基于PLC的自动重合闸设计

毕业设计题目:基于PLC的自动重合闸设计专业：电气工程及其自动化班级：学号：学生姓名：指导教师：2010年92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。运行经验说明，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，扩展能力强，特别适合在高压输电线跨越林区及一些环境复杂的地区使用，较传统的重合闸装置使用寿命长，拒动、误动率低。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.关键词：自动重合闸；PLC；电力系统Keywods:autoreclosure；PLC；powersystem目录TOC\o"1-3"\u1任务提出与方案论证61.1设计任务的提出61.2设计方案的论证62总体设计72.1系统框架设计72.2重合闸系统框架设计73详细设计93.1硬件设计93.2软件设计104总结12参考文献131任务提出与方案论证1.1设计任务的提出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。运行经验说明，架空线路故障大都是瞬时性的，例如，雷电引起的绝缘子闪络等。在线路被继电保护迅速断开后，电弧即行熄灭，外界物体也被电弧烧掉而消失。此时，如果把断开的线路短路器再合上，就能够恢复正常的供电，此即瞬时性故障。实际统计说明，高压架空输电线路瞬时性故障占总故障的80%以上，且输送电压越高这个比例越大。由于送电线路上的故障具有这种性质，因此，在线路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。基于这种前提，自动重合闸装置在电力系统就显得非常重要。1.2设计方案的论证 在电力系统中，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； 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。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总体设计可编程逻辑控制器(PLC)的主要特点是：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。2.1系统框架设计该设计将通常所谓“计算机继电器逻辑电路〞分解成保护功能继电器组和PLC2个局部。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，使装置分成假设干个标准型号，其中所有的单一保护元件均遵循正逻辑法，,那么在PLC中定义为动作节点。如图2-1所示。图2-1系统框架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。2.2重合闸系统框架设计重合闸系统款图如图2-2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。假设线路发生短路故障，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。假设为瞬时性故障,重合成功，恢复供电；假设为永久性故障，断路器将再次跳闸，之后不再进行重合。图2-2重合闸系统框图3详细设计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,其平均故障间隔时间(MTBF)在5×104h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。从继电保护动作启动开始，仅经过PLC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。3.1硬件设计图3-1PLC实现自动重合闸的过程 为保护PLC输出触点、合闸、分闸信号经微型大功率继电器KA1、KA2转换后接到断路器的合闸线圈和分闸线圈。而KA1、KA2为直流感性负载，有冲击电流，会产生噪声，为减少输出电路噪声的干扰，在直流感性负载两端并接二极管保护电路。为提高供电的平安可靠性，采用在线式不间断供电电源(UPS)给PLC供电。采用PLC控制后，仅用KA1、KA2的无源常开触点接到合闸线圈和跳闸线圈的控制回路中，通过编程实现自动重合闸功能及其他保护功能，复杂的逻辑关系大大简化了，接线简单，系统运行维护方便。如图3-2所示。图3-2PLCI/O分配及接线图3.2软件设计用PLC软件编程实现自动重合闸控制功能不仅涵盖了电磁式自动重合闸的所有功能，而且延时精度高、控制灵活。其完成的功能包括：重合闸动作后程序能自动复归，以准备好下次动作；手动操作将断路器断开或手动合闸于永久性故障线路时，闭锁“自动重合闸回路〞；具备重合N次的功能；完成重合闸规定的次数后，不再重合闸；根据具体线路出现瞬消性故障的性质，用软件任意设定重合闸准备时间；具备后加速及防跳功能等。设计程序流程如图3-3、3-4所示。图3-3图3-4自动重合闸程序流图4总结此次历时近一个月的综合课程设计是对前期所学专业课程的综合运用。本次基于PLC的自动重合闸的设计在同学和老师的帮助下得以顺利完成。在设计的过程中涉及到很多专业方面的知识，特别是关于继电保护和电力系统分析方面的，使自己进一步熟悉了这方面的专业知识加深了印象。同时又对再设计过程中未成学习的过的PLC有了初步的了解，根本掌握了这方面的根本知识。通过本次设计也是自己了解到了很多的缺乏：根底知识不是很熟悉，专业方面上的知识有待进一步提高和深入。再者，设计的系统功能还不是很完善，有待在以后的学习中进一步努力，提高动手能力，加深知识了解。参考文献[1]康华光，陈大钦.电子技术根底—模拟局部〔第五版〕［M].北京：高等教育出版社，2005[2]向晓汉，陆斌.电气控制与PLC根底[M].北京：清华大学出版社，2007[3]张保会，尹项根.电力系统继电保护[M].北京：中国电力出版社，2