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1、 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 名茂成 学 号201323372015年 12 月 14日 / 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
2、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，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
3、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
4、 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。电力系统常采用继电保护装置实现纵联差动保
5、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
6、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，随着需求围的扩大，PLC的结构和形态发展多样化
7、，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
8、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
9、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。
10、由于 PLC的本质是用部已定义的各种辅助继电器代替机械触点继电器，这些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 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
11、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
12、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
13、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 PL
14、C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，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
15、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
16、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，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
