央預告信號
圖5中SA2的觸點位置狀態為，在試驗位置時觸點1-2，3-4，5-6，7-8，9-10，11-12閉合;在工作位置時觸點13-14，15-16閉合。如果中央事故信號和預告信號同時發生，那只發事故音響信號，但兩者的光字牌都亮，事故信號光字牌平光, 預告信號光字牌閃光。“確認”按鈕和“音響復歸”按鈕對于事故信號和預告信號是公用的。
3 PLC的I/0分配表及中央信號系統梯形圖
以兩路事故信號和兩路預告信號為例的PLC控制的中央信號系統的I/O分配如附表所列;采用FX2型PLC實現的中央信號系統的梯形圖如圖6所示:
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圖6 梯形圖
4 PLC控制中央信號系統特點
(1) 前后向通道簡單。前向通道除脈沖形成回路稍許復雜外，其他都是簡單的光耦電路;后向通道更加簡單，直接由PLC輸出。
(2) 抗干擾性能好。除PLC的I/O本身進行隔離外，對前向通道又進行隔離，有效地抑制了共模干擾。同時系統的功能全部由PLC按照預定的程序完成，避免了由于某個繼電器損壞造成的誤動或拒動。
(3) 靈敏度高，過載能力強。PLC控制中央信號系統的脈沖形成和響應在物理上是獨立的，能夠做到具有很高的靈敏度和承受較大的過負荷能力。
(4) 系統完整，容易與二次信號回路連接。只需將幾根信號小母線接入PLC控制中央信號系統即可實現與二次信號回路的連接。同時不會對二次回路生產任何影響，這對技術改造十分有利。
(5) 維護簡單。PLC程序采用繼電保護人員熟悉的梯形圖編制，直觀明了。可直接利用PLC編程器對自動復歸時間等定值進行修改。同時由于PLC的高可靠性，基本上可做到免維護。
(6) 保護措施
對于音響元件來說，不論是直流線圈還是交流線圈，在發出聲響時，電路的通斷轉換是很頻繁的，易損壞PLC輸出接點，為此在蜂鳴器和電鈴的端口上分別接入滅弧器MCR進行滅弧。對于燈光指示回路，為了防止燈座短路，燒壞PLC的輸出接點，用熔斷器FU進行短路保護。
5 結束語
通過近2年的運行，PLC控制中央信號系統完全符合變電站實際運行情況，達到改造的目的。由于PLC的性能非常優越，從而使中央信號系統的準確性和可靠性得以保證，而且使用方便，維護工作量小，二次回路簡單，給值班電工帶來許多方便，提高了電工的工作效率。