畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）基于PLC的自動(dòng)重合閘設(shè)計(jì)

1、畢業(yè)設(shè)計(jì)題 目: 基于plc的自動(dòng)重合閘設(shè)計(jì) 專 業(yè)： 電氣工程及其自動(dòng)化 班 級： 學(xué) 號： 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 2010年 9 月 25 日112摘 要在電力系統(tǒng)得故障中，大多數(shù)的故障時(shí)送電線路（特別是架空線路）的故障。運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，架空線路故障大都是瞬時(shí)性的。因此，在線路因故障被斷開后再進(jìn)行一次重合閘就有可能大大提高供電的可靠性。此次設(shè)計(jì)主要討論基于plc的自動(dòng)重合閘的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)。此類重合閘抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高，程序簡單易學(xué)，安裝簡單，維修方便，體積小，重量輕，具有豐富的i/o接口模塊，擴(kuò)展能力強(qiáng)，特別適合在高壓輸電線跨越林區(qū)及一些環(huán)境復(fù)雜的地區(qū)使用，較傳統(tǒng)的重合閘裝置使用壽命長，

2、拒動(dòng)、誤動(dòng)率低。abstractin the faulures of the power system, most of the transmission lines (especially overhead line)faults. the operation experience shows that overhead lines fault is transient. therefore, its maybe greatly improved the reliability of power supply under the autoreclose after transmission

3、line disconnected by the faults. the main duty of the design is about the autoreclosure based on plc, as well as its application. its strong anti-jamming capability, high reliability, easy to operate and install, convenient maintenance, small volume, light weight, rich of the i/o interface module, e

4、xtensible, especially suitable for high voltage transmission lines across the region, and some of the complex environment.complare with the traditional device,them have long service life, and the low rate of the misoperation.關(guān)鍵詞： 自動(dòng)重合閘；plc；電力系統(tǒng)keywods: autoreclosure；plc；power system目 錄1 任務(wù)提出與方案論證61.

5、1 設(shè)計(jì)任務(wù)的提出61.2 設(shè)計(jì)方案的論證62 總體設(shè)計(jì)72.1 系統(tǒng)框架設(shè)計(jì)72.2 重合閘系統(tǒng)框架設(shè)計(jì)73 詳細(xì)設(shè)計(jì)93.1硬件設(shè)計(jì)93.2軟件設(shè)計(jì)104 總結(jié)12參考文獻(xiàn)13 1 任務(wù)提出與方案論證1.1設(shè)計(jì)任務(wù)的提出在電力系統(tǒng)得故障中，大多數(shù)的故障時(shí)送電線路（特別是架空線路）的故障。運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，架空線路故障大都是瞬時(shí)性的，例如，雷電引起的絕緣子閃絡(luò)等。在線路被繼電保護(hù)迅速斷開后，電弧即行熄滅，外界物體也被電弧燒掉而消失。此時(shí)，如果把斷開的線路短路器再合上，就能夠恢復(fù)正常的供電，此即瞬時(shí)性故障。實(shí)際統(tǒng)計(jì)表明，高壓架空輸電線路瞬時(shí)性故障占總故障的80%以上，且輸送電壓越高這個(gè)比例越大。由

6、于送電線路上的故障具有這種性質(zhì)，因此，在線路被斷開后再進(jìn)行一次重合閘就有可能大大提高供電的可靠性?；谶@種前提，自動(dòng)重合閘裝置在電力系統(tǒng)就顯得非常重要。 1.2設(shè)計(jì)方案的論證在電力系統(tǒng)中，自動(dòng)重合閘具有以下經(jīng)濟(jì)效果：1、 大大提高供電可靠性，減小線路停電的次數(shù)，特別是對單側(cè)電源的單回路尤為顯著；2、 在高壓輸電線路上采用重合閘，還可以提高電力系統(tǒng)并列運(yùn)行的穩(wěn)定性，從而提高傳送容量。3、 對于短路器本身由于機(jī)構(gòu)不良或繼電保護(hù)誤動(dòng)作引起的跳閘，也能起糾正的作用。基于以上幾條及輸電線路本身的特點(diǎn)，提出以下兩種自動(dòng)重合閘裝置設(shè)計(jì)方案。方案一：基于單片機(jī)的自動(dòng)重合閘設(shè)計(jì)；方案二：基于plc的自動(dòng)重合閘設(shè)

7、計(jì)。由于plc抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高，程序簡單易學(xué)，安裝簡單，維修方便，體積小，重量輕，具有豐富的i/o接口模塊，擴(kuò)展能力強(qiáng)。特別是在高壓輸電線跨越林區(qū)及一些環(huán)境復(fù)雜的地區(qū)時(shí)plc的干擾能力強(qiáng)，可靠性高的特點(diǎn)能滿足設(shè)計(jì)運(yùn)行年限內(nèi)中合閘裝置的使用壽命，次數(shù)，不拒動(dòng)，不誤動(dòng)。隨著plc的技術(shù)日益成熟，其性價(jià)比已經(jīng)非常高。綜合考慮以上因素，本設(shè)計(jì)方案選擇方案二。2 總體設(shè)計(jì)可編程邏輯控制器( plc) 的主要特點(diǎn)是：用內(nèi)部已定義的各種輔助繼電器代替機(jī)械觸點(diǎn)繼電器，通過軟件編程方式用內(nèi)部邏輯關(guān)系代替實(shí)際的硬件連接導(dǎo)線，這些內(nèi)部繼電器的節(jié)點(diǎn)變位時(shí)間可理想化地認(rèn)為等于零，因此只需考慮它的0 - 1 狀態(tài)而

8、無需考慮傳統(tǒng)繼電器所固有的返回系數(shù)?；谶@一特點(diǎn)，將plc 引入繼電保護(hù)裝置中,一方面可以大大改善裝置的動(dòng)作準(zhǔn)確性和可靠性；另一方面，又可兼容傳統(tǒng)的繼電保護(hù)設(shè)計(jì)思想和技術(shù)方法,尤其是對于自動(dòng)重合閘這樣的邏輯關(guān)系較復(fù)雜的控制功能，應(yīng)用plc 軟件編程能很快設(shè)計(jì)出最簡明的符合規(guī)程的方案，并能與饋電線路的其他保護(hù)控制方案在同一程序中進(jìn)行設(shè)計(jì)、相互配合。plc 的微電腦屬性使得各保護(hù)裝置之間、裝置與主控機(jī)之間能夠按計(jì)算機(jī)通訊方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞，配以主機(jī)監(jiān)控平臺從而構(gòu)成整個(gè)變電站自動(dòng)化系統(tǒng)。2.1 系統(tǒng)框架設(shè)計(jì)該設(shè)計(jì)將通常所謂“計(jì)算機(jī)繼電器邏輯電路”分解成保護(hù)功能繼電器組和plc 2個(gè)部分。根據(jù)不同保護(hù)對

9、象(主變差動(dòng)保護(hù)、母線保護(hù)、電容器保護(hù)、線路保護(hù)、電動(dòng)機(jī)保護(hù)等) 由不同保護(hù)功能的繼電器組組合，使裝置分成若干個(gè)標(biāo)準(zhǔn)型號，其中所有的單一保護(hù)元件均遵循正邏輯法，,則在plc 中定義為動(dòng)作節(jié)點(diǎn)。如圖2-1所示。圖2-1 系統(tǒng)框架當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生任何故障時(shí)，故障信息引起功能繼電器組動(dòng)作于plc并同時(shí)傳回主控機(jī)，主控機(jī)經(jīng)分析后發(fā)送信息給plc。plc采集繼電器組和主控機(jī)的信息來控制故障的系統(tǒng)。2.2 重合閘系統(tǒng)框架設(shè)計(jì)重合閘系統(tǒng)款圖如圖2-2所示。實(shí)際斷路器(簡稱qf)由合閘線圈、合閘電磁機(jī)構(gòu)；分閘線圈、脫扣機(jī)構(gòu)、主觸頭、輔助觸頭等組成。自動(dòng)重合閘裝置由啟動(dòng)回路、延時(shí)回路、執(zhí)行回路等組成。當(dāng)控制電路給

10、斷路器發(fā)出合閘信號時(shí)，其合閘線圈受電，合閘電磁機(jī)構(gòu)動(dòng)作，主觸頭閉合，同時(shí)輔助觸頭作相應(yīng)轉(zhuǎn)換, 自動(dòng)重合閘裝置中的電容充電儲能。若線路發(fā)生短路故障，保護(hù)裝置發(fā)出分閘信號，斷路器分閘線圈受電，脫扣機(jī)構(gòu)使斷路器跳閘，主觸頭切斷短路電流，輔助觸頭給自動(dòng)重合閘發(fā)出斷路器分閘位置信號，使啟動(dòng)回路工作,經(jīng)過一定延時(shí)后執(zhí)行回路動(dòng)作，由出口回路發(fā)出重合閘信號，使斷路器進(jìn)行重合閘。若為瞬時(shí)性故障,重合成功，恢復(fù)供電；若為永久性故障，斷路器將再次跳閘，之后不再進(jìn)行重合。圖2-2 重合閘系統(tǒng)框圖3 詳細(xì)設(shè)計(jì)plc是一種性能較好的控制器,在惡劣的工作環(huán)境下能可靠地工作,其平均故障間隔時(shí)間(mtbf)在5 104 h以上

11、。用plc實(shí)現(xiàn)自動(dòng)重合閘，可用其內(nèi)部已定義的各種輔助繼電器代替?zhèn)鹘y(tǒng)的機(jī)械觸點(diǎn)繼電器,通過軟件編程方式，用內(nèi)部邏輯關(guān)系代替實(shí)際的硬件連接線，從根本上簡化動(dòng)作的物理鏈條。從繼電保護(hù)動(dòng)作啟動(dòng)開始，僅經(jīng)過plc邏輯處理后就可直接發(fā)出重合閘動(dòng)作信號，動(dòng)作過程無觸點(diǎn)參與。plc控制方式既克服了使用傳統(tǒng)繼電器所帶來的種種弊端,又兼容傳統(tǒng)繼電器的設(shè)計(jì)思想和技術(shù)方案。3.1 硬件設(shè)計(jì)圖3-1 plc實(shí)現(xiàn)自動(dòng)重合閘的過程為保護(hù)plc輸出觸點(diǎn)、合閘、分閘信號經(jīng)微型大功率繼電器ka1、ka2 轉(zhuǎn)換后接到斷路器的合閘線圈和分閘線圈。而ka1、ka2 為直流感性負(fù)載，有沖擊電流，會產(chǎn)生噪聲，為減少輸出電路噪聲的干擾，在直

12、流感性負(fù)載兩端并接二極管保護(hù)電路。為提高供電的安全可靠性，采用在線式不間斷供電電源(ups)給plc供電。采用plc 控制后，僅用ka1、ka2 的無源常開觸點(diǎn)接到合閘線圈和跳閘線圈的控制回路中，通過編程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)重合閘功能及其他保護(hù)功能，復(fù)雜的邏輯關(guān)系大大簡化了，接線簡單，系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)方便。如圖3-2所示。圖3-2 plc i/o分配及接線圖3.2 軟件設(shè)計(jì)用plc軟件編程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)重合閘控制功能不僅涵蓋了電磁式自動(dòng)重合閘的所有功能，而且延時(shí)精度高、控制靈活。其完成的功能包括：重合閘動(dòng)作后程序能自動(dòng)復(fù)歸，以準(zhǔn)備好下次動(dòng)作；手動(dòng)操作將斷路器斷開或手動(dòng)合閘于永久性故障線路時(shí)，閉鎖“自動(dòng)重合閘回路”；

13、具備重合n 次的功能；完成重合閘規(guī)定的次數(shù)后，不再重合閘；根據(jù)具體線路出現(xiàn)瞬消性故障的性質(zhì)，用軟件任意設(shè)定重合閘準(zhǔn)備時(shí)間；具備后加速及防跳功能等。設(shè)計(jì)程序流程如圖3-3、3-4所示。圖3-3圖3-4 自動(dòng)重合閘程序流圖4 總結(jié)此次歷時(shí)近一個(gè)月的綜合課程設(shè)計(jì)是對前期所學(xué)專業(yè)課程的綜合運(yùn)用。本次基于plc的自動(dòng)重合閘的設(shè)計(jì)在同學(xué)和老師的幫助下得以順利完成。在設(shè)計(jì)的過程中涉及到很多專業(yè)方面的知識，特別是關(guān)于繼電保護(hù)和電力系統(tǒng)分析方面的，使自己進(jìn)一步熟悉了這方面的專業(yè)知識加深了印象。同時(shí)又對再設(shè)計(jì)過程中未成學(xué)習(xí)的過的plc有了初步的了解，基本掌握了這方面的基本知識。通過本次設(shè)計(jì)也是自己了解到了很多的不足：基礎(chǔ)知識不是很熟悉，專業(yè)方面上的知識有待進(jìn)一步提高和深入。再者，設(shè)計(jì)的系統(tǒng)功能還不是很完善，有待在以后的學(xué)習(xí)中進(jìn)一步努力，提高動(dòng)手能力，加深知識了解。參考文獻(xiàn)1康華光，陳大欽. 電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分（第五版）m. 北京：高等教育出版社，20052向曉漢，陸斌. 電氣控制與plc基礎(chǔ) m. 北京：清華大學(xué)出版社，20073張保會，尹項(xiàng)根. 電力系統(tǒng)繼電保護(hù) m