最新 基于PLC自动重合闸设计

1、黑龙江交通职业技术学院学生毕业设计（论文）13级电气化铁道技术专业黑龙江交通职业技术学院毕业设计（论文）题目 基于PLC的自动重合闸设计专业班级 电气化铁道技术1322班姓 名 张茂成 学 号 20132337 2015年 12 月 14日41摘 要在电力系统得故障中，大多数的故障时送电线路（特别是架空线路）的故障。运行经验表明，架空线路故障大都是瞬时性的。因此，在线路因故障被断开后再进行一次重合闸就有可能大大提高供电的可靠性。此次设计主要讨论基于PLC的自动重合闸的设计及实现。此类重合闸抗干扰能力强，可靠性高，程序简单易学，安装简单，维修方便，体积小，重量轻，具有丰富的I/O接口模块，扩展能

2、力强，特别适合在高压输电线跨越林区及一些境复杂的地区使用，较传统的重合闸装置使用寿命长，拒动、误动率低。据统计，系统中永久性故障一般不到10%，其余故障都是由于雷击过电压引起的绝缘子表面闪络，大风时的短时碰线，树枝落在导线上等引起的瞬时故障。当系统出现故障时，保护立刻动作使线路或设备断电，在非常短暂的时间内，故障点的电弧就会自动熄灭，使绝缘自动恢复。此时自动重合闸装置动作，自动将断路器合上，恢复系统正常运行。针对传统的电磁式重合闸装置存在动作级数多，触点粘连等不可靠因素，采用PLC实现自动重合闸，对其进行硬件设计和软件编程，所用元件极少，故障率大大降低，克服了电磁式重合闸控制方式的不足。控制柔

3、性好，控制系统的供电可靠性高。分析了传统继电器式自动重合闸装置存在的缺点，提出利用PLC设计自动重合闸装置，绘出梯形图。关键词：可编程逻辑控制器（PLC），自动重合闸，可靠性，应用目 录第1章 绪论11.1 课题研究现状11.2 课题研究背景21.3 课题发展趋势4第2章 PLC控制系统及自动重合闸装置72.1 可编程控制器PLC介绍72.2 自动重合闸装置82.3 设计方案的论证10第3章 重合闸系统设计153.1 自动重合闸装置153.2 三相自动重合闸163.3 重合闸动作时限的选择原则183.4 自动重合闸与继电保护的配合193.5 单相自动重合闸193.6 电气一次自动重合闸装置的工

4、作原理213.7 电气式一次自动重合闸22第4章 PLC在自动重合闸控制中的应用274.1 自动重合闸的一些基本要求274.2 自动重合闸的选择274.3 PLC型号选择及I/O端子分配284.4 控制过程流程图分析304.5 PLC控制的自动重合闸梯形图设计314.6 工作原理分析324.7 时限参数整定33第5章 梯形图仿真35结 论38致 谢39参考文献40附 录41第1章 绪论1.1 课题研究现状1、近几年来, 工业企业对供电可靠性及电能质量的要求越来越高。电网容量和电压等级也不断扩大，电网结构也变得越来越复杂。220kV输电线路，由于其具有电能输送效率高、输送距离较适中等优点，被广泛

5、应用到区域配电网建设中，成为区域经济生产发展的重要能源支柱。电力系统中通常采用继电保护装置实现纵联差动保护来快速准确的操作分支运断路器切除输电线路故障或事故分支节点，防止事故的进一步扩大。由于计算机技术的高速发展, 一些大型工业企业已实现了对其各级变电站进行远方集中控制。但在实际运行过程中发现，220kV输电线路所发生的绝大部分故障均是临时或者瞬时性的，对于这类瞬时性故障而跳闸的线路, 如能在故障消失后迅速恢复送电, 则可大大提高供电的可靠性。因此，可以利用自动重合闸装置在线路发生故障通过继电保护装置跳闸后，延时操作断路器重新合闸以恢复输电线路供电，提高输电线路综合供电质量水平，随着国民经济的

6、发展和人民物质文化生活水平的不断提高，对电力需求愈来愈大，促使电力事业迅速发展，电网不断扩大，用户对供电质量和供电可靠性要求越来越高，甚至连发生电源的瞬时中断也不能忍受。“电力法”和“承诺制”的公布和贯彻执行，要求电力供应部门提供安全、经济、可靠和高质量的电能。传统的技术和管理手段已无法适应新的形势，PLC自动重合闸就是为了这一目的而提出来的这给自动重合闸装置提供了良好的发展平台。2、先进PLC的发展代表着国家的综合科技实力和水平，目前许多先进工业国家都已将PLC技术列为21世纪高科技发展计划。其发展呈现两个突出特点:一个是在横向上，PLC的应用领域在不断的扩大，正从传统的制造向人类工作和生活

7、的各种领域扩展，PLC的种类日趋增多；另一方面是在纵向上，随着需求范围的扩大，PLC的结构和形态发展多样化，高端系统呈现明显的仿生和智能特征，其特性不断提高，功能不断扩展和完善，各种PLC向更智能化和人类社会更密切的融合方向发展，PLC是一种专为工业生产自动化控制设计的，一般而言，无需任何保护措施就可以直接在工业环境中使用。然而，当生产环境过于恶劣，电磁干扰特别强烈，或安装使用不当，就可能造成程序错误或运算错误，从而产生无输入并引起无输出，这将会造成设备的失控和误动作，从而不能保证PLC的正常运行。要提高PLC控制系统可靠性，一方面生产厂家要提高PLC的抗干扰能力；另一方面，要在设计、安装和使

8、用维护中引起高度重视，多方配合，减少及消除干扰对PLC的影响。1.2 课题研究背景传统的自动重合闸装置由各种继电器及控制开关构成,由于连接导线繁多,继电器的寿命有限, 容易发生装置的误动和拒动, 影响电力系统的可靠性; 其定时单元由机电式或晶体管式时间继电器构成, 误差大且调整不方便,影响上下级保护装置动作时限的配合；装置的功能单一,不利于实现电力系统自动化,且体积大, 有色金属消耗多, 噪音大。当前最广泛应用于发电厂的集散型控制系统 DCS经历了 30多年的发展，技术日益成熟，取得了丰富的经验。然而目前 DCS的发展开始减缓和停滞。如何使 DCS仍然可以大跨步地继续向前发展，其中一个关键问题

9、就在于通用化的硬件平台，PLC的融入。随着微电子及控制技术的发展，PLC系统和 DCS系统在不断吸收彼此的特点，逐步地走向同化,集散控制系统 DCS经过了初创期、成熟期和扩展期之后,又出现了新一代控制系统 现场总线控制系统 FCS，它是第五代过程控制系统，是由 DCS与 PLC发展而来，FCS不仅具备 DCS与 PLC的特点，它保留了 DCS的特点，或者说 FCS吸收了 DCS多年开发研究以及现场实践的经验，当然也包括教训，而且跨出了革命性的一步。随着现场总线技术的完善和热工自动化技术的发展，数字化、智能化控制仪表的进一步开发和应用，FCS必将在火电厂得到广泛应用，使电厂的自动化水平提高到一个

10、新的水平。所以今后的发展趋势大体上是分散型控制系统 DCS将逐渐更新换代为全数字现场总线控制系统 FCS。由于 PLC的本质是用内部已定义的各种辅助继电器代替机械触点继电器，这些内部继电器的节点变位时间可理想化地认为等于零，只需考虑它的 0-1状态而无需考虑传统继电器所固有的返回系数，所以用 PLC来进行开关量控制是非常合适的。 在电力系统自动化的控制中，经常要用到闭环控制方式来实现温度、压力、流量、速度等连续变化的模拟量控制。初期的 PLC在闭环控制方面并不擅长，而当前新型的 PLC也兼有闭环控制功能，并且已十分成熟。各 PLC生产厂家推出的中、小型 PLC模块均提供了 PID指令，可以实现

11、 PID控制，这种模块的 PID控制程序是 PLC生产厂家设计的，并存放在模块中，用户使用时序只需要设置一些参数，使用起来非常方便，一个模块可以控制几路甚至几十路闭环回路。直接应用 PID指令来实现基于 PLC的 PID控制，是一种易于实现且经济实用的方法。 水泵、油泵电动机以发电厂机组调速器油泵为例,其启动方式有种自动启动、机旁屏手动启动和在现地控制箱手动启动。自动运行的情况下，每台调速器油泵根据累计运行时间的长短,在开机过程中由现地 PLC控制单元的顺控模块选择运行时间累计短的为主用泵、运行时间累计长的为备用泵。自动启动条件为调速器压油罐压力下降到时启动主用泵，如果压油罐压力继续下降到整定

12、值时，备用泵跟着启动，向压油罐打油。在机旁屏手动启动调速器油泵，只需将欲启动油泵的控制开关打至"ON"位即可。而在现地控制箱上的手动启动只需首先将机旁屏上的控制方式选择开关打至"调速器手动"位后，在现地控制箱上操作欲启动油泵的启动和停止按钮,就能启动调速器油泵,主用泵的选择主用泵可以由 PLC按各自的运行小时来自动选择主用泵或手动设定，在机组现地控制单元的触摸屏上可以完成主用泵的选择方式的设定；当 PLC重新启动后，将会默认主用泵。PLC将 2台油泵的启动优先权输出到优先权选择继电器。PLC程序输出油泵的启动命令后与优先权继电器配合来选择启动相应的油泵断

13、路器控制,在传统的发电厂和变电所中，高压断路器控制及信号电路均采用电磁型继电器为主要元件。为实现各种逻辑电路，采用了大量的电磁元件。众多电磁元件的机械触点降低了可靠性，同时接线复杂、检修困难，并占用较大空间。目前，可编程逻辑控制器 PLC的应用，解决了存在的诸多问题 PLC内部大量的软继电器可以替代众多的实物元件，可在实现原有控制电路功能的途径上有更好的选择。PLC本身的可靠性很高 ,用来控制断路器也具有高可靠性。为保证变电所设备的安全运行及方便运行人员监视，高压断路器控制电路通常需满足以下要求：可进行正常的手动分、合闸操作；操作正常分、合闸完毕，给出相应指示信号；不能正常操作时应给出相应指示

14、信号；正常分、合闸完毕应自动切断分、合闸回路；事故时可自动分闸，并给出事故的音响和闪光信号；具备必要的闭锁措施 ,防止断路器 “跳跃 ”。高压断路器采用了 PLC控制后，简化了二次接线，因为 PLC的输入、输出的接线很有规律，输入、输出均各有公共端 ,所有元件的另一端接入相应的输入端或输出端，接线不易出错。原有繁琐的二次接线及逻辑电路现被 PLC的内部元件取代，无需再配备专门的闪光电源，原有硬件参数的调整（如动作时间等）也改由程序参数设定，只要编制符合要求的控制程序，通过简单的接线即可达到要求。对于断路器的操动机构而言，其辅助开关数目也可简化。同时由于修改程序方便，只需选择合适型号的 PLC，

15、修改控制程序，便能实现变电所中多台断路器的控制及信号显示功能。维护和检修工作量也相应减少。自动切换系统自动重合闸，备用电源自动投入。为了加强供电可靠性，备用电源自动投入装置，早期应用的电磁型备用电源自投装置是由若干继电器根据不同的运行方式构成相应的备自投回路，其缺点是改变运行方式困难，逻辑回路设计复杂，继电器易损，可靠性低，运行维护极为不便，由 PLC构成的备用电源投入装置可根据变电站的运行方式，通过编程完成各种复杂的逻辑和功能，适应各种运行方式，满足电网一次接线要求。PLC采集一次设备的正常运行状态信号，作为备自投的启动条件和闭锁条件，通过编程来实现不同的功能，以适应不同的运行方式。与继电器

16、组成的备用电源自动投入装置相比，该方案具有可靠性高、接线简单、控制灵活、调试方便和投资小等优点。近几年来，工业企业对供电可靠性及电能质量的要求越来越高由于计算机技术的高速发展，一些大型工业企业已实现了对其各级变电站进行远方集中控制，企业内部的分散变电站实现了无人值班，这给自动重合闸装置提供了广阔的应用空间传统的输电线路三相自动重合闸装置常采用继电器控制方式，由于继电器元件应用较多，而且是有触点元件，运行中会造成触点的拒动作、误动作、粘连和卡住现象，使自动重合闸装置的工作可靠性差利用PLC构成自动重合闸装置的控制系统，可以克服传统控制方式的不足，而且具有连线简单，工作可靠，便于调试、调整和维护，

17、还可以和计算机联网进行远程集中控制等优点。由于 PLC具有数据处理和逻辑判断的功能，使 PLC型备自投装置不仅能完成备自投装置规定的操作，而且能在操作时考虑系统运行情况以及系统的其他操作要求，装置可通过显示窗口显示主要设备的运行情况。另外，对装置的调试维护也很方便，通过离线仿真可以测试软件，不影响设备的安全运行，而且可以通过改变程序来适应不同的运行方式。装置本身具有很强的抗干扰能力，使其可靠性高于电磁型装置。同时 PLC的通信功能为实现电力系统综合自动化创造了条件，实践证明 PLC在备用电源自动投入中的控制是一种经济、可靠、实用的方法运行，采用 PLC实现备自投功能使供电可靠性有了大幅度地提高

18、，其运行效果有了明显改善。1.3 课题发展趋势PLC是一种专为工业生产自动化控制设计的，一般而言，无须任何保护措施就可以直接在工业环境中使用。然而，当生产环境过于恶劣，电磁干扰特别强烈，或安装使用不当，就可能造成程序错误或运算错误，从而产生误输入并引起误输出，这将会造成设备的失控和误动作，从而不能保证 PLC的正常运行。要提高 PLC控制系统可靠性，一方面生产厂家要提高 PLC的抗干扰能力；另一方面，要在设计、安装和使用维护中引起高度重视，多方配合，减少及消除干扰对 PLC的影响。加强网络化、数字化,当前最广泛应用于发电厂的集散型控制系统 DCS经历了 30多年的发展，技术日益成熟，取得了丰富

19、的经验。然而目前 DCS的发展开始减缓和停滞。如何使 DCS仍然可以大跨步地继续向前发展，其中一个关键问题就在于通用化的硬件平台，PLC的融入。随着微电子及控制技术的发展，PLC系统和 DCS系统在不断吸收彼此的特点，逐步地走向同化PLC发展到今天，已经形成了各种规模的系列化产品，可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。多种多样的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。PLC是面向工矿企业的工控设备。

20、它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人从事工业控制打开了方便之门。PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时日常维护也变得容易起来，更重要的是使同一设备经过改变程序而改变生产过程成为可能。这特别适合多品种、小批量的生产场合。在新时代，PLC会有更大的更大的发展，产品的品种会更丰富、规格更齐全，通过完美的人机界面、完备的通信设备、成熟的现场总线通信能力会更好地适应各种工业控制场合的需求，PLC作为自动化控制网络和国际通用网络的重要组成

21、部分，将在我国发电厂的电气自动化建设中发挥越来越大的作用。随着国民经济的发展和人民物质文化生活水平的不断提高，对电力需求愈来愈大，促使电力事业迅速发展，电网不断扩大，用户对供电质量和供电可靠性要求越来越高，甚至连发生电源的瞬时中断也不能忍受。“电力法”和“承诺制”的公布和贯彻执行，要求电力供应部门提供安全、经济、可靠和高质量的电能。传统的技术和管理手段已无法适应新的形势，PLC自动重合闸就是为了这一目的而提出来的。先进PLC的发展代表着国家的综合科技实力和水平，目前许多先进工业国家都已将PLC技术列为21世纪高科技发展计划。其发展呈现两个突出特点:一个是在横向上，PLC的应用领域在不断的扩大，

22、正从传统的制造向人类工作和生活的各种领域扩展，PLC的种类日趋增多；另一方面是在纵向上，随着需求范围的扩大，PLC的结构和形态发展多样化，高端系统呈现明显的仿生和智能特征，其特性不断提高，功能不断扩展和完善，各种PLC向更智能化和人类社会更密切的融合方向发展。第2章 PLC控制系统及自动重合闸装置2.1 可编程控制器PLC介绍用内部已定义的各种辅助继电器代替机械触点继电器，通过软件编程方式用内部逻辑关系代替实际的硬件连接导线，这些内部继电器的节点变位时间可理想化地认为等于零，因此只需考虑它的0-1状态而无需考虑传统继电器所固有的返回系数。基于这一特点，将PLC 引入继电保护装置中,一方面可以大

23、大改善装置的动作准确性和可靠性；另一方面，又可兼容传统的继电保护设计思想和技术方法,尤其是对于自动重合闸这样的逻辑关系较复杂的控制功能，应用PLC 软件编程能很快设计出最简明的符合规程的方案，并能与馈电线路的其他保护控制方案在同一程序中进行设计、相互配合。PLC 的微电脑属性使得各保护装置之间、装置与主控机之间能够按计算机通讯方式进行数据传递，配以主机监控平台从而构成整个变电站自动化系统。PLC控制系统特点:PLC是一种性能较好的控制器，在恶劣的工作环境下能可靠地工作，其平均故障时间间隔(MTBF)在5-10000h以上。用PLC实现自动重合闸，可用其内部已定义的各种辅助继电器代替传统的机械触

24、点继电器,通过软件编程方式用内部逻辑关系代替实际的硬件连接线,从根本上简化动作的物理链条。从继电过流保护动作启动开始,仅经过PLC的逻辑处理后就可直接发出重合闸动作信号,动作过程无触点参与。PLC控制方式既克服了使用传统继电器所带来的种种弊端,又兼容传统继电器的设计思想和技术方案。而且PLC构成的自动重合闸装置调试简单,组态灵活,可靠性高,具有扩展性，且具有连线简单,工作可靠,便于调试、调整和维护,可实现远程通讯PLC是一种性能较好的控制器，在恶劣的工作环境下能可靠地工作，其平均故障时间间隔(MTBF)在5-10000h以上。用PLC实现自动重合闸，可用其内部已定义的各种辅助继电器代替传统的机

25、械触点继电器,通过软件编程方式用内部逻辑关系代替实际的硬件连接线,从根本上简化动作的物理链条。从继电过流保护动作启动开始,仅经过PLC的逻辑处理后就可直接发出重合闸动作信号,动作过程无触点参与。PLC控制方式既克服了使用传统继电器所带来的种种弊端,又兼容传统继电器的设计思想和技术方案。而且PLC构成的自动重合闸装置调试简单,组态灵活,可靠性高,具有扩展性，且具有连线简单,工作可靠,便于调试、调整和维护,可实现远程通讯。2.2 自动重合闸装置1、自动重合闸装置（ZCH）又称自动重合器，是用于配电网自动化的一种智能化开关设备，它能够检测到故障电流、在给定时间内断开故障电流并能进行给定次数重合的一种

26、“自具”能力的控制开关。所谓“自具”是只重合闸装置本身具有故障电流检测和操作顺序控制与执行的能力，无需附加继电保护装置和另外的操作电源，也不需要和外界通信。当线路发生短路故障时，它按顺序及时间间隔进行开断及重合的操作。当遇到永久性的故障，在完成预定复位才能解除闭锁。若重合失败，则闭锁在分闸状态，把事故区段隔开；当故障接触后，需要手动复位才能解除闭锁。如果是瞬时性故障，则在循环分、合闸的操作中，无论哪次重合成功，则终止后续的分、合闸，并经过一定延时后恢复初始的整定状态，为下次故障的来临做好准备。重合闸装置课按预先整定的动作顺序进行多次分、合闸的循环操作。在下列情况下，重合闸不应动作：由运行值班员

27、手动跳闸或无人值班变电站通过远方遥控装置跳闸时；当按频率自动减负荷装置动作时或负荷控制装置动作跳闸时；当手动合闸送电到故障线路上而保护动作跳闸时；母差保护或断路器失灵保护动作时；当备用电源自投（或互投）装置动作跳闸时或断路器处于不正常状态而不允许实现重合闸时。除上述情况外，断路器由于继电保护动作或其他原因跳闸后，重合闸装置应动作，使断路器重新合上。重合闸装置在动作后，均应能够自动复归，准备好下一次再动作，但动作次数应符合预先的设定。重合闸装置应能够和继电保护配合实现重合闸前加速或后加速功能。在双侧电源的线路上，重合闸启动条件应受到同期检定或无压检定的限制，且不可造成非同期重合并网。重合闸的启动

28、方式一般采用不对应启动，对于微机、集成电路保护还可采用保护启动方式，重合闸动作应具备延时功能，对于220 KV以上电网应有两种以上时间可供选择。重合闸装置充电时间应在15-25S，放电越快越好。自动重合闸作用:在电力系统中采用了自动重合闸装置，即是当断路器由继电保护动作或其它非人工操作而跳闸后，能够自动控制断路器重新合上的一种装置。大大提高供电的可靠性，减少线路停电的次数。在高压输电线路上采用重合闸，可以提高电力系统并列运行的稳定性。在架空线路上采用重合闸，可以暂缓架设双回线路，以节约投资。对断路器本身由于机构不良或继电保护误动作而引起的误跳闸，也能起纠正的作用。但是，当重合于永久性故障上时，

29、它也将带来一些不利的影响，如:（1）使电力系统又一次受到故障的冲击。（2）由于断路器在很短的时间内，连续切断两次短路电流，而使其工作条件变得更加恶劣。2、重合闸装置的分类按照不同的的分类标准，重合闸装置有如下一些分类：（1）按相分类单相和三相。两者动作原理类似，使用时根据配电网结构不同而进行选择，对于三相中性点不接地系统，一般不宜采用单相重合闸装置，否则造成非三相运行；单相重合器主要用于中性点直接接地系统，允许电气设备作为单相运行。单相重合闸及综合重合闸方式适用于220KV及以上的电网中，当发生单相接地故障时，如果使用三相重合闸不能保证系统的稳定性，或者地区系统会出现大面积停电，或者会导致重要

30、负荷停电时，特别是大型机组的高压配电线路。使用三相重合闸的线路，在使用单相重合闸时对系统恢复供电有较好的效果时。（2）按结构分类整体式和分布式。所谓整体式是指重合闸装置中得断路器本体与其控制部分是密不可分的。整体式重合闸装置采用高压（10KV）操动机头，可用于户外10KV电杆上，无需另外的操作电源，直接由所控制的10KV线路供给；但因为采用高压合闸线圈，对绝缘水平要求高，有时会因绝缘水平难以保证导致线圈发热，匝间绝缘损坏，造成重合闸装置爆炸的事故。检定无压或检定同期重合闸方式适用于两端均有电源的线路以及不允许非同期合闸的线路。双回线路上可直接检定另一回线路上有电流来判定同期。非同期重合闸方式并

31、列运行的发电厂或电力系统之间应有三条或三条以上紧密联系的线路。非同期重合闸时产生的冲击电流未超过规定的允许值。重合后电力系统可以很快恢复同期运行时。在非同期重合闸所产生的振荡过程中，对重要负荷的影响较小时。所谓分布式是指重合闸装置采用积木式结构，例如本体、操动机构、控制电路是分开的3个部分。分布式重合闸装置采用低电压（220V）操动机构，这样避免了高压电源进行调试的复杂性和危险性，安装、检修都较为方便。（3）按灭弧介质分油、真空、SF6。油重合闸装置出现的最早，运行历史最长，一般采用液压控制。油重合闸装置有两个固有缺点：因油属非自恢复绝缘介质，故其维修较频繁，至少3年需要换油、检修一次；有火灾

32、危险。现在来看其技术相对落后，国内已基本淘汰。真空灭弧室于20世纪60年代用于重合闸装置设计。真空灭弧室的有点是开断寿命长，无需检修，无火灾危险。到了90年代后期，随着真空泡制造技术的飞速发展，真空重合闸装置已逐步成为国内外重合闸装置市场上的主流产品。SF6重合闸装置将干燥的SF6充入密闭的开关本体中，作为开关设备的绝缘和灭弧介质。SF6气体具有极好的绝缘和灭弧性能，但其分解物具有一定的毒性，其本身也是温室效应的主要因素之一，如果泄漏将会对人和环境造成一定的损害，因此做好开关箱体的密封和SF6气体的回收、处理工作。（4）按控制方式分类液压控制、电子控制.液压控制有单液压系统和双液压系统两种。液

33、压控制的主要有点是简单、可靠、经济、耐用，不受电磁的干扰，这些优点对于农村电网和距离配电站较远的设备很有用。液压控制的缺点，是保护特性无法做到足够稳定、精确和快速，选择范围窄，受温度影响较大，特性调整不方便等。3、电子控制有分立电路和集成电路两种。分立式电子电路与集成式电路相比，其优点是价格便宜，元件耐用，维修简单；其缺点是体积大，功能少，插件多，选择范围窄，调整不便，可靠性差。以集成电路为基础的微机控制于20世纪80年代应用于重合闸装置，其典型产品为英国的ESR型和PMR型重合器。重合闸装置控制所用微机为单片机，其主要优点是体积小，功能强，重合器的分闸电流、分闸次数、操作顺序、分闸时延、合闸

34、间隔、复位时间等特性的整定，都可以简单地在控制箱上通过控制面板整定，使用极为方便，这对改善保护配合，提高供电可靠性，提高运行自动化程度意义很大。按重合闸的控制器安装方式分类室外就地安装：安装在断路器下面的水泥杠上。集控态势安装：室内集中控制，安装在集控台内。集控屏式安装：安装在集控屏内。10KV配电线路：安装在电杆上，并配有装用电源给重合闸装置供交流220V电源。2.3 设计方案的论证1、电力系统中，自动重合闸具有以下经济效果：大大提高供电可靠性，减小线路停电的次数，特别是对单侧电源的单回路尤为显著；在高压输电线路上采用重合闸，还可以提高电力系统并列运行的稳定性，从而提高传送容量。对于短路器本

35、身由于机构不良或继电保护误动作引起的跳闸，也能起纠正的作用。基于以上几条及输电线路本身的特点，提出以下两种自动重合闸装置设计方案。方案一基于单片机的自动重合闸设计；单片机是一种可编程的集成芯片，换句话来说，PLC就是由单片机加上外围电路做成的 ，单片机开发式底层开发，比较麻烦，程序编写用汇编或者c语言比如延时用单片机做程序，要从晶振来计算，厂家都提供一个编程软件，可以用梯形图编程，延时只需在时间继电器里送一个数字而已，单片机可以构成各种各样的应用系统，不同厂家的PLC有相同的工作原理，类似的功能和指标，有一定的互换性，通用性，可靠性 ，单片机开发成本低，一个单片机十几块到几十块，上百不等，但开

36、发起来，麻烦，PLC 开发周期短，见效快，可靠性高。方案二基于PLC的自动重合闸设计。由于PLC抗干扰能力强，可靠性高，程序简单易学，安装简单，维修方便，体积小，重量轻，具有丰富的I/O接口模块，扩展能力强。配套齐全，功能完善，适用性强，易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充其功能，特别是在高压输电线跨越林区及一些环境复杂的地区时PLC的干扰能力强，可靠性高的特点能满足设计运行年限内中合闸装置的使用寿命，次数，不拒动，不误动。随着PLC的技术日益成熟，其性价比已经非常高。综合考虑以上因素，本设计方案选择方案二2、总体设计:（1）系统框架设计:该设计将通常所谓“计算机继电器逻辑电路”分解成保护

37、功能继电器组和PLC 2个部分。根据不同保护对象(主变差动保护、母线保护、电容器保护、线路保护、电动机保护等) 由不同保护功能的继电器组组合使装置分成若干个标准型号，其中所有的单一保护元件均遵循正逻辑法，,则在PLC 中定义为动作节点。如图2.1所示。当电力系统发生任何故障时，故障信息引起功能继电器组动作于PLC并同时传回主控机，主控机经分析后发送信息给PLC。PLC采集继电器组和主控机的信息来控制故障的系统。（2）下面是本系统中各部分组成。电力系统: 由发电、输电、变电、配电和用电等环节组成的电能生产与消费系统。它的功能是将自然界的一次能源通过发电动力装置转化成电能，再经输电、变电和配电将电

38、能供应到各用户。为实现这一功能，电力系统在各个环节和不同层次还具有相应的信息与控制系统，对电能的生产过程进行测量、调节、控制、保护、通信和调度，以保证用户获得安全、经济、优质的电能。AD转换：AD转换就是模数转换，顾名思义，就是把模拟信号转换成数字信号以下为常用的几种类型的基本原理及特点：积分型、逐次逼近型、并行比较型/串并行型、-调制型、电容阵列逐次比较型及压频变换型。积分型主控机通讯接口测量数据单元保护功能继电组P L C开关I/0子系统数字滤波器模拟量输入子系统A/D转换电 力 系 统图2.1系统框架设计示意图积分型AD工作原理是将输入电压转换成时间(脉冲宽度信号)或频率(脉冲频率)，然

39、后由定时器/计数器获得数字值。其优点是用简单电路就能获得高分辨率， 但缺点是由于转换精度依赖于积分时间，因此转换速率极低。初期的单片AD转换器大多采用积分型，现在逐次比较型已逐步成为主流。逐次比较型逐次比较型AD由一个比较器和DA转换器通过逐次比较逻辑构成，从MSB开始，顺序地对每一位将输入电压与内置DA转换器输出进行比较，经n次比较而输出 数字值。其电路规模属于中等。其优点是速度较高、功耗低，在低分辩率（<12位）时价格便宜，但高精度（>12位）时价格很高。并行比较型/串并行比较型并行比较型AD采用多个比较器，仅作一次比较而实行转换，又称FLash(快速)型。由于转换速率极高，n

40、位的转换需要2n-1个比较器，因此电路规模也极大，价格也高，只适用于视频AD转换器等速度特别高的领域。串并行比较型AD结构上介于并行型和逐次比较型之间，最典型的是由2个n/2位的并行型AD转换器配合DA转换器组成，用两次比较实行转换，所以称为 (半快速)型。还有分成三步或多步实现AD转换的叫做分级型AD，而从转换时序角度 又可称为流水线型AD，现代的分级型AD中还加入了对多次转换结果作数字运算而修正特性等功能。这类AD速度比逐次比较型高，电路 规模比并行型小。-调制型-型AD由积分器、比较器、1位DA转换器和数字滤波器等组成。原理上近似于积分型，将输入电压转换成时间(脉冲宽度)信号，用数字滤波

41、器处理后得到数字值。电路的数字部分基本上容易单片化，因此容易做到高分辨率。主要用于音频和测量。电容阵列逐次比较型电容阵列逐次比较型AD在内置DA转换器中采用电容矩阵方式，也可称为电荷再分配型。一般的电阻阵列DA转换器中多数电阻的值必须一致，在单芯片上生成高 精度的电阻并不容易。如果用电容阵列取代电阻阵列，可以用低廉成本制成高精度单片AD转换器。最近的逐次比较型AD转换器大多为电容阵列式的。压频变换型压频变换型是通过间接转换方式实现模数转换的。其原理是首先将输入的模拟信号转换成频率，然后用计数器将频率转换成数字量。从理论上讲这种AD的分辨率几乎可以无限增加，只要采样的时间能够满足输出频率分辨率要

42、求的累积脉冲个数的宽度。其优点是分辩率高、功耗低、价格低，但是需要外部计数电路共同完成AD转换AD转换器的主要技术指标分辩率指数字量变化一个最小量时模拟信号的变化量，定义为满刻度与n/2的比值。分辩率又称精度，通常以数字信号的位数来表示。转换速率是指完成一次从模拟转换到数字的AD转换所需的时间的倒数。积分型AD的转换时间是毫秒级属低速AD，逐次比 较型AD是微秒级属中速AD，全并行/串并行型AD可达到纳秒级。采样时间则是另外一个概念，是指两次转换的间隔。为了保证转换的正确完成，采样速率必须小于或等于转换速率。因此有人习惯上将转换速率在数值上等同于采样速率也是可以接受的。常用单位是ksps和Ms

43、ps，表 示每秒采样千/百万次。量化误差由于AD的有限分辩率而引起的误差，即有限分辩率AD的阶梯状转移特性曲线与无限分辩率AD（理想AD）的转移特性曲线（直线）之间的最大偏差。通常是1 个或半个最小数字量的模拟变化量，表示为1LSB、1/2LSB。偏移误差输入信号为零时输出信号不为零的值，可外接电位器调至最小。满刻度误差满度输出时对应的输入信号与理想输入信号值之差。线性度实际转换器的转移函数与理想直线的最大偏移，不包括以上三种误差。其他指标还有：绝对精度，相对精度，微分非线性，单调性和无错码，总谐波失真（Total Harmonic Distotortion缩写THD）和积分非线性。AD转换器

44、原理A/D转换器是用来通过一定的电路将模拟量转变为数字量。模拟量可以是电压、电流等电信号，也可以是压力、温度、湿度、位移、声音等非电信号。但在A/D转换前，输入到A/D转换器的输入信号必须经各种传感器把各种物理量转换成电压信号。A/D转换后，输出的数字信号可以有8位、10位、12位和16位等。A/D转换器的工作原理主要介绍以下两种方法：逐次逼近法双积分法电压频率转换法 A/D转换四步骤：采样、保持、量化、编码。数字滤波器：数字滤波器是一个离散时间系统（按预定的算法，将输入离散时间信号转换为所要求的输出离散时间信号的特定功能装置）通讯接口：在安防监控系统中的通讯接口主要是对视频、音频的输入输出来

45、说的。所以通讯接口一般有以下几种：RS-232、RS-485、通用网络接口，可支持PSTN、ISDN以及LAN各种联网环境、具有USB2.0超高速数据接口，连接计算机对重要图像资料进行备份、可选配具有逐行扫描VGA输出接口等。第3章 重合闸系统设计3.1 自动重合闸装置自动重合闸装置是将因故障跳开后的断路器按需要自动投入的一种自动装置。1、运行经验表明，架空线路大多数故障是瞬时性的，如：（1）雷击过电压引起绝缘子表面闪络。（2）大风时的短时碰线。（3）通过鸟类身体（或树枝）放电。此时，若保护动>熄弧>故障消除>合断路器>恢复供电。手动（停电时间长）效果不显著，自动重合，

46、效果明显。2、作用：（1）对暂时性故障，可迅速恢复供电，从而能提高供电的可靠性。（2）对两侧电源线路，可提高系统并列运行的稳定性，从而提高线路的输送容量。（3）可以纠正由于断路器或继电保护误动作引起的误跳闸。应用：1KV及以上电压的架空线路或电缆与架空线路的混合线路上，只要装有断路器，一般应装设ZCH。3、ZCH本身不能判断故障是瞬时性的，还是永久性的。所以若重合于永久性故障时，其不利影响：（1）使电力系统又一次受到故障的冲击；（2）使断路器的工作条件恶化（因为在短时间内连续两次切断短路电流）。据运行资料统计，ZCH成功率60-90%，经济效益很高>广泛应用。4、对自动重合闸的基本要求：

47、（1）动作迅速一般“0.5-1.5”。tu故障点去游离，tz断路器消弧室及传动机构准备好再次动作。（2）不允许任意多次重合，即动作次数应符合预先的规定，如一次或两次。（3）动作后应能自动复归，准备好再次动作。（4）手动跳闸时不应重合（手动操作或遥控操作）。（5）手动合闸于故障线路不重合（多属于永久性故障）3.2 三相自动重合闸1.单侧电源线路的三相一次重合闸：当线路上故障（单相接地短路、相间短路）>保护动作跳开三相>重合闸起动>合三相：故障是瞬时性的，重合成功；故障是永久性的，保护再次跳开三相，不再重合，如图3.1。通常三相一次自动重合闸装置由起动元件、延时元件、一次合闸脉冲

48、元件和执行元件四部分组成。重合闸起动合三相闸一次合闸脉冲元件与控制开关KK执行元件图3.1单侧电源线路的三相一次重合闸示意图 （1）起动元件：当DL跳闸之后，使延时元件起动。起动方式：两种，1、控制开关KK位置与断路器位置不对应（优先采用），2、保护装置起动。（2）延时元件。（3）一次合闸脉冲元件：保证重合闸装置只重合一次。（4）执行元件：启动合闸回路和信号回路，还可与保护配合，实现重合闸后加速保护。2.两侧电源线路三相一次重合闸：应考虑的两个问题时间的配合：考虑两侧保护可能以不同的延时跳闸，此时须保证两侧均跳闸后，故障点有足够的去游离时间。同期问题：重合时两侧系统是否同步的问题以及是否允许非

49、同步合闸的问题。两侧电源线路上的主要合闸方式：（1）快速自动重合方式：当线路上发生故障时，继电保护快速动作而后进行自动重合。其特点是快速，须具备下列条件：线路两侧均装有全线瞬时保护。有快速动作的DL，如快速空气断路器。冲击电流<允许值。（2）非同期重合闸方式：就是不考虑系统是否同步而进行自动重合闸的方式（期望系统自动拉入同步，须校验冲击电流，防止保护误动）。（3）检查双回线另一回线电流的重合闸方式：（4）自动解列重合闸方式：双侧电源单回线。（图3.2）图3.2自动解列重合闸方式示意图d点短路，保护1动>1DL跳闸，小电源侧保护动>跳3DL，1DL处ZCH检无压后重合，若成功，

50、恢复对非重要负荷供电，在解列点实行同步并列>恢复正常供电。（5）具有同步检定和无压检定的重合闸：（如图3.3）图3.3具同步检定和无压检定的重合闸方式示意图在两侧的断路器上，除装有单侧电源线路的ZCH外，在一侧（M侧）装有低电压继电器，用以检查线路上有无电压（检无压侧），在另一侧（N侧）装有同步检定继电器，进行同步检定（检同步侧）。(6)工作过程：当线路短路时，两侧DL断开，线路失去电压，M侧低电压继电器动作，经ZCH重合。a、重合成功，N侧同步检定继电器在两侧电源符合同步条件后再进行重合，恢复正常供电；b、重合不成功，保护再次动作，跳开M侧DL不再重合，N侧不重合。(7)两点说明：有上

51、述分析可见，M侧DL如重合于永久性故障，就将连续两次切断短路电流，所以工作条件比N侧恶劣，为此，通常两侧都装设低电压继电器和同步检定继电器，利用连结片定期切换其工作方式，以使两侧工作条件接近相同。在正常工作情况下，由于某种原因（保护误动、误碰跳闸机构等）使检无压侧（M侧）误跳闸时，因线路上仍有电压，无法进行重合（缺陷），为此，在检无压侧也同时投入同步检定继电器，使两者的触点并联工作。这样，在上述情况下，同步检定继电器工作，可将误跳闸的DL重新合闸。注：在使用同步检定的一侧，绝对不允许同时投入无压检定继电器。3.3 重合闸动作时限的选择原则1、单侧电源线路的三相重合闸：原则上越短越好，但应力争重

52、合成功，保证：（1）障点电弧熄灭、绝缘恢复；（2）断路器触头周围绝缘强度的恢复及消弧室重新充满油，准备好重合于永久性故障时能再次跳闸，否则可能发生DL爆炸，如果采用保护装置起动方式，还应加上DL跳时间。根据运行经验，采用1左右。2、两侧电源线路的三相重合闸:（如图3.4）除上述要求外，还须考虑时间配合，按最不利情况考虑：本侧先跳，对侧后跳。图3.4动作时限配合示意图不对应起动方式保护起动3.4 自动重合闸与继电保护的配合1、两者关系极为密切，保护可利用重合闸提供的便利条件，加速切出故障，一般有如下两种配合方式：重合闸前加速保护（简称“前加速”如图3.5） 图3.5自动重合闸前加速保护示意图L1

53、、L2、L3上任一点故障，保护1速断动，跳1DL>ZCH重合，若成功，恢复正常供电；若不成功，按选择性动作。优点：快速切出故障，设备少。缺点：永久性故障，再次切除故障的时间可能很长；装ZCH的DL动作次数多，若DL拒动，将扩大停电范围。主要用于35KV以下的网络。2、重合闸后加速保护简称（“后加速”如图3.6）每条线路上均装有选择性的保护和ZCH。第一次故障时，保护按有选择性的方式动作跳闸，若是永久性故障，重合后则加速保护动作，切除故障。例：图3.6自动重合闸后加速保护示意图第一次短路时，保护1 II段动，ZCH重合，之后保护1瞬时动。优点：第一次跳闸时有选择性的，再次切除故障的时间加快

54、，有利于系统并联运行的稳定性。缺点：第一次动作时间可能对时限。应用于35KV以上的高压网络中。3.5 单相自动重合闸220KV-500KV系统中，由于线间距离大，经验表明，绝大多数故障为单相接地故障d。此时，若只跳开故障相，其余两相仍继续运行，可提高供电的可靠性和系统并联运行的稳定性，还可减少相间故障的发生。单相自动重合闸：d> 保护动，跳故障相>单相重合成功，恢复三相供电。不成功，允许非全相运行再次跳故障相不重合。 不允许非全相运行再次跳三相不重合。若是相间短路，跳三相不重合。特点：1、需装设故障判别元件和故障选相元件：判别元件一般I0、U0。相间短路无I0、U0，直接三相。接地

55、短路，再由选相元件判别d、d。选相元件：在d时，选出故障相。2、应考虑潜供电流的影响：（如图3.7）图3.7潜供电流影响示意图相间电容、相间电感提供潜供电流，使熄弧时间长，所以单相重合闸动作时间一般应比三相重合闸的动作时间长。3、应考虑非全相运行状态的影响。此时将出现负序和零序分量的电流和电压，其影响：（1）I2对发电机的影响：在转子中产生倍频交流分量，产生附加发热。转子中的偶次谐波也将在定子绕组中感应出偶次电动势，与基波叠加，有可能产生危险的高电压，允许长期非全相运行的系统应考虑其影响。（2）零序电流对通信的影响：对邻近的通信线路直接产生干扰，可能造成通信设备的过电压，对铁路闭塞信号也会产生

56、影响。（3）非全相运行状态对继电保护的影响：保护性能变坏，甚至不能正确动作。对会误动的保护采取闭锁措施等4、重合闸系统框图如图3.8所示。实际断路器(简称QF)由合闸线圈、合闸电磁机构；分闸线圈、脱扣机构、主触头、辅助触头等组成。自动重合闸装置由启动回路、延时回路、执行回路等组成。当控制电路给断路器发出合闸信号时，其合闸线圈受电，合闸电磁机构动作，主触头闭合，同时辅助触头作相应转换, 自动重合闸装置中的电容充电储能。若线路发生短路故障，保护装置发出分闸信号，断路器分闸线圈受电，脱扣机构使断路器跳闸，主触头切断短路电流，辅助触头给自动重合闸发出断路器分闸位置信号，使启动回路工作,经过一定延时后执

57、行回路动作，由出口回路发出重合闸信号，使断路器进行重合闸。若为瞬时性故障,重合成功，恢复供电；若为永久性故障，断路器将再次跳闸，之后不再进行重合。图3.8重合闸系统框图示意图3.6 电气一次自动重合闸装置的工作原理图3.9电气一次自动重合闸装置示意图3.7 电气式一次自动重合闸1、手动合闸时，按下合闸按钮SB1，使合闸接触器KO通电动作，从而使合闸线圈YO动作，使断路器QF合闸。手动跳闸时，按下跳闸按钮SB2，使跳闸线圈YR通电动作，使断路器QF跳闸。当一次电路发生短路故障时，保护装置动作，其出口触点KM闭合，接通跳闸线圈YR回路，使断路器QF自动跳闸。与此同时，断路器辅助触点QF3-4闭合，而且重合闸继电器KAR起动，经整定的时间后其延时闭合的动作触点闭合，使合闸接触器KO通电动作，从而使断路器QF重合闸。如果一次电路上的短路故障是瞬时性的，及经消除，则可重合成功。如果短路故障尚未消除，则保护装置又要动作，KM的触点闭合又使断路器QF再次跳闸，由于一次自动重合闸采取了防跳措施，因此不会再次重合闸。电气式一次自动重合闸装置示例:（如图3.10）WC-控制小母线；SA1-控制开关；SA2选择开关；KARDH-2型重合闸