基于PLC的自動重合閘設(shè)計

畢業(yè)設(shè)計題目:基于PLC的自動重合閘設(shè)計專業(yè)：電氣工程及其自動化班級：學號：學生姓名：指導教師：2010年92摘要在電力系統(tǒng)得故障中，大多數(shù)的故障時送電線路〔特別是架空線路〕的故障。運行經(jīng)驗說明，架空線路故障大都是瞬時性的。因此，在線路因故障被斷開后再進行一次重合閘就有可能大大提高供電的可靠性。此次設(shè)計主要討論基于PLC的自動重合閘的設(shè)計及實現(xiàn)。此類重合閘抗干擾能力強，可靠性高，程序簡單易學，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，擴展能力強，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，拒動、誤動率低。AbstractInthefauluresofthepowersystem,mostofthetransmissionlines(especiallyoverheadline)faults.Theoperationexperienceshowsthatoverheadlinesfaultistransient.Therefore,it’smaybegreatlyimprovedthereliabilityofpowersupplyundertheautorecloseaftertransmissionlinedisconnectedbythefaults.ThemaindutyofthedesignisabouttheautoreclosurebasedonPLC,aswellasitsapplication.It’sstronganti-jammingcapability,highreliability,easytooperateandinstall,convenientmaintenance,smallvolume,lightweight,richoftheI/Ointerfacemodule,extensible,especiallysuitableforhighvoltagetransmissionlinesacrosstheregion,andsomeofthecomplexenvironment.Complarewiththetraditionaldevice,themhavelongservicelife,andthelowrateofthemisoperation.關(guān)鍵詞：自動重合閘；PLC；電力系統(tǒng)Keywods:autoreclosure；PLC；powersystem目錄TOC\o"1-3"\u1任務(wù)提出與方案論證61.1設(shè)計任務(wù)的提出61.2設(shè)計方案的論證62總體設(shè)計72.1系統(tǒng)框架設(shè)計72.2重合閘系統(tǒng)框架設(shè)計73詳細設(shè)計93.1硬件設(shè)計93.2軟件設(shè)計104總結(jié)12參考文獻131任務(wù)提出與方案論證1.1設(shè)計任務(wù)的提出在電力系統(tǒng)得故障中，大多數(shù)的故障時送電線路〔特別是架空線路〕的故障。運行經(jīng)驗說明，架空線路故障大都是瞬時性的，例如，雷電引起的絕緣子閃絡(luò)等。在線路被繼電保護迅速斷開后，電弧即行熄滅，外界物體也被電弧燒掉而消失。此時，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，此即瞬時性故障。實際統(tǒng)計說明，高壓架空輸電線路瞬時性故障占總故障的80%以上，且輸送電壓越高這個比例越大。由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，自動重合閘裝置在電力系統(tǒng)就顯得非常重要。1.2設(shè)計方案的論證 在電力系統(tǒng)中，自動重合閘具有以下經(jīng)濟效果：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；在高壓輸電線路上采用重合閘，還可以提高電力系統(tǒng)并列運行的穩(wěn)定性，從而提高傳送容量。對于短路器本身由于機構(gòu)不良或繼電保護誤動作引起的跳閘，也能起糾正的作用。基于以上幾條及輸電線路本身的特點，提出以下兩種自動重合閘裝置設(shè)計方案。 方案一：基于單片機的自動重合閘設(shè)計； 方案二：基于PLC的自動重合閘設(shè)計。 由于PLC抗干擾能力強，可靠性高，程序簡單易學，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，擴展能力強。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PLC的干擾能力強，可靠性高的特點能滿足設(shè)計運行年限內(nèi)中合閘裝置的使用壽命，次數(shù)，不拒動，不誤動。隨著PLC的技術(shù)日益成熟，其性價比已經(jīng)非常高。 綜合考慮以上因素，本設(shè)計方案選擇方案二。2總體設(shè)計可編程邏輯控制器(PLC)的主要特點是：用內(nèi)部已定義的各種輔助繼電器代替機械觸點繼電器，通過軟件編程方式用內(nèi)部邏輯關(guān)系代替實際的硬件連接導線，這些內(nèi)部繼電器的節(jié)點變位時間可理想化地認為等于零，因此只需考慮它的0-1狀態(tài)而無需考慮傳統(tǒng)繼電器所固有的返回系數(shù)。基于這一特點，將PLC引入繼電保護裝置中,一方面可以大大改善裝置的動作準確性和可靠性；另一方面，又可兼容傳統(tǒng)的繼電保護設(shè)計思想和技術(shù)方法,尤其是對于自動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控制方案在同一程序中進行設(shè)計、相互配合。PLC的微電腦屬性使得各保護裝置之間、裝置與主控機之間能夠按計算機通訊方式進行數(shù)據(jù)傳遞，配以主機監(jiān)控平臺從而構(gòu)成整個變電站自動化系統(tǒng)。2.1系統(tǒng)框架設(shè)計該設(shè)計將通常所謂“計算機繼電器邏輯電路〞分解成保護功能繼電器組和PLC2個局部。根據(jù)不同保護對象(主變差動保護、母線保護、電容器保護、線路保護、電動機保護等)由不同保護功能的繼電器組組合，使裝置分成假設(shè)干個標準型號，其中所有的單一保護元件均遵循正邏輯法，,那么在PLC中定義為動作節(jié)點。如圖2-1所示。圖2-1系統(tǒng)框架當電力系統(tǒng)發(fā)生任何故障時，故障信息引起功能繼電器組動作于PLC并同時傳回主控機，主控機經(jīng)分析后發(fā)送信息給PLC。PLC采集繼電器組和主控機的信息來控制故障的系統(tǒng)。2.2重合閘系統(tǒng)框架設(shè)計重合閘系統(tǒng)款圖如圖2-2所示。實際斷路器(簡稱QF)由合閘線圈、合閘電磁機構(gòu)；分閘線圈、脫扣機構(gòu)、主觸頭、輔助觸頭等組成。自動重合閘裝置由啟動回路、延時回路、執(zhí)行回路等組成。當控制電路給斷路器發(fā)出合閘信號時，其合閘線圈受電，合閘電磁機構(gòu)動作，主觸頭閉合，同時輔助觸頭作相應(yīng)轉(zhuǎn)換,自動重合閘裝置中的電容充電儲能。假設(shè)線路發(fā)生短路故障，保護裝置發(fā)出分閘信號，斷路器分閘線圈受電，脫扣機構(gòu)使斷路器跳閘，主觸頭切斷短路電流，輔助觸頭給自動重合閘發(fā)出斷路器分閘位置信號，使啟動回路工作,經(jīng)過一定延時后執(zhí)行回路動作，由出口回路發(fā)出重合閘信號，使斷路器進行重合閘。假設(shè)為瞬時性故障,重合成功，恢復(fù)供電；假設(shè)為永久性故障，斷路器將再次跳閘，之后不再進行重合。圖2-2重合閘系統(tǒng)框圖3詳細設(shè)計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,其平均故障間隔時間(MTBF)在5×104h以上。用PLC實現(xiàn)自動重合閘，可用其內(nèi)部已定義的各種輔助繼電器代替?zhèn)鹘y(tǒng)的機械觸點繼電器,通過軟件編程方式，用內(nèi)部邏輯關(guān)系代替實際的硬件連接線，從根本上簡化動作的物理鏈條。從繼電保護動作啟動開始，僅經(jīng)過PLC邏輯處理后就可直接發(fā)出重合閘動作信號，動作過程無觸點參與。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)計思想和技術(shù)方案。3.1硬件設(shè)計圖3-1PLC實現(xiàn)自動重合閘的過程 為保護PLC輸出觸點、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，在直流感性負載兩端并接二極管保護電路。為提高供電的平安可靠性，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的無源常開觸點接到合閘線圈和跳閘線圈的控制回路中，通過編程實現(xiàn)自動重合閘功能及其他保護功能，復(fù)雜的邏輯關(guān)系大大簡化了，接線簡單，系統(tǒng)運行維護方便。如圖3-2所示。圖3-2PLCI/O分配及接線圖3.2軟件設(shè)計用PLC軟件編程實現(xiàn)自動重合閘控制功能不僅涵蓋了電磁式自動重合閘的所有功能，而且延時精度高、控制靈活。其完成的功能包括：重合閘動作后程序能自動復(fù)歸，以準備好下次動作；手動操作將斷路器斷開或手動合閘于永久性故障線路時，閉鎖“自動重合閘回路〞；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)定重合閘準備時間；具備后加速及防跳功能等。設(shè)計程序流程如圖3-3、3-4所示。圖3-3圖3-4自動重合閘程序流圖4總結(jié)此次歷時近一個月的綜合課程設(shè)計是對前期所學專業(yè)課程的綜合運用。本次基于PLC的自動重合閘的設(shè)計在同學和老師的幫助下得以順利完成。在設(shè)計的過程中涉及到很多專業(yè)方面的知識，特別是關(guān)于繼電保護和電力系統(tǒng)分析方面的，使自己進一步熟悉了這方面的專業(yè)知識加深了印象。同時又對再設(shè)計過程中未成學習的過的PLC有了初步的了解，根本掌握了這方面的根本知識。通過本次設(shè)計也是自己了解到了很多的缺乏：根底知識不是很熟悉，專業(yè)方面上的知識有待進一步提高和深入。再者，設(shè)計的系統(tǒng)功能還不是很完善，有待在以后的學習中進一步努力，提高動手能力，加深知識了解。參考文獻[1]康華光，陳大欽.電子技術(shù)根底—模擬局部〔第五版〕［M].北京：高等教育出版社，2005[2]向曉漢，陸斌.電氣控制與PLC根底[M].北京：清華大學出版社，2007[3]張保會，尹項根.電力系統(tǒng)繼電保護[M].北京：中國電力出版社，2