一、 引言

核电厂直流配电系统常见的监控单元都是采用继电器回路实现监测和报警功能，通过继电器实现逻辑，回路接线复杂，可靠性差，不便于运行和维护。直流监控单元采用PLC控制有很多优点，它是以微处理器为核心，综合了计算机技术、通信技术发展起来的一种新型、通用的自动控制装置，而且其具备可编程序功能，使系统“柔性”大幅提高。

二、 直流配电系统的介绍

1. 直流配电系统的主要设备

直流配电系统主要由充电器、直流屏、蓄电池组等设备组成。核电厂直流配电系统根据电压等级可分为220V、110V、48V。直流配电系统主要功能是给各类重要设备提供可靠的控制及动力电源，如重要仪器、仪表、继电保护、事故照明设备等。

2. 直流配电系统的监控单元

常见的直流系统监控功能由绝缘监测仪和继电器监控小室两个部分实现。绝缘监测仪实时检测母线和每个馈线支路的绝缘，在监测仪面板上显示绝缘值。直流系统用PLC实现监控功能的硬件由可编程控制器、人机界面、电池巡检仪及绝缘监测仪四个部分构成。

三、 常见直流配电系统监控单元存在的问题

1. 数字量采集能力低

设计文件对直流配电系统有具体的技术要求，包含了主要的电气性能。常见的直流配电系统监控单元，采用传统的继电器硬接线方式实现逻辑控制及报警功能。由于监控单元接口有限，只能将外部大量的数字量采用并线的方式引至继电器监控小室。这样的并联电路有多个接点，当一个接点有断点，将导致断点以后的设备都处于一种非监控状态，扩大了故障面。

2. 馈线开关状态无法集中监控

直流配电系统里除了几个主要开关，设计有状态信号远传至DCS进行监控的要求，馈线开关的分合闸状态以及是否有故障，只能通过每个直流屏馈线抽屉面板上的红、绿、白指示灯来显示，所有馈线开关无法进行集中监控。

3. 模拟量显示精度低

电流电压是系统运行的基本参数，简单的设计一般直接用指针式表计进行测量，以便调试和运行期间监测系统状态输出参数。以核岛220V直流配电系统ETU为例，在充电器输出端的直流侧断路器抽屉上安装有指针式电流表和电压表。电流表的型号为KLY-C72A，量程0～1500A，精度等级1.5。电压表的型号为KLY-C72V，量程0～300V，精度等级1.5。根据计量检定规程《JJG 124～2005 模拟电流表、电压表、功率表及电阻表检定规程》的基本误差公式可计算出：电流表的允许误差范围在量程内±22.5A，即视为合格；电压表的允许误差范围在量程内±4.5V，即视为合格。

4. 蓄电池组电池电压无法实时监测

在直流配电系统里，蓄电池作为重要的储能设备，需具备足够大的容量，为重要系统提供后备能量。在市电失去时，保证系统在一段时间内正常运行。对蓄电池组单节电池的电压监测是至关重要的，当出现电池电压异常时，说明电池存在一定的问题。

四、 PLC在直流配电系统中的应用

某个国外核电直流配电系统采用以PLC可编程控制器为核心组成的监控单元，具备数字量处理、多设备通讯的功能，全面提升了系统的监控能力。

1. 数字量采集的应用

可编程控制器根据直流配电系统的开关量配备了数字量输入模块以及输出模块。一个通道只作为一个数字量信号的输入和输出，从而使得一个回路只有起点和终点，电路中间没有任何接点，这样就不会因回路中某个接点断开，而导致断点以后的设备都处于一种非监控状态。在PLC程序里对馈线开关的数字量输入信号进行逻辑排列，作用于同一个数字量输出信号，即可实现一个公共报警功能。将硬接线实现的逻辑，通过在可编程控制器内编写用户程序来实现，从而降低回路的故障率。馈线开关数字量输入信号，不仅可应用于逻辑编程，也可用于输出至触摸屏显示开关状态。这样不仅提升了监控单元的数字量采集处理能力，还可以实时监控开关状态。

2. 数据采集的应用

绝缘监测仪和电池巡检仪在直流配电系统中分别是一个独立单元为了更好的对绝缘监测仪和电池巡检仪的数据进行集中管理，以可编程控制器为主站，绝缘监测仪和电池巡检仪为从站，采用Modbus串行通信协议搭建数据采集网络。在可编程控制器的用户程序里对Modbus通信功能块进行编写，即可读取绝缘监测仪及电池巡检仪寄存器内的数据。将读取的数据存放至PLC变量存储区，即便于编写用户程序时进行数据调用也作为人机界面的数据支撑。而且系统还配备了一个端口，可供DCS读取系统数据。

3. 集中监测的应用

触摸屏是人机进行信息交换的接口。在直流配电系统中，触摸屏对可编程控制器存储区的数据进行读取，便可将其数据对应显示到触摸屏画面上。触摸屏的主菜单显示了直流配电系统的单线网络及母线电压、主开关状态。子菜单内包含了馈线开关、回路绝缘、系统报警的信息。在触摸屏上即可完整的监测整个系统的运行状态并记录报警，有利于调试运行期间，对直流配电系统的运行状态实时监控。

五、 结束语

在电厂还有很多重要设备都采用了PLC可编程控制技术，可见PLC可编程控制技术在复杂的控制背景下，更能体现它的优越性。它即可实现开关量逻辑控制、模拟量控制、定时和计数控制、运动控制，又可实现数据处理、通信联网等功能。由此可见在直流配电系统里应用PLC技术将成为今后的主流。

参考文献

[1] 黄永红，电气控制与PLC应用技术 西门子S7-200 SMART PLC（第3版），北京：机械工业出版社,2019.01

[2] 杜志虎，RGZDW直流屏设备使用、安装和维护手册，上海昱章电气成套有限公司，2020.01

[3] JJG 124～2005，电流表、电压表、功率表及电阻表（中华人民共和国国家计量检定规程）