畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）基于PLC的工廠10kv架空線路的保護(hù)設(shè)計(jì)

1、摘 要架空線路對(duì)工廠的正常生產(chǎn)具有重要的作用。因此，工廠的架空線路的保護(hù)也變得尤為重要。由繼電器、接觸器和各種開(kāi)關(guān)按照一定的邏輯關(guān)系用導(dǎo)線連接成的傳統(tǒng)的繼電保護(hù)，接線多，連接點(diǎn)多，觸點(diǎn)多，接觸電阻大，電磁線圈體積大、能耗大，還有較大的磁滯現(xiàn)象，當(dāng)控制線路復(fù)雜時(shí)，所產(chǎn)生的熱量和雜散磁場(chǎng)帶來(lái)環(huán)境污染。近三十年來(lái)，微機(jī)保護(hù)得到了迅速的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用。它已經(jīng)逐漸的替代了傳統(tǒng)的繼電保護(hù)。其中，plc（可編程控制器）就是很具有代表性的控制裝置。這種新的控制方式體現(xiàn)了plc體積小、功能強(qiáng)、靈活通用與維護(hù)方便等一系列優(yōu)點(diǎn)。本文敘述了基于plc來(lái)設(shè)計(jì)工廠10kv架空線路的保護(hù)。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要以傳統(tǒng)繼電保護(hù)

2、為基礎(chǔ)來(lái)計(jì)算出10kv架空線路的短路電流，通過(guò)對(duì)線路的整定計(jì)算和靈敏度校驗(yàn)來(lái)設(shè)計(jì)出其原理圖并選出保護(hù)裝置和設(shè)備，再利用原理圖畫出其展開(kāi)圖、i/o表和輸入輸出端子接線圖，最后根據(jù)上述結(jié)論繪制梯形圖并寫出指令語(yǔ)句表。關(guān)鍵字：10kv架空線路 傳統(tǒng)繼電保護(hù) 微機(jī)保護(hù) plc 原理圖abstract overhead lines on the plant has an important role in normal production. therefore, the protection of the factory overhead lines has become more important

3、. due to relay, contactor and a variety of switches according to some logical relationship the conventional protection of relay with wire connected are characterized by multiple wiring, multiple connection points, more contacts, large contact resistance, solenoid bulky, energy consumption and large

4、hysteresis, when the control circuit becomes complicated, the heat it generates and stray magnetic field produce environmental pollution. last three decades, microprocessor-based protection has been the rapid development and wide application. it has gradually replaced the conventional protection of

5、relay. plc(programmable logic controller) is the typical control. this new control method reflects the plc has small size, strong function, flexible general, easy maintenance and a series of advantages. this paper describe plc-based to design the protection of 10kv overhead lines on the plant. in th

6、e design process, it requires to calculate the short-circuit current of 10kv overhead lines based on the conventional protection of relay ,design its schematic and select protective device and equipment by setting calculation of line and sensitivity check, then use schematic to draw out its expansio

7、n plan, i/o list and input and output terminal wiring diagram, finally, draw the ladder and write the directive statement list according to the above conclusion.key words: 10kv overhead lines, conventional protection of relay, microprocessor-based protection, plc, schematic目 錄第一章 緒論11.1電力系統(tǒng)輸電線路的電流保護(hù)

8、11.1.1無(wú)時(shí)限電流速斷保護(hù)（電流保護(hù)第i段）11.1.2帶時(shí)限電流速斷保護(hù)（電流保護(hù)第ii段）21.1.3定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)（電流保護(hù)第iii段）51.2 plc的產(chǎn)品與分類71.2.1 plc的分類71.2.2常見(jiàn)的plc產(chǎn)品81.3 plc的工作原理81.4 plc的基本指令及其器件代號(hào)91.4.1 plc的基本指令91.4.2 plc的器件代號(hào)9第二章 10kv架空線路的整定計(jì)算和靈敏度校驗(yàn)112.1整定計(jì)算及靈敏度校驗(yàn)的公式112.1.1計(jì)算標(biāo)幺電抗的公式112.1.2計(jì)算短路電流的公式112.1.3保護(hù)整定靈敏度計(jì)算的公式112.2 10kv架空線路的整定計(jì)算和靈敏度校驗(yàn)132.2

9、.1計(jì)算標(biāo)幺電抗132.2.2計(jì)算短路電流142.2.3保護(hù)整定及靈敏度計(jì)算152.2.4過(guò)電流保護(hù)162.2.5保護(hù)線路的原理圖和展開(kāi)圖17第三章 plc對(duì)10kv架空線路保護(hù)的設(shè)計(jì)183.1 10kv架空線路保護(hù)動(dòng)作步驟183.2保護(hù)線路的i/o分配表183.3梯形圖與指令語(yǔ)句表193.4 plc外圍接口電路20第四章 結(jié) 論21謝 辭22參考文獻(xiàn)23附 錄24第一章 緒論1.1電力系統(tǒng)輸電線路的電流保護(hù)1.1.1無(wú)時(shí)限電流速斷保護(hù)（電流保護(hù)第i段）無(wú)時(shí)限電流速斷保護(hù)（相間短路電流保護(hù)第i段）的作用是保證在任何情況下只切除本線路上的故障。其原理可用圖1-1所示的單電源輻射網(wǎng)絡(luò)來(lái)說(shuō)明。假定圖

10、中斷路器1、2、3qf處均裝有無(wú)時(shí)限電流速斷保護(hù)，以ab線路斷路器1qf處的無(wú)時(shí)限電流速斷保護(hù)為例，首先應(yīng)計(jì)算ab線路各處三相和兩相短路時(shí)的短路電流，以確定如何計(jì)算該保護(hù)的電流整定值，即無(wú)時(shí)限電流速斷保護(hù)的動(dòng)作電流。 圖1-1 無(wú)時(shí)限電流速斷保護(hù)整定計(jì)算示意圖若忽略線路的電阻分量，則歸算至斷路器1qf處的系統(tǒng)等效電阻的相電勢(shì)為，等效電源的阻抗最大值為（稱此時(shí)該等效電源系統(tǒng)為最小運(yùn)行方式），最小值為（稱此時(shí)該等效電源系統(tǒng)為最大運(yùn)行方式），故障點(diǎn)至1qf保護(hù)安裝處的距離為l，設(shè)每公里線路正序電抗為，則在線路各點(diǎn)三相短路時(shí)最大短路電流和兩相短路時(shí)最小短路電流分別為： （1-1）其斷流變化曲線如圖1-

11、1中的曲線1和2所示。斷路器1qf處無(wú)時(shí)限電流速斷保護(hù)裝置中使測(cè)量元件動(dòng)作的一次電流稱為保護(hù)的動(dòng)作電流（即無(wú)時(shí)限電流速斷保護(hù)的整定值或測(cè)量元件的一次動(dòng)作電流），用表示，下標(biāo)“op1”表示斷路器1qf處保護(hù)的動(dòng)作電流，上標(biāo)“i”表示為電流第i段保護(hù)。為了使無(wú)時(shí)限電流速斷保護(hù)只在ab線路上發(fā)生相間短路故障時(shí)才動(dòng)作，斷路器1qf跳閘時(shí)，其保護(hù)的動(dòng)作電流必須大于bc線路首端點(diǎn)短路的最大短路電流。實(shí)際上，保護(hù)至ab線路末端的電氣距離與保護(hù)至bc線路首端的電氣距離近似相等。所以， ，為母線b處短路，即被保護(hù)線路ab末端短路時(shí)的最大短路電流。故斷路器1qf處的無(wú)時(shí)限電流速斷保護(hù)的動(dòng)作電流應(yīng)整定為： （1-2

12、）式中，電流保護(hù)第i段的可靠系數(shù)，大于1，可取1.21.3，用于保證在有各種誤差（如元件整定誤差和非周期分量影響等）的情況下該保護(hù)在區(qū)外短路時(shí)的不動(dòng)作。也就是說(shuō)無(wú)時(shí)限電流速斷保護(hù)（電流保護(hù)第i段）的動(dòng)作電流要躲過(guò)外部短路時(shí)的最大短路電流，可用圖1-1所示的直線3表示。從以上分析計(jì)算可得到以下結(jié)論：無(wú)時(shí)限電流速斷保護(hù)依靠動(dòng)作電流值來(lái)保證其選擇性，即被保護(hù)線路外部短路時(shí)流過(guò)該保護(hù)的電流總小于其動(dòng)作電流，不能動(dòng)作；而只有在內(nèi)部短路時(shí)流過(guò)保護(hù)的電流才有可能大于其動(dòng)作電流，使保護(hù)動(dòng)作。故無(wú)時(shí)限電流速斷保護(hù)不必外加延時(shí)元件即可保證保護(hù)的選擇性。也就是說(shuō)，電流保護(hù)第i段的人為延時(shí)，即電流保護(hù)第i段的動(dòng)作時(shí)間

13、為。無(wú)時(shí)限電流速斷保護(hù)的靈敏度可用保護(hù)范圍，即它所保護(hù)的線路長(zhǎng)度的百分?jǐn)?shù)來(lái)表示。因此，保護(hù)在不同運(yùn)行方式下和不同短路類型時(shí)，保護(hù)的保護(hù)范圍（或靈敏度）各不相同。如圖1-1所示，當(dāng)系統(tǒng)在最大運(yùn)行方式下三相短路時(shí)，保護(hù)范圍最大，為；而系統(tǒng)在最小運(yùn)行方式下兩相短路時(shí)，保護(hù)范圍最小，為。無(wú)時(shí)限電流保護(hù)不能保護(hù)線路全長(zhǎng)，應(yīng)采用最不利情況下保護(hù)的保護(hù)范圍來(lái)校驗(yàn)保護(hù)的靈敏度，一般要求保護(hù)范圍不小于線路長(zhǎng)度的15%，如，從圖1-1中可知，也可由解析法求得。因?yàn)?所以 （1-3）式中，由式（1-2）確定。1.1.2帶時(shí)限電流速斷保護(hù)（電流保護(hù)第ii段）無(wú)時(shí)限電流速斷保護(hù)（電流保護(hù)第i段）只能保護(hù)線路的一部分，而

14、該線路剩下部分的短路故障必須依靠另外一種電流保護(hù)，即帶時(shí)限電流速斷保護(hù)（電流保護(hù)第ii段）來(lái)可靠切除。這樣，線路上的電流保護(hù)第i段和第ii段共同構(gòu)成整個(gè)被保護(hù)線路的主保護(hù)，它能以盡可能快的速度，可靠并有選擇性地切除本線路上任何一處，包括被保護(hù)線路末端的相間短路故障。根據(jù)帶時(shí)限電流速斷保護(hù)的主要作用，可以確定其電流測(cè)量元件的整定值必須遵循以下原則：第一、在任何情況下，帶時(shí)限電流速斷保護(hù)均能保護(hù)本線路的全長(zhǎng)（包括本線路的末端），為此，保護(hù)范圍必須延伸至相鄰的下一線路，以保證保護(hù)在有各種誤差的情況下仍能線路的全長(zhǎng)；第二、為了保證在相鄰的下一線路出口處短路時(shí)保護(hù)的選擇性，本線路的帶 時(shí)限電流速斷保護(hù)在

15、動(dòng)作時(shí)間和動(dòng)作電流兩個(gè)方面均必須和相鄰線的無(wú)時(shí)限電流速斷保護(hù)配合。現(xiàn)以圖1-2所示的斷路器1qf處的帶時(shí)限電流速斷保護(hù)的整定為例來(lái)說(shuō)明動(dòng)作電流、動(dòng)作時(shí)間的整定計(jì)算方法。設(shè)斷路器1qf處的帶時(shí)限電流速斷保護(hù)的動(dòng)作電流和動(dòng)作時(shí)間分別為和圖1-2 帶時(shí)限電流速斷保護(hù)整定計(jì)算示意圖,為了使其保護(hù)范圍超過(guò),必須有；為了保證選擇性，和必須和相鄰線路電流保護(hù)第i段（即斷路器2qf處的無(wú)時(shí)限電流速斷保護(hù)）配合，即和，以保證在相鄰的下一線路斷路器出口短路時(shí)的選擇性，即保證相鄰的下一線路保護(hù)出口短路時(shí)只由相鄰的下一線路的無(wú)時(shí)限電流速斷保護(hù)動(dòng)作，使斷路器2qf跳閘，切除故障。這時(shí)故障電流消失，而斷路器1qf處的帶時(shí)

16、限電流速斷保護(hù)的測(cè)量元件和邏輯元件均會(huì)返回，故保護(hù)不動(dòng)作?？梢?jiàn)，斷路器1qf處的 帶時(shí)限電流速斷保護(hù)的動(dòng)作電流和動(dòng)作時(shí)間分別應(yīng)整定為： （1-4）式中，斷路器2qf處無(wú)時(shí)限電流速斷保護(hù)的動(dòng)作電流的動(dòng)作電流，等于 ； 斷路器1qf處帶時(shí)限電流速斷保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間； 、斷路器2qf處無(wú)時(shí)限電流速斷保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間和動(dòng)作電流； 電流保護(hù)第ii段的可靠系數(shù)，一般取1.11.2； 時(shí)限階段，它與斷路器的動(dòng)作時(shí)間、被保護(hù)線路的保護(hù)動(dòng)作時(shí)間誤 差、相鄰線路的保護(hù)動(dòng)作時(shí)間誤差等因素有關(guān),一般取0.30.6s，在我 國(guó)通常取0.5s； 斷路器1qf處帶時(shí)限電流速斷保護(hù)的分支系數(shù)的最小值。分支系數(shù)的定義為，在相鄰線路

17、第i段保護(hù)范圍末端，即圖1-2所示的點(diǎn)短路時(shí)，流過(guò)故障線短路電流與流過(guò)被保護(hù)線短路電流的比值，即分支系數(shù)為。的大小因a、b兩母線處等效電源的阻抗值不同而不同，也因b、c母線之間是否存在并聯(lián)回路或環(huán)路而不同。在圖1-2中，若僅b母線有助增電源，而b母線間無(wú)并聯(lián)回路，則因?yàn)辄c(diǎn)短路時(shí)bc線上有助增電流，故；若b母線處無(wú)電源，而b、c母線間有并聯(lián)回路，則因并聯(lián)回路有分流，故；若b母線處有電源，且b、c母線間有并聯(lián)回路，則可能大于1，也可能小于1。為了在上述任何情況下不影響斷路器1qf處電流保護(hù)第ii段的靈敏度，又能保證選擇性，式（1-4）中必須考慮除以分支系數(shù)最小值。例如，當(dāng)b母線僅有電源，而b、c母

18、線間無(wú)并聯(lián)回路時(shí)，必然抬高斷路器2qf處無(wú)時(shí)限電流速斷保護(hù)的動(dòng)作電流的值，因而也抬高了斷路器1qf處帶時(shí)限電流速斷保護(hù)的動(dòng)作電流的值，使斷路器1qf電流保護(hù)第ii段的靈敏度下降，即保護(hù)范圍縮小。為不致因助增電源的影響而抬高斷路器1qf處帶時(shí)限電流速斷保護(hù)的動(dòng)作電流，應(yīng)在式（1-4）的右邊除以大于1的分支系數(shù)最小值，即應(yīng)該按有分支電源時(shí)被保護(hù)線路可能流過(guò)最大短路電流的情況整定斷路器1qf處電流保護(hù)第ii段的動(dòng)作值。當(dāng)電流保護(hù)第ii段的整定值確定后也須校驗(yàn)其靈敏度是否滿足技術(shù)規(guī)程的要求，即要求下式成立： （1-5）式中，在被保護(hù)線末端短路時(shí)流過(guò)1qf處保護(hù)的最小短路電流； 帶時(shí)限電流速斷保護(hù)的靈敏

19、度，其值在技術(shù)規(guī)程中規(guī)定：當(dāng)線 路長(zhǎng)度小于50km時(shí)，大于等于1.5；當(dāng)線路長(zhǎng)度在50200km時(shí)，大于 等于1.4；當(dāng)線路長(zhǎng)度大于200km時(shí)，大于等于1.3。當(dāng)該保護(hù)靈敏度不滿足要求時(shí)，動(dòng)作電流可采用和相鄰線路電流保護(hù)第ii段整定值配合的方法確定，以降低本線路電流保護(hù)第ii段的整定值，提高其靈敏度，即整定值為： （1-6）動(dòng)作時(shí)間亦和相鄰線第ii段動(dòng)作時(shí)間配合，即 （1-7）可見(jiàn)這種提高斷路器1qf處電流保護(hù)第ii段靈敏度的方法犧牲了其速動(dòng)性。當(dāng)上述電流保護(hù)不滿足靈敏度要求時(shí)，也可采用帶時(shí)限電流電壓聯(lián)鎖速斷保護(hù)以提高電流第ii段保護(hù)的靈敏度，但這種方法一般很少采用。從以上1qf帶時(shí)限電流速

20、斷保護(hù)的整定值得分析計(jì)算可以得出如下結(jié)論：第一，帶時(shí)限電流速斷保護(hù)的保護(hù)范圍大于本線路的長(zhǎng)度（即大于100%）；第二，帶時(shí)限電流速斷保護(hù)必須有延時(shí)元件才能保證選擇性；第三，帶時(shí)限電流速斷保護(hù)可兼做本線路無(wú)時(shí)限電流速斷保護(hù)的近后備，即當(dāng)在ab線路電流第i段保護(hù)范圍內(nèi)發(fā)生短路故障而該處電流保護(hù)第i段拒動(dòng)時(shí)，由該處電流保護(hù)第ii段動(dòng)作控制斷路器1qf延時(shí)跳閘。1.1.3定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)（電流保護(hù)第iii段）定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)的作用是作本線路住保護(hù)的后備保護(hù)，即近后備保護(hù)，并作相鄰下一線路（或元件）的后備保護(hù)，即遠(yuǎn)后備保護(hù)。因此它的保護(hù)范圍要求超過(guò)相鄰線路（或元件）的末端。以圖1-2所示的斷路器1qf處

21、定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)為例，其電流保護(hù)第iii段的動(dòng)作電流應(yīng)按以下條件進(jìn)行整定。第一、在正常運(yùn)行并伴有電動(dòng)機(jī)自啟動(dòng)而流過(guò)保護(hù)的最大負(fù)荷電流為時(shí)，該電流保護(hù)不動(dòng)作，即要求動(dòng)作電流應(yīng)滿足下式： （1-8）式中，電動(dòng)機(jī)的自啟動(dòng)系數(shù)，由具體接線、負(fù)荷性質(zhì)、試驗(yàn)數(shù)據(jù)及運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)等因素確定，一般； 正常情況下流過(guò)被保護(hù)線路的可能的最大負(fù)荷電流。第二、非故障線的定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)在外部故障切除后，且下一母線有電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)而流過(guò)最大負(fù)荷電流時(shí)，應(yīng)能可靠返回，即要求滿足以下公式： 即 （1-9）式中，電流測(cè)量元件的返回電流。若電流滿足式（1-9），則必然滿足式（1-8）。將（返回系數(shù)）代入式（1-9），取臨界值，經(jīng)整理得到

22、整定電流的計(jì)算公式： （1-10）式中，電流保護(hù)第iii段的可靠系數(shù)，大于1，一般取1.151.25； 電流測(cè)量元件的返回系數(shù)，小于1，決定于具體的電流測(cè)量元件的特性，在0.850.99之間選取，一般取0.85。由于定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)的動(dòng)作值只考慮在最大負(fù)荷電流情況下保護(hù)不動(dòng)作和保護(hù)能可靠返回的情況，而無(wú)時(shí)限電流速斷保護(hù)和帶時(shí)限電流速斷保護(hù)的動(dòng)作電流則必須躲過(guò)某一段短路電流，因此，電流保護(hù)第iii段的動(dòng)作電流通常比電流保護(hù)第i段和第ii段的動(dòng)作電流小得多，其靈敏度比電流保護(hù)第ii、i段更高。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中某處發(fā)生短路故障時(shí)，從故障點(diǎn)至電源之間所有線路上的電流保護(hù)第iii段的電測(cè)量元件均可能動(dòng)作。為了保

23、證選擇性，各線路第iii段電流保護(hù)均需增加延時(shí)元件，且各線路第iii段保護(hù)的延時(shí)必須相互配合。例如，斷路器1qf處第iii段電流保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間應(yīng)和相鄰線路斷路器2qf所在線段的第iii段電流保護(hù)動(dòng)作時(shí)間配合，斷路器2qf所在線路的第iii段保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間應(yīng)和斷路器3qf所在線路第iii段保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間配合，以此類推。例如，圖1-3中（圖中m為電動(dòng)機(jī)）各線路第iii段保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間之間應(yīng)有如下關(guān)系： (1-11) 這種各線路定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)動(dòng)作時(shí)間的相互配合關(guān)系,即兩相鄰線路電流保護(hù)第iii段動(dòng)作時(shí)間之間相差一個(gè)時(shí)限階段的整定方式稱按階梯原則整定。分析圖1-3可知：為了保證選擇性，在圖1-3中，

24、若，則必須滿足以下關(guān)系： 末級(jí)線路的定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間可以是保護(hù)中所有元件的固有動(dòng)作時(shí)間之和，而不必外加延時(shí)邏輯元件，故該線路可不必再裝電流速斷保護(hù)作為主保護(hù)；線路越接近電源，其定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)動(dòng)作時(shí)間越長(zhǎng)，故必須依靠該線路的主保護(hù)動(dòng)作以迅速切除故障。 圖1-3 定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)動(dòng)作時(shí)間整定示意圖對(duì)于所計(jì)算的動(dòng)作電流，必須按其保護(hù)范圍末端最小可能的短路電流進(jìn)行靈敏度校驗(yàn)。例如，在進(jìn)行斷路器1qf處定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)的靈敏度校驗(yàn)時(shí)，當(dāng)它作為近后備保護(hù)時(shí)，靈敏度要求滿足式（1-12），當(dāng)它作為遠(yuǎn)后備保護(hù)時(shí)，靈敏度要求滿足式（1-13）。 （近后備） （1-12） （遠(yuǎn)后備） （1-13）式中

25、，被保護(hù)線路末端短路時(shí)流過(guò)該處保護(hù)的最小故障電流； 相鄰線路末端短路時(shí)流過(guò)該處保護(hù)的最小故障電流。1.2 plc的產(chǎn)品與分類1.2.1 plc的分類plc的產(chǎn)品一般按輸入輸出接線端子個(gè)數(shù)(i/o總點(diǎn)數(shù))和可以儲(chǔ)存的程序步數(shù)(一步就是執(zhí)行一條指令)多少分為微型機(jī)、小型機(jī)、中型機(jī)和大型機(jī)。微型機(jī)：i/o總點(diǎn)數(shù)不超過(guò)20，程序步數(shù)為3001000的plc。微型機(jī)的體積小、重量輕、功能簡(jiǎn)單，常使用于機(jī)械人的關(guān)節(jié)控制，以及家庭自動(dòng)化、小型機(jī)械自動(dòng)化裝置中。小型機(jī)：i/o總點(diǎn)數(shù)為20128，程序步數(shù)小于2000的plc。小型機(jī)具有邏輯運(yùn)算、算術(shù)運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)、數(shù)據(jù)處理和傳送、通信聯(lián)絡(luò)等多種應(yīng)用指令。小型

26、機(jī)一般用來(lái)代替繼電器接觸器控制系統(tǒng)，作為單機(jī)控制或簡(jiǎn)單生產(chǎn)過(guò)程的控制裝置。由于價(jià)格便宜、使用廣泛，小型機(jī)是當(dāng)前產(chǎn)量最大的，甚至一些中型機(jī)和大型機(jī)的cpu模塊可以單獨(dú)作為小型機(jī)使用。中型機(jī)：i/o總點(diǎn)數(shù)為128512，程序步數(shù)為20008000的plc。中型機(jī)一般采用模塊化機(jī)架結(jié)構(gòu)。這種機(jī)型由主機(jī)（cpu模塊）和可選的特殊功能模塊組成。特殊功能模塊包括：i/o點(diǎn)擴(kuò)展模塊、ad/da模塊、數(shù)字計(jì)算、過(guò)程參數(shù)調(diào)節(jié)（pid比例-積分-微分調(diào)節(jié)）、定時(shí)器以及計(jì)數(shù)器等。既可以單獨(dú)使用cpu模塊，也可以用特殊功能模塊增強(qiáng)cpu模塊的功能，十分靈活。中型機(jī)主要應(yīng)用于較為復(fù)雜的控制系統(tǒng)中，特別是那些控制功能根據(jù)

27、需要逐步增強(qiáng)的控制系統(tǒng)。大型機(jī)：i/o總點(diǎn)數(shù)為5128192，程序步數(shù)大于8000的plc，比中型機(jī)增加了聯(lián)網(wǎng)通信、監(jiān)視、打印、磁盤存儲(chǔ)、記錄、中斷控制、智能控制以及遠(yuǎn)程控制功能。有的大型機(jī)還使用了32位多cpu并行處理技術(shù)，存儲(chǔ)容量達(dá)到數(shù)兆字節(jié)，工作速度極快，可以達(dá)到小于100ms/kb。大型機(jī)主要使用于大型自動(dòng)化制造網(wǎng)絡(luò)中以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)實(shí)控制。1.2.2常見(jiàn)的plc產(chǎn)品plc的生產(chǎn)廠家和產(chǎn)品都很多，國(guó)內(nèi)使用較多的有：日本omron公司的sysmac-c系列，德國(guó)siemens公司的s5、s7系列，misubishi公司的f2、f4系列和k2、k3系列，美國(guó)德州儀器公司的ti、pm系列。國(guó)產(chǎn)的有上

28、海香島機(jī)電制造有限公司的acmy-s系列，上海機(jī)床電器廠的cky系列，蘇州電子計(jì)算機(jī)廠的yz-pc系列，北京聯(lián)想計(jì)算機(jī)集團(tuán)公司的gk系列，杭州機(jī)床電器廠的ddk系列，天津中環(huán)自動(dòng)化儀表公司的djk-s系列，無(wú)錫電子工業(yè)有限公司（合資）的sr系列等。 改革開(kāi)放以來(lái)，國(guó)外著名廠商在我國(guó)合資建廠生存plc，這將對(duì)我國(guó)的plc的研發(fā)、趕超世界先進(jìn)水平起到極大的促進(jìn)作用，不久我們就會(huì)看到適合我國(guó)國(guó)情的plc大量上市。1.3 plc的工作原理plc對(duì)用戶程序的執(zhí)行過(guò)程是通過(guò)cpu的周期循環(huán)掃描并采用集中采樣、集中輸出的方式來(lái)完成。當(dāng)plc開(kāi)始運(yùn)行時(shí)，首先清除輸入輸出寄存器狀態(tài)表的原有內(nèi)容，然后進(jìn)行自診斷，

29、自檢cpu及i/o組件，確認(rèn)其工作正常后，開(kāi)始循環(huán)掃描。循環(huán)掃描分三個(gè)階段，如圖1-4所示。 圖1-4 plc的掃描工作過(guò)程輸入處理階段掃描全部輸入端，讀取其狀態(tài)并寫入輸入狀態(tài)寄存器狀態(tài)表內(nèi)。程序處理階段掃描用戶程序，它按梯形圖的次序（從左到右、從上到下）逐“步”掃描，并根據(jù)各i/o狀態(tài)和有關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行算術(shù)和邏輯運(yùn)算，最后將運(yùn)算的結(jié)果寫入輸出寄存器狀態(tài)表。輸出處理階段當(dāng)所有指令都掃描處理完畢時(shí)，把輸出狀態(tài)表中所有輸出繼電器的通、斷（0）狀態(tài)轉(zhuǎn)存到輸出鎖存電路及驅(qū)動(dòng)輸出繼電器電路，使輸出設(shè)備作出相應(yīng)動(dòng)作。之后cpu又返回去進(jìn)行下一掃描循環(huán)。每次從讀入輸入狀態(tài)到發(fā)出輸出信號(hào)的這段時(shí)間稱為掃描周期。掃

30、描周期的長(zhǎng)短隨plc本身的時(shí)鐘頻率及用戶程序的長(zhǎng)短而有所不同，由于掃描速度很快，大約一個(gè)掃描周期通常為十到幾十毫秒，對(duì)一般工業(yè)被控對(duì)象來(lái)說(shuō)，掃描過(guò)程幾乎是與輸入同時(shí)完成的。值得注意的是，在一個(gè)掃描周期中，輸入采樣工作只在輸入處理階段進(jìn)行，對(duì)全部輸入端掃描一遍并記下它們的狀態(tài)后，即進(jìn)入程序處理階段，這時(shí)不管輸入端的狀態(tài)作何改變，輸入狀態(tài)表不會(huì)變化，直到下一個(gè)循環(huán)的輸入處理階段才根據(jù)當(dāng)時(shí)掃描到的狀態(tài)予以刷新。這種集中采樣、集中輸出的工作方式使plc在運(yùn)行中的絕大部分時(shí)間實(shí)質(zhì)上和外部設(shè)備是隔離的，這就從根本上提高了plc的抗干擾能力，提高了可靠性。1.4 plc的基本指令及其器件代號(hào) 本文使用的是o

31、mron（立石）公司生產(chǎn)的plc來(lái)對(duì)工廠10kv架空線路的保護(hù)進(jìn)行設(shè)計(jì)的。1.4.1 plc的基本指令本文記述常用的基本指令。表1-1 常用的基本指令表指令說(shuō) 明指令說(shuō) 明ld取指令out輸出指令ldi取反指令orb將與的部分或指令and與指令anb將或的部分與指令ani與非指令or或指令1.4.2 plc的器件代號(hào)omron公司的plc器件實(shí)質(zhì)上就是等效繼電器的器件。它包括輸入繼電器、輸出繼電器、輔助繼電器、專用繼電器、暫存繼電器、保持繼電器、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器共九種器件。本文僅需要輸入繼電器、輸出繼電器、輔助繼電器、計(jì)時(shí)繼電器。表1-2 plc的器件及其代號(hào)器件名稱器件代號(hào)輸入繼電

32、器x000x013 x400x413 x500x513輸出繼電器y30y37 y430y437 y530y537輔助繼電器m100m157定時(shí)繼電器t50t57 t450t457 t550t557第二章 10kv架空線路的整定計(jì)算和靈敏度校驗(yàn)2.1整定計(jì)算及靈敏度校驗(yàn)的公式2.1.1計(jì)算標(biāo)幺電抗的公式最大運(yùn)行方式發(fā)電機(jī)電抗標(biāo)幺值： 最小運(yùn)行方式發(fā)電機(jī)電抗標(biāo)幺值： 線路電抗標(biāo)幺值： 變壓器電抗標(biāo)幺值： 式中，系統(tǒng)基準(zhǔn)容量 系統(tǒng)最大容量 系統(tǒng)最小容量 線路單位長(zhǎng)度的電抗 線路的長(zhǎng)度 線路的基準(zhǔn)電壓 變壓器阻抗電壓百分比 變壓器的額定容量2.1.2計(jì)算短路電流的公式基準(zhǔn)電流： 短路穩(wěn)態(tài)電流： 式中，

33、d點(diǎn)發(fā)生短路，線路的總阻抗2.1.3保護(hù)整定靈敏度計(jì)算的公式瞬時(shí)電流速斷保護(hù)繼電器動(dòng)作電流按躲過(guò)線路末端三相短路電流計(jì)算。繼電器動(dòng)作電流： 保護(hù)裝置的一次動(dòng)作電流： 保護(hù)裝置的靈敏系數(shù)： ，要求大于2。式中，可靠系數(shù)，過(guò)流時(shí)，dl型繼電器為1.2，gl型為1.3；電流速斷時(shí)， dl型繼電器為1.3，gl型為1.5 接線系數(shù)，接于相電流時(shí)取1，接于相電流差時(shí)取 電流互感器的變比 相對(duì)靈敏系數(shù)取0.87定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)按躲過(guò)過(guò)負(fù)荷電流條件計(jì)算保護(hù)裝置的動(dòng)作電流。繼電器動(dòng)作電流： 按與下級(jí)變壓器過(guò)電流保護(hù)裝置的動(dòng)作電流相配合條件計(jì)算保護(hù)裝置的動(dòng)作電流。變壓器過(guò)電流保護(hù)裝置的動(dòng)作電流： 線路過(guò)電流保護(hù)

34、裝置的動(dòng)作電流： 保護(hù)裝置的一次動(dòng)作電流： 在線路末端發(fā)生兩相短路故障時(shí)，保護(hù)裝置的靈敏系數(shù)： ，要求大于等于1.5在變壓器后發(fā)生三相短路故障時(shí)，保護(hù)裝置的靈敏系數(shù)： ，要求大于1.2式中，電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)的線路過(guò)負(fù)荷電流 繼電器返回系數(shù)，取0.85 過(guò)負(fù)荷系數(shù)，取4 最大一臺(tái)變壓器的額定電流（a） 變壓器過(guò)電流保護(hù)用電流互感器變比2.2 10kv架空線路的整定計(jì)算和靈敏度校驗(yàn)技術(shù)參數(shù)： 系統(tǒng)基準(zhǔn)容量: ;最大容量：；最小容量： 。 電廠距220kv變電所：10公里； 220/10.5kv變壓器參數(shù)： ，； 架空輸電線線型：lgj-50，； 10kv線路：長(zhǎng)度5.16公里； 10/0.4kv變壓器

35、參數(shù)： ，； 考慮電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)的線路過(guò)負(fù)荷電流：。2.2.1計(jì)算標(biāo)幺電抗最大運(yùn)行方式發(fā)電機(jī)電抗標(biāo)幺值：最小運(yùn)行方式發(fā)電機(jī)電抗標(biāo)幺值：線路電抗標(biāo)幺值：變壓器電抗標(biāo)幺值：被保護(hù)線路電抗標(biāo)幺值：變壓器電抗標(biāo)幺值：2.2.2計(jì)算短路電流基準(zhǔn)電流：最大運(yùn)行方式下點(diǎn)發(fā)生短路，線路總阻抗為：短路穩(wěn)態(tài)電流：點(diǎn)發(fā)生短路，線路總阻抗為：短路穩(wěn)態(tài)電流：最小運(yùn)行方式下點(diǎn)發(fā)生短路，線路總阻抗為：短路穩(wěn)態(tài)電流：點(diǎn)發(fā)生短路，線路總阻抗：短路穩(wěn)態(tài)電流：點(diǎn)發(fā)生短路，線路總阻抗為：短路穩(wěn)態(tài)電流：2.2.3保護(hù)整定及靈敏度計(jì)算瞬時(shí)電流速斷保護(hù)：動(dòng)作電流應(yīng)躲過(guò)線路末端三相短路電流取33a保護(hù)裝置的一次動(dòng)作電流為保護(hù)裝置的靈敏系數(shù)為可

36、見(jiàn)，瞬時(shí)電流速斷保護(hù)不能滿足靈敏度系數(shù)要求，故應(yīng)裝設(shè)帶時(shí)限電流速斷保護(hù)。帶時(shí)限電流速斷保護(hù)保護(hù)裝置動(dòng)作電流為取15a保護(hù)裝置一次動(dòng)作電流為保護(hù)裝置的靈敏系數(shù)為滿足要求。保護(hù)裝置動(dòng)作時(shí)限取0.5s2.2.4過(guò)電流保護(hù) 動(dòng)作電流應(yīng)躲過(guò)線路最大負(fù)荷電流并與下級(jí)變壓器過(guò)電流保護(hù)裝置的動(dòng)作電流相配合。按躲過(guò)過(guò)負(fù)荷電流條件計(jì)算保護(hù)裝置的動(dòng)作電流按與下級(jí)變壓器過(guò)電流保護(hù)裝置的動(dòng)作電流相配合條件計(jì)算保護(hù)裝置的動(dòng)作電流。變壓器過(guò)電流保護(hù)裝置的動(dòng)作電流為式中：過(guò)負(fù)荷系數(shù)，取4； 最大一臺(tái)變壓器的額定電流（a）； 變壓器過(guò)電流保護(hù)用電流互感器變比。線路過(guò)電流保護(hù)裝置的動(dòng)作電流為由于前者計(jì)算結(jié)果大于后者，故按前者計(jì)算

37、結(jié)果整定，取6a。保護(hù)裝置一次動(dòng)作電流為在線路末端發(fā)生兩相短路故障時(shí)，保護(hù)裝置的靈敏系數(shù)為在變壓器后發(fā)生三相短路故障時(shí)，保護(hù)裝置的靈敏系數(shù)為因此滿足要求。 保護(hù)裝置的動(dòng)作時(shí)限應(yīng)與配電變壓器（800kma）的gl型繼電器的反時(shí)限部分相配合，取1.2s。根據(jù)情況裝設(shè)兩只瞬時(shí)電流速斷保護(hù)保護(hù)dl-11/10型繼電器和兩只帶時(shí)限過(guò)電流保護(hù)dl-11/10型繼電器。2.2.5保護(hù)線路的原理圖和展開(kāi)圖根據(jù)上章計(jì)算畫出10kv架空線路的原理圖和展開(kāi)圖。圖2-1 10kv架空線路的原理圖圖2-2 10kv架空線路的展開(kāi)圖第三章 plc對(duì)10kv架空線路保護(hù)的設(shè)計(jì)3.1 10kv架空線路保護(hù)動(dòng)作步驟 在保護(hù)開(kāi)始

38、時(shí)，首先對(duì)線路進(jìn)行檢測(cè)看其是否短路。再根據(jù)情況確定其保護(hù)動(dòng)作方式速斷保護(hù)或過(guò)電流保護(hù)。保護(hù)運(yùn)行后，與其相連的信號(hào)繼電器動(dòng)作，產(chǎn)生動(dòng)作信號(hào)。最后，將信號(hào)繼電器產(chǎn)生的信號(hào)傳送給中間繼電器，中間繼電器再將信號(hào)傳給斷路器，線路斷開(kāi)，保護(hù)結(jié)束。圖3-1 10kv架空線路保護(hù)動(dòng)作流程圖3.2保護(hù)線路的i/o分配表根據(jù)上節(jié)10kv架空線路的原理圖和展開(kāi)圖寫出10kv架空線路的i/o分配表。表3-1 10kv架空線路的i/o分配表輸入輸出x000速斷電流繼電器y30速斷信號(hào)繼電器x001過(guò)電流繼電器y31過(guò)電流信號(hào)繼電器x002停止y32斷路器(中間繼電器)3.3梯形圖與指令語(yǔ)句表根據(jù)上節(jié)的i/o分配表繪制梯

39、形圖并寫出指令語(yǔ)句表。圖3-2 10kv架空線路的梯形圖指令語(yǔ)句表：ld x000 out y30ani x400 ld t451out t450 ani x403 k 0.5 out y31ld x001 ld y30ani x401 ani x404out t451 ld y31 k 1.2 ani x405ld t450 orbani x402 out y323.4 plc外圍接口電路根據(jù)3.2節(jié)的i/o分配表畫出10kv架空線路的plc外圍接口電路。圖3-3 10kv架空線路的plc外圍接口電路第四章 結(jié) 論 本文記述了基于plc的工廠10kv架空線路的設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，首先需要對(duì)傳

40、統(tǒng)繼電保護(hù)和plc（可編程控制器）由一個(gè)詳細(xì)的了解。然后，以傳統(tǒng)繼電保護(hù)為基礎(chǔ)來(lái)計(jì)算出10kv架空線路的短路電流，通過(guò)對(duì)線路的整定計(jì)算和靈敏度校驗(yàn)來(lái)設(shè)計(jì)出其原理圖并選出保護(hù)裝置和設(shè)備，再分析其動(dòng)作流程利用原理圖畫出其展開(kāi)圖、i/o表和輸入輸出端子接線圖。最后根據(jù)上述結(jié)論繪制梯形圖并寫出指令語(yǔ)句表。 經(jīng)過(guò)對(duì)本次課題的設(shè)計(jì)，了解并掌握了輸電線路的繼電保護(hù)和plc的知識(shí)。在設(shè)計(jì)其間，培養(yǎng)了動(dòng)手能力，將理論與實(shí)踐相結(jié)合。除此之外，對(duì)大學(xué)期間學(xué)到的專業(yè)知識(shí)有了一個(gè)系統(tǒng)的規(guī)劃，為以后的工作打下了一個(gè)堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。謝 辭走的最快的總是時(shí)間，來(lái)不及感嘆，大學(xué)生活以近尾聲，四年多的努力與付出，隨著本次論文的完成，將要?jiǎng)澫峦昝赖木涮?hào)。本論文設(shè)計(jì)在劉思華老師的悉心指導(dǎo)和嚴(yán)格要求下也已完成，從課題選擇到具體的寫作過(guò)程，論文初稿與定稿無(wú)不凝聚著劉思華老師的心血與汗水，在我的畢業(yè)設(shè)計(jì)期間，劉思華老師為我提供了種種專業(yè)知識(shí)上的指導(dǎo)和一些富于創(chuàng)造性的建議，劉思華老師一絲不茍的作風(fēng)，嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的態(tài)度使我深受感動(dòng)，沒(méi)有這樣的幫助、關(guān)懷和熏陶，我不會(huì)這么順利的完成畢業(yè)設(shè)計(jì)。在此向劉思華老師表示深深的感謝和崇高的敬意！在臨近畢業(yè)之際，我還要借此機(jī)會(huì)向在這四年中給予我諸多教誨和幫助的各位老師表示由衷的謝意