最新 基于PLC自動(dòng)重合閘設(shè)計(jì)

1、黑龍江交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）13級(jí)電氣化鐵道技術(shù)專業(yè)黑龍江交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目 基于PLC的自動(dòng)重合閘設(shè)計(jì)專業(yè)班級(jí) 電氣化鐵道技術(shù)1322班姓 名 張茂成 學(xué) 號(hào) 20132337 2015年 12 月 14日41摘 要在電力系統(tǒng)得故障中，大多數(shù)的故障時(shí)送電線路（特別是架空線路）的故障。運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，架空線路故障大都是瞬時(shí)性的。因此，在線路因故障被斷開后再進(jìn)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(jì)主要討論基于PLC的自動(dòng)重合閘的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)。此類重合閘抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高，程序簡單易學(xué)，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(kuò)展能

2、力強(qiáng)，特別適合在高壓輸電線跨越林區(qū)及一些境復(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(dòng)、誤動(dòng)率低。據(jù)統(tǒng)計(jì)，系統(tǒng)中永久性故障一般不到10%，其余故障都是由于雷擊過電壓引起的絕緣子表面閃絡(luò)，大風(fēng)時(shí)的短時(shí)碰線，樹枝落在導(dǎo)線上等引起的瞬時(shí)故障。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，保護(hù)立刻動(dòng)作使線路或設(shè)備斷電，在非常短暫的時(shí)間內(nèi)，故障點(diǎn)的電弧就會(huì)自動(dòng)熄滅，使絕緣自動(dòng)恢復(fù)。此時(shí)自動(dòng)重合閘裝置動(dòng)作，自動(dòng)將斷路器合上，恢復(fù)系統(tǒng)正常運(yùn)行。針對(duì)傳統(tǒng)的電磁式重合閘裝置存在動(dòng)作級(jí)數(shù)多，觸點(diǎn)粘連等不可靠因素，采用PLC實(shí)現(xiàn)自動(dòng)重合閘，對(duì)其進(jìn)行硬件設(shè)計(jì)和軟件編程，所用元件極少，故障率大大降低，克服了電磁式重合閘控制方式的不足?？刂迫?/p>

3、性好，控制系統(tǒng)的供電可靠性高。分析了傳統(tǒng)繼電器式自動(dòng)重合閘裝置存在的缺點(diǎn)，提出利用PLC設(shè)計(jì)自動(dòng)重合閘裝置，繪出梯形圖。關(guān)鍵詞：可編程邏輯控制器（PLC），自動(dòng)重合閘，可靠性，應(yīng)用目 錄第1章 緒論11.1 課題研究現(xiàn)狀11.2 課題研究背景21.3 課題發(fā)展趨勢(shì)4第2章 PLC控制系統(tǒng)及自動(dòng)重合閘裝置72.1 可編程控制器PLC介紹72.2 自動(dòng)重合閘裝置82.3 設(shè)計(jì)方案的論證10第3章 重合閘系統(tǒng)設(shè)計(jì)153.1 自動(dòng)重合閘裝置153.2 三相自動(dòng)重合閘163.3 重合閘動(dòng)作時(shí)限的選擇原則183.4 自動(dòng)重合閘與繼電保護(hù)的配合193.5 單相自動(dòng)重合閘193.6 電氣一次自動(dòng)重合閘裝置的工

4、作原理213.7 電氣式一次自動(dòng)重合閘22第4章 PLC在自動(dòng)重合閘控制中的應(yīng)用274.1 自動(dòng)重合閘的一些基本要求274.2 自動(dòng)重合閘的選擇274.3 PLC型號(hào)選擇及I/O端子分配284.4 控制過程流程圖分析304.5 PLC控制的自動(dòng)重合閘梯形圖設(shè)計(jì)314.6 工作原理分析324.7 時(shí)限參數(shù)整定33第5章 梯形圖仿真35結(jié) 論38致 謝39參考文獻(xiàn)40附 錄41第1章 緒論1.1 課題研究現(xiàn)狀1、近幾年來, 工業(yè)企業(yè)對(duì)供電可靠性及電能質(zhì)量的要求越來越高。電網(wǎng)容量和電壓等級(jí)也不斷擴(kuò)大，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)也變得越來越復(fù)雜。220kV輸電線路，由于其具有電能輸送效率高、輸送距離較適中等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛

5、應(yīng)用到區(qū)域配電網(wǎng)建設(shè)中，成為區(qū)域經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)發(fā)展的重要能源支柱。電力系統(tǒng)中通常采用繼電保護(hù)裝置實(shí)現(xiàn)縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)來快速準(zhǔn)確的操作分支運(yùn)斷路器切除輸電線路故障或事故分支節(jié)點(diǎn)，防止事故的進(jìn)一步擴(kuò)大。由于計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展, 一些大型工業(yè)企業(yè)已實(shí)現(xiàn)了對(duì)其各級(jí)變電站進(jìn)行遠(yuǎn)方集中控制。但在實(shí)際運(yùn)行過程中發(fā)現(xiàn)，220kV輸電線路所發(fā)生的絕大部分故障均是臨時(shí)或者瞬時(shí)性的，對(duì)于這類瞬時(shí)性故障而跳閘的線路, 如能在故障消失后迅速恢復(fù)送電, 則可大大提高供電的可靠性。因此，可以利用自動(dòng)重合閘裝置在線路發(fā)生故障通過繼電保護(hù)裝置跳閘后，延時(shí)操作斷路器重新合閘以恢復(fù)輸電線路供電，提高輸電線路綜合供電質(zhì)量水平，隨著國民經(jīng)濟(jì)的

6、發(fā)展和人民物質(zhì)文化生活水平的不斷提高，對(duì)電力需求愈來愈大，促使電力事業(yè)迅速發(fā)展，電網(wǎng)不斷擴(kuò)大，用戶對(duì)供電質(zhì)量和供電可靠性要求越來越高，甚至連發(fā)生電源的瞬時(shí)中斷也不能忍受?！半娏Ψā焙汀俺兄Z制”的公布和貫徹執(zhí)行，要求電力供應(yīng)部門提供安全、經(jīng)濟(jì)、可靠和高質(zhì)量的電能。傳統(tǒng)的技術(shù)和管理手段已無法適應(yīng)新的形勢(shì)，PLC自動(dòng)重合閘就是為了這一目的而提出來的這給自動(dòng)重合閘裝置提供了良好的發(fā)展平臺(tái)。2、先進(jìn)PLC的發(fā)展代表著國家的綜合科技實(shí)力和水平，目前許多先進(jìn)工業(yè)國家都已將PLC技術(shù)列為21世紀(jì)高科技發(fā)展計(jì)劃。其發(fā)展呈現(xiàn)兩個(gè)突出特點(diǎn):一個(gè)是在橫向上，PLC的應(yīng)用領(lǐng)域在不斷的擴(kuò)大，正從傳統(tǒng)的制造向人類工作和生活

7、的各種領(lǐng)域擴(kuò)展，PLC的種類日趨增多；另一方面是在縱向上，隨著需求范圍的擴(kuò)大，PLC的結(jié)構(gòu)和形態(tài)發(fā)展多樣化，高端系統(tǒng)呈現(xiàn)明顯的仿生和智能特征，其特性不斷提高，功能不斷擴(kuò)展和完善，各種PLC向更智能化和人類社會(huì)更密切的融合方向發(fā)展，PLC是一種專為工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化控制設(shè)計(jì)的，一般而言，無需任何保護(hù)措施就可以直接在工業(yè)環(huán)境中使用。然而，當(dāng)生產(chǎn)環(huán)境過于惡劣，電磁干擾特別強(qiáng)烈，或安裝使用不當(dāng)，就可能造成程序錯(cuò)誤或運(yùn)算錯(cuò)誤，從而產(chǎn)生無輸入并引起無輸出，這將會(huì)造成設(shè)備的失控和誤動(dòng)作，從而不能保證PLC的正常運(yùn)行。要提高PLC控制系統(tǒng)可靠性，一方面生產(chǎn)廠家要提高PLC的抗干擾能力；另一方面，要在設(shè)計(jì)、安裝和使

8、用維護(hù)中引起高度重視，多方配合，減少及消除干擾對(duì)PLC的影響。1.2 課題研究背景傳統(tǒng)的自動(dòng)重合閘裝置由各種繼電器及控制開關(guān)構(gòu)成,由于連接導(dǎo)線繁多,繼電器的壽命有限, 容易發(fā)生裝置的誤動(dòng)和拒動(dòng), 影響電力系統(tǒng)的可靠性; 其定時(shí)單元由機(jī)電式或晶體管式時(shí)間繼電器構(gòu)成, 誤差大且調(diào)整不方便,影響上下級(jí)保護(hù)裝置動(dòng)作時(shí)限的配合；裝置的功能單一,不利于實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)自動(dòng)化,且體積大, 有色金屬消耗多, 噪音大。當(dāng)前最廣泛應(yīng)用于發(fā)電廠的集散型控制系統(tǒng) DCS經(jīng)歷了 30多年的發(fā)展，技術(shù)日益成熟，取得了豐富的經(jīng)驗(yàn)。然而目前 DCS的發(fā)展開始減緩和停滯。如何使 DCS仍然可以大跨步地繼續(xù)向前發(fā)展，其中一個(gè)關(guān)鍵問題

9、就在于通用化的硬件平臺(tái)，PLC的融入。隨著微電子及控制技術(shù)的發(fā)展，PLC系統(tǒng)和 DCS系統(tǒng)在不斷吸收彼此的特點(diǎn)，逐步地走向同化,集散控制系統(tǒng) DCS經(jīng)過了初創(chuàng)期、成熟期和擴(kuò)展期之后,又出現(xiàn)了新一代控制系統(tǒng) 現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng) FCS，它是第五代過程控制系統(tǒng)，是由 DCS與 PLC發(fā)展而來，F(xiàn)CS不僅具備 DCS與 PLC的特點(diǎn)，它保留了 DCS的特點(diǎn)，或者說 FCS吸收了 DCS多年開發(fā)研究以及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐的經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)然也包括教訓(xùn)，而且跨出了革命性的一步。隨著現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的完善和熱工自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字化、智能化控制儀表的進(jìn)一步開發(fā)和應(yīng)用，F(xiàn)CS必將在火電廠得到廣泛應(yīng)用，使電廠的自動(dòng)化水平提高到一個(gè)

10、新的水平。所以今后的發(fā)展趨勢(shì)大體上是分散型控制系統(tǒng) DCS將逐漸更新?lián)Q代為全數(shù)字現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng) FCS。由于 PLC的本質(zhì)是用內(nèi)部已定義的各種輔助繼電器代替機(jī)械觸點(diǎn)繼電器，這些內(nèi)部繼電器的節(jié)點(diǎn)變位時(shí)間可理想化地認(rèn)為等于零，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)，所以用 PLC來進(jìn)行開關(guān)量控制是非常合適的。 在電力系統(tǒng)自動(dòng)化的控制中，經(jīng)常要用到閉環(huán)控制方式來實(shí)現(xiàn)溫度、壓力、流量、速度等連續(xù)變化的模擬量控制。初期的 PLC在閉環(huán)控制方面并不擅長，而當(dāng)前新型的 PLC也兼有閉環(huán)控制功能，并且已十分成熟。各 PLC生產(chǎn)廠家推出的中、小型 PLC模塊均提供了 PID指令，可以實(shí)現(xiàn)

11、 PID控制，這種模塊的 PID控制程序是 PLC生產(chǎn)廠家設(shè)計(jì)的，并存放在模塊中，用戶使用時(shí)序只需要設(shè)置一些參數(shù)，使用起來非常方便，一個(gè)模塊可以控制幾路甚至幾十路閉環(huán)回路。直接應(yīng)用 PID指令來實(shí)現(xiàn)基于 PLC的 PID控制，是一種易于實(shí)現(xiàn)且經(jīng)濟(jì)實(shí)用的方法。 水泵、油泵電動(dòng)機(jī)以發(fā)電廠機(jī)組調(diào)速器油泵為例,其啟動(dòng)方式有種自動(dòng)啟動(dòng)、機(jī)旁屏手動(dòng)啟動(dòng)和在現(xiàn)地控制箱手動(dòng)啟動(dòng)。自動(dòng)運(yùn)行的情況下，每臺(tái)調(diào)速器油泵根據(jù)累計(jì)運(yùn)行時(shí)間的長短,在開機(jī)過程中由現(xiàn)地 PLC控制單元的順控模塊選擇運(yùn)行時(shí)間累計(jì)短的為主用泵、運(yùn)行時(shí)間累計(jì)長的為備用泵。自動(dòng)啟動(dòng)條件為調(diào)速器壓油罐壓力下降到時(shí)啟動(dòng)主用泵，如果壓油罐壓力繼續(xù)下降到整定

12、值時(shí)，備用泵跟著啟動(dòng)，向壓油罐打油。在機(jī)旁屏手動(dòng)啟動(dòng)調(diào)速器油泵，只需將欲啟動(dòng)油泵的控制開關(guān)打至"ON"位即可。而在現(xiàn)地控制箱上的手動(dòng)啟動(dòng)只需首先將機(jī)旁屏上的控制方式選擇開關(guān)打至"調(diào)速器手動(dòng)"位后，在現(xiàn)地控制箱上操作欲啟動(dòng)油泵的啟動(dòng)和停止按鈕,就能啟動(dòng)調(diào)速器油泵,主用泵的選擇主用泵可以由 PLC按各自的運(yùn)行小時(shí)來自動(dòng)選擇主用泵或手動(dòng)設(shè)定，在機(jī)組現(xiàn)地控制單元的觸摸屏上可以完成主用泵的選擇方式的設(shè)定；當(dāng) PLC重新啟動(dòng)后，將會(huì)默認(rèn)主用泵。PLC將 2臺(tái)油泵的啟動(dòng)優(yōu)先權(quán)輸出到優(yōu)先權(quán)選擇繼電器。PLC程序輸出油泵的啟動(dòng)命令后與優(yōu)先權(quán)繼電器配合來選擇啟動(dòng)相應(yīng)的油泵斷

13、路器控制,在傳統(tǒng)的發(fā)電廠和變電所中，高壓斷路器控制及信號(hào)電路均采用電磁型繼電器為主要元件。為實(shí)現(xiàn)各種邏輯電路，采用了大量的電磁元件。眾多電磁元件的機(jī)械觸點(diǎn)降低了可靠性，同時(shí)接線復(fù)雜、檢修困難，并占用較大空間。目前，可編程邏輯控制器 PLC的應(yīng)用，解決了存在的諸多問題 PLC內(nèi)部大量的軟繼電器可以替代眾多的實(shí)物元件，可在實(shí)現(xiàn)原有控制電路功能的途徑上有更好的選擇。PLC本身的可靠性很高 ,用來控制斷路器也具有高可靠性。為保證變電所設(shè)備的安全運(yùn)行及方便運(yùn)行人員監(jiān)視，高壓斷路器控制電路通常需滿足以下要求：可進(jìn)行正常的手動(dòng)分、合閘操作；操作正常分、合閘完畢，給出相應(yīng)指示信號(hào)；不能正常操作時(shí)應(yīng)給出相應(yīng)指示

14、信號(hào)；正常分、合閘完畢應(yīng)自動(dòng)切斷分、合閘回路；事故時(shí)可自動(dòng)分閘，并給出事故的音響和閃光信號(hào)；具備必要的閉鎖措施 ,防止斷路器 “跳躍 ”。高壓斷路器采用了 PLC控制后，簡化了二次接線，因?yàn)?PLC的輸入、輸出的接線很有規(guī)律，輸入、輸出均各有公共端 ,所有元件的另一端接入相應(yīng)的輸入端或輸出端，接線不易出錯(cuò)。原有繁瑣的二次接線及邏輯電路現(xiàn)被 PLC的內(nèi)部元件取代，無需再配備專門的閃光電源，原有硬件參數(shù)的調(diào)整（如動(dòng)作時(shí)間等）也改由程序參數(shù)設(shè)定，只要編制符合要求的控制程序，通過簡單的接線即可達(dá)到要求。對(duì)于斷路器的操動(dòng)機(jī)構(gòu)而言，其輔助開關(guān)數(shù)目也可簡化。同時(shí)由于修改程序方便，只需選擇合適型號(hào)的 PLC，

15、修改控制程序，便能實(shí)現(xiàn)變電所中多臺(tái)斷路器的控制及信號(hào)顯示功能。維護(hù)和檢修工作量也相應(yīng)減少。自動(dòng)切換系統(tǒng)自動(dòng)重合閘，備用電源自動(dòng)投入。為了加強(qiáng)供電可靠性，備用電源自動(dòng)投入裝置，早期應(yīng)用的電磁型備用電源自投裝置是由若干繼電器根據(jù)不同的運(yùn)行方式構(gòu)成相應(yīng)的備自投回路，其缺點(diǎn)是改變運(yùn)行方式困難，邏輯回路設(shè)計(jì)復(fù)雜，繼電器易損，可靠性低，運(yùn)行維護(hù)極為不便，由 PLC構(gòu)成的備用電源投入裝置可根據(jù)變電站的運(yùn)行方式，通過編程完成各種復(fù)雜的邏輯和功能，適應(yīng)各種運(yùn)行方式，滿足電網(wǎng)一次接線要求。PLC采集一次設(shè)備的正常運(yùn)行狀態(tài)信號(hào)，作為備自投的啟動(dòng)條件和閉鎖條件，通過編程來實(shí)現(xiàn)不同的功能，以適應(yīng)不同的運(yùn)行方式。與繼電器

16、組成的備用電源自動(dòng)投入裝置相比，該方案具有可靠性高、接線簡單、控制靈活、調(diào)試方便和投資小等優(yōu)點(diǎn)。近幾年來，工業(yè)企業(yè)對(duì)供電可靠性及電能質(zhì)量的要求越來越高由于計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展，一些大型工業(yè)企業(yè)已實(shí)現(xiàn)了對(duì)其各級(jí)變電站進(jìn)行遠(yuǎn)方集中控制，企業(yè)內(nèi)部的分散變電站實(shí)現(xiàn)了無人值班，這給自動(dòng)重合閘裝置提供了廣闊的應(yīng)用空間傳統(tǒng)的輸電線路三相自動(dòng)重合閘裝置常采用繼電器控制方式，由于繼電器元件應(yīng)用較多，而且是有觸點(diǎn)元件，運(yùn)行中會(huì)造成觸點(diǎn)的拒動(dòng)作、誤動(dòng)作、粘連和卡住現(xiàn)象，使自動(dòng)重合閘裝置的工作可靠性差利用PLC構(gòu)成自動(dòng)重合閘裝置的控制系統(tǒng)，可以克服傳統(tǒng)控制方式的不足，而且具有連線簡單，工作可靠，便于調(diào)試、調(diào)整和維護(hù)，

17、還可以和計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行遠(yuǎn)程集中控制等優(yōu)點(diǎn)。由于 PLC具有數(shù)據(jù)處理和邏輯判斷的功能，使 PLC型備自投裝置不僅能完成備自投裝置規(guī)定的操作，而且能在操作時(shí)考慮系統(tǒng)運(yùn)行情況以及系統(tǒng)的其他操作要求，裝置可通過顯示窗口顯示主要設(shè)備的運(yùn)行情況。另外，對(duì)裝置的調(diào)試維護(hù)也很方便，通過離線仿真可以測(cè)試軟件，不影響設(shè)備的安全運(yùn)行，而且可以通過改變程序來適應(yīng)不同的運(yùn)行方式。裝置本身具有很強(qiáng)的抗干擾能力，使其可靠性高于電磁型裝置。同時(shí) PLC的通信功能為實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)綜合自動(dòng)化創(chuàng)造了條件，實(shí)踐證明 PLC在備用電源自動(dòng)投入中的控制是一種經(jīng)濟(jì)、可靠、實(shí)用的方法運(yùn)行，采用 PLC實(shí)現(xiàn)備自投功能使供電可靠性有了大幅度地提高

18、，其運(yùn)行效果有了明顯改善。1.3 課題發(fā)展趨勢(shì)PLC是一種專為工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化控制設(shè)計(jì)的，一般而言，無須任何保護(hù)措施就可以直接在工業(yè)環(huán)境中使用。然而，當(dāng)生產(chǎn)環(huán)境過于惡劣，電磁干擾特別強(qiáng)烈，或安裝使用不當(dāng)，就可能造成程序錯(cuò)誤或運(yùn)算錯(cuò)誤，從而產(chǎn)生誤輸入并引起誤輸出，這將會(huì)造成設(shè)備的失控和誤動(dòng)作，從而不能保證 PLC的正常運(yùn)行。要提高 PLC控制系統(tǒng)可靠性，一方面生產(chǎn)廠家要提高 PLC的抗干擾能力；另一方面，要在設(shè)計(jì)、安裝和使用維護(hù)中引起高度重視，多方配合，減少及消除干擾對(duì) PLC的影響。加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化,當(dāng)前最廣泛應(yīng)用于發(fā)電廠的集散型控制系統(tǒng) DCS經(jīng)歷了 30多年的發(fā)展，技術(shù)日益成熟，取得了豐富

19、的經(jīng)驗(yàn)。然而目前 DCS的發(fā)展開始減緩和停滯。如何使 DCS仍然可以大跨步地繼續(xù)向前發(fā)展，其中一個(gè)關(guān)鍵問題就在于通用化的硬件平臺(tái)，PLC的融入。隨著微電子及控制技術(shù)的發(fā)展，PLC系統(tǒng)和 DCS系統(tǒng)在不斷吸收彼此的特點(diǎn)，逐步地走向同化PLC發(fā)展到今天，已經(jīng)形成了各種規(guī)模的系列化產(chǎn)品，可以用于各種規(guī)模的工業(yè)控制場(chǎng)合。除了邏輯處理功能以外，PLC大多具有完善的數(shù)據(jù)運(yùn)算能力，可用于各種數(shù)字控制領(lǐng)域。多種多樣的功能單元大量涌現(xiàn)，使PLC滲透到了位置控制、溫度控制、CNC等各種工業(yè)控制中。加上PLC通信能力的增強(qiáng)及人機(jī)界面技術(shù)的發(fā)展，使用PLC組成各種控制系統(tǒng)變得非常容易。PLC是面向工礦企業(yè)的工控設(shè)備。

20、它接口容易，編程語言易于為工程技術(shù)人員接受。梯形圖語言的圖形符號(hào)與表達(dá)方式和繼電器電路圖相當(dāng)接近，為不熟悉電子電路、不懂計(jì)算機(jī)原理和匯編語言的人從事工業(yè)控制打開了方便之門。PLC用存儲(chǔ)邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設(shè)備外部的接線，使控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及建造的周期大為縮短，同時(shí)日常維護(hù)也變得容易起來，更重要的是使同一設(shè)備經(jīng)過改變程序而改變生產(chǎn)過程成為可能。這特別適合多品種、小批量的生產(chǎn)場(chǎng)合。在新時(shí)代，PLC會(huì)有更大的更大的發(fā)展，產(chǎn)品的品種會(huì)更豐富、規(guī)格更齊全，通過完美的人機(jī)界面、完備的通信設(shè)備、成熟的現(xiàn)場(chǎng)總線通信能力會(huì)更好地適應(yīng)各種工業(yè)控制場(chǎng)合的需求，PLC作為自動(dòng)化控制網(wǎng)絡(luò)和國際通用網(wǎng)絡(luò)的重要組成

21、部分，將在我國發(fā)電廠的電氣自動(dòng)化建設(shè)中發(fā)揮越來越大的作用。隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民物質(zhì)文化生活水平的不斷提高，對(duì)電力需求愈來愈大，促使電力事業(yè)迅速發(fā)展，電網(wǎng)不斷擴(kuò)大，用戶對(duì)供電質(zhì)量和供電可靠性要求越來越高，甚至連發(fā)生電源的瞬時(shí)中斷也不能忍受?！半娏Ψā焙汀俺兄Z制”的公布和貫徹執(zhí)行，要求電力供應(yīng)部門提供安全、經(jīng)濟(jì)、可靠和高質(zhì)量的電能。傳統(tǒng)的技術(shù)和管理手段已無法適應(yīng)新的形勢(shì)，PLC自動(dòng)重合閘就是為了這一目的而提出來的。先進(jìn)PLC的發(fā)展代表著國家的綜合科技實(shí)力和水平，目前許多先進(jìn)工業(yè)國家都已將PLC技術(shù)列為21世紀(jì)高科技發(fā)展計(jì)劃。其發(fā)展呈現(xiàn)兩個(gè)突出特點(diǎn):一個(gè)是在橫向上，PLC的應(yīng)用領(lǐng)域在不斷的擴(kuò)大，

22、正從傳統(tǒng)的制造向人類工作和生活的各種領(lǐng)域擴(kuò)展，PLC的種類日趨增多；另一方面是在縱向上，隨著需求范圍的擴(kuò)大，PLC的結(jié)構(gòu)和形態(tài)發(fā)展多樣化，高端系統(tǒng)呈現(xiàn)明顯的仿生和智能特征，其特性不斷提高，功能不斷擴(kuò)展和完善，各種PLC向更智能化和人類社會(huì)更密切的融合方向發(fā)展。第2章 PLC控制系統(tǒng)及自動(dòng)重合閘裝置2.1 可編程控制器PLC介紹用內(nèi)部已定義的各種輔助繼電器代替機(jī)械觸點(diǎn)繼電器，通過軟件編程方式用內(nèi)部邏輯關(guān)系代替實(shí)際的硬件連接導(dǎo)線，這些內(nèi)部繼電器的節(jié)點(diǎn)變位時(shí)間可理想化地認(rèn)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)?；谶@一特點(diǎn)，將PLC 引入繼電保護(hù)裝置中,一方面可以大

23、大改善裝置的動(dòng)作準(zhǔn)確性和可靠性；另一方面，又可兼容傳統(tǒng)的繼電保護(hù)設(shè)計(jì)思想和技術(shù)方法,尤其是對(duì)于自動(dòng)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(jì)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(hù)控制方案在同一程序中進(jìn)行設(shè)計(jì)、相互配合。PLC 的微電腦屬性使得各保護(hù)裝置之間、裝置與主控機(jī)之間能夠按計(jì)算機(jī)通訊方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞，配以主機(jī)監(jiān)控平臺(tái)從而構(gòu)成整個(gè)變電站自動(dòng)化系統(tǒng)。PLC控制系統(tǒng)特點(diǎn):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，其平均故障時(shí)間間隔(MTBF)在5-10000h以上。用PLC實(shí)現(xiàn)自動(dòng)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(jī)械觸

24、點(diǎn)繼電器,通過軟件編程方式用內(nèi)部邏輯關(guān)系代替實(shí)際的硬件連接線,從根本上簡化動(dòng)作的物理鏈條。從繼電過流保護(hù)動(dòng)作啟動(dòng)開始,僅經(jīng)過PLC的邏輯處理后就可直接發(fā)出重合閘動(dòng)作信號(hào),動(dòng)作過程無觸點(diǎn)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(jì)思想和技術(shù)方案。而且PLC構(gòu)成的自動(dòng)重合閘裝置調(diào)試簡單,組態(tài)靈活,可靠性高,具有擴(kuò)展性，且具有連線簡單,工作可靠,便于調(diào)試、調(diào)整和維護(hù),可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程通訊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，其平均故障時(shí)間間隔(MTBF)在5-10000h以上。用PLC實(shí)現(xiàn)自動(dòng)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(jī)

25、械觸點(diǎn)繼電器,通過軟件編程方式用內(nèi)部邏輯關(guān)系代替實(shí)際的硬件連接線,從根本上簡化動(dòng)作的物理鏈條。從繼電過流保護(hù)動(dòng)作啟動(dòng)開始,僅經(jīng)過PLC的邏輯處理后就可直接發(fā)出重合閘動(dòng)作信號(hào),動(dòng)作過程無觸點(diǎn)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(jì)思想和技術(shù)方案。而且PLC構(gòu)成的自動(dòng)重合閘裝置調(diào)試簡單,組態(tài)靈活,可靠性高,具有擴(kuò)展性，且具有連線簡單,工作可靠,便于調(diào)試、調(diào)整和維護(hù),可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程通訊。2.2 自動(dòng)重合閘裝置1、自動(dòng)重合閘裝置（ZCH）又稱自動(dòng)重合器，是用于配電網(wǎng)自動(dòng)化的一種智能化開關(guān)設(shè)備，它能夠檢測(cè)到故障電流、在給定時(shí)間內(nèi)斷開故障電流并能進(jìn)行給定次數(shù)重合的一種

26、“自具”能力的控制開關(guān)。所謂“自具”是只重合閘裝置本身具有故障電流檢測(cè)和操作順序控制與執(zhí)行的能力，無需附加繼電保護(hù)裝置和另外的操作電源，也不需要和外界通信。當(dāng)線路發(fā)生短路故障時(shí)，它按順序及時(shí)間間隔進(jìn)行開斷及重合的操作。當(dāng)遇到永久性的故障，在完成預(yù)定復(fù)位才能解除閉鎖。若重合失敗，則閉鎖在分閘狀態(tài)，把事故區(qū)段隔開；當(dāng)故障接觸后，需要手動(dòng)復(fù)位才能解除閉鎖。如果是瞬時(shí)性故障，則在循環(huán)分、合閘的操作中，無論哪次重合成功，則終止后續(xù)的分、合閘，并經(jīng)過一定延時(shí)后恢復(fù)初始的整定狀態(tài)，為下次故障的來臨做好準(zhǔn)備。重合閘裝置課按預(yù)先整定的動(dòng)作順序進(jìn)行多次分、合閘的循環(huán)操作。在下列情況下，重合閘不應(yīng)動(dòng)作：由運(yùn)行值班員

27、手動(dòng)跳閘或無人值班變電站通過遠(yuǎn)方遙控裝置跳閘時(shí)；當(dāng)按頻率自動(dòng)減負(fù)荷裝置動(dòng)作時(shí)或負(fù)荷控制裝置動(dòng)作跳閘時(shí)；當(dāng)手動(dòng)合閘送電到故障線路上而保護(hù)動(dòng)作跳閘時(shí)；母差保護(hù)或斷路器失靈保護(hù)動(dòng)作時(shí)；當(dāng)備用電源自投（或互投）裝置動(dòng)作跳閘時(shí)或斷路器處于不正常狀態(tài)而不允許實(shí)現(xiàn)重合閘時(shí)。除上述情況外，斷路器由于繼電保護(hù)動(dòng)作或其他原因跳閘后，重合閘裝置應(yīng)動(dòng)作，使斷路器重新合上。重合閘裝置在動(dòng)作后，均應(yīng)能夠自動(dòng)復(fù)歸，準(zhǔn)備好下一次再動(dòng)作，但動(dòng)作次數(shù)應(yīng)符合預(yù)先的設(shè)定。重合閘裝置應(yīng)能夠和繼電保護(hù)配合實(shí)現(xiàn)重合閘前加速或后加速功能。在雙側(cè)電源的線路上，重合閘啟動(dòng)條件應(yīng)受到同期檢定或無壓檢定的限制，且不可造成非同期重合并網(wǎng)。重合閘的啟動(dòng)

28、方式一般采用不對(duì)應(yīng)啟動(dòng)，對(duì)于微機(jī)、集成電路保護(hù)還可采用保護(hù)啟動(dòng)方式，重合閘動(dòng)作應(yīng)具備延時(shí)功能，對(duì)于220 KV以上電網(wǎng)應(yīng)有兩種以上時(shí)間可供選擇。重合閘裝置充電時(shí)間應(yīng)在15-25S，放電越快越好。自動(dòng)重合閘作用:在電力系統(tǒng)中采用了自動(dòng)重合閘裝置，即是當(dāng)斷路器由繼電保護(hù)動(dòng)作或其它非人工操作而跳閘后，能夠自動(dòng)控制斷路器重新合上的一種裝置。大大提高供電的可靠性，減少線路停電的次數(shù)。在高壓輸電線路上采用重合閘，可以提高電力系統(tǒng)并列運(yùn)行的穩(wěn)定性。在架空線路上采用重合閘，可以暫緩架設(shè)雙回線路，以節(jié)約投資。對(duì)斷路器本身由于機(jī)構(gòu)不良或繼電保護(hù)誤動(dòng)作而引起的誤跳閘，也能起糾正的作用。但是，當(dāng)重合于永久性故障上時(shí)，

29、它也將帶來一些不利的影響，如:（1）使電力系統(tǒng)又一次受到故障的沖擊。（2）由于斷路器在很短的時(shí)間內(nèi)，連續(xù)切斷兩次短路電流，而使其工作條件變得更加惡劣。2、重合閘裝置的分類按照不同的的分類標(biāo)準(zhǔn)，重合閘裝置有如下一些分類：（1）按相分類單相和三相。兩者動(dòng)作原理類似，使用時(shí)根據(jù)配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)不同而進(jìn)行選擇，對(duì)于三相中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)，一般不宜采用單相重合閘裝置，否則造成非三相運(yùn)行；單相重合器主要用于中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)，允許電氣設(shè)備作為單相運(yùn)行。單相重合閘及綜合重合閘方式適用于220KV及以上的電網(wǎng)中，當(dāng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，如果使用三相重合閘不能保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，或者地區(qū)系統(tǒng)會(huì)出現(xiàn)大面積停電，或者會(huì)導(dǎo)致重要

30、負(fù)荷停電時(shí)，特別是大型機(jī)組的高壓配電線路。使用三相重合閘的線路，在使用單相重合閘時(shí)對(duì)系統(tǒng)恢復(fù)供電有較好的效果時(shí)。（2）按結(jié)構(gòu)分類整體式和分布式。所謂整體式是指重合閘裝置中得斷路器本體與其控制部分是密不可分的。整體式重合閘裝置采用高壓（10KV）操動(dòng)機(jī)頭，可用于戶外10KV電桿上，無需另外的操作電源，直接由所控制的10KV線路供給；但因?yàn)椴捎酶邏汉祥l線圈，對(duì)絕緣水平要求高，有時(shí)會(huì)因絕緣水平難以保證導(dǎo)致線圈發(fā)熱，匝間絕緣損壞，造成重合閘裝置爆炸的事故。檢定無壓或檢定同期重合閘方式適用于兩端均有電源的線路以及不允許非同期合閘的線路。雙回線路上可直接檢定另一回線路上有電流來判定同期。非同期重合閘方式并

31、列運(yùn)行的發(fā)電廠或電力系統(tǒng)之間應(yīng)有三條或三條以上緊密聯(lián)系的線路。非同期重合閘時(shí)產(chǎn)生的沖擊電流未超過規(guī)定的允許值。重合后電力系統(tǒng)可以很快恢復(fù)同期運(yùn)行時(shí)。在非同期重合閘所產(chǎn)生的振蕩過程中，對(duì)重要負(fù)荷的影響較小時(shí)。所謂分布式是指重合閘裝置采用積木式結(jié)構(gòu)，例如本體、操動(dòng)機(jī)構(gòu)、控制電路是分開的3個(gè)部分。分布式重合閘裝置采用低電壓（220V）操動(dòng)機(jī)構(gòu)，這樣避免了高壓電源進(jìn)行調(diào)試的復(fù)雜性和危險(xiǎn)性，安裝、檢修都較為方便。（3）按滅弧介質(zhì)分油、真空、SF6。油重合閘裝置出現(xiàn)的最早，運(yùn)行歷史最長，一般采用液壓控制。油重合閘裝置有兩個(gè)固有缺點(diǎn)：因油屬非自恢復(fù)絕緣介質(zhì)，故其維修較頻繁，至少3年需要換油、檢修一次；有火災(zāi)

32、危險(xiǎn)?，F(xiàn)在來看其技術(shù)相對(duì)落后，國內(nèi)已基本淘汰。真空滅弧室于20世紀(jì)60年代用于重合閘裝置設(shè)計(jì)。真空滅弧室的有點(diǎn)是開斷壽命長，無需檢修，無火災(zāi)危險(xiǎn)。到了90年代后期，隨著真空泡制造技術(shù)的飛速發(fā)展，真空重合閘裝置已逐步成為國內(nèi)外重合閘裝置市場(chǎng)上的主流產(chǎn)品。SF6重合閘裝置將干燥的SF6充入密閉的開關(guān)本體中，作為開關(guān)設(shè)備的絕緣和滅弧介質(zhì)。SF6氣體具有極好的絕緣和滅弧性能，但其分解物具有一定的毒性，其本身也是溫室效應(yīng)的主要因素之一，如果泄漏將會(huì)對(duì)人和環(huán)境造成一定的損害，因此做好開關(guān)箱體的密封和SF6氣體的回收、處理工作。（4）按控制方式分類液壓控制、電子控制.液壓控制有單液壓系統(tǒng)和雙液壓系統(tǒng)兩種。液

33、壓控制的主要有點(diǎn)是簡單、可靠、經(jīng)濟(jì)、耐用，不受電磁的干擾，這些優(yōu)點(diǎn)對(duì)于農(nóng)村電網(wǎng)和距離配電站較遠(yuǎn)的設(shè)備很有用。液壓控制的缺點(diǎn)，是保護(hù)特性無法做到足夠穩(wěn)定、精確和快速，選擇范圍窄，受溫度影響較大，特性調(diào)整不方便等。3、電子控制有分立電路和集成電路兩種。分立式電子電路與集成式電路相比，其優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格便宜，元件耐用，維修簡單；其缺點(diǎn)是體積大，功能少，插件多，選擇范圍窄，調(diào)整不便，可靠性差。以集成電路為基礎(chǔ)的微機(jī)控制于20世紀(jì)80年代應(yīng)用于重合閘裝置，其典型產(chǎn)品為英國的ESR型和PMR型重合器。重合閘裝置控制所用微機(jī)為單片機(jī)，其主要優(yōu)點(diǎn)是體積小，功能強(qiáng)，重合器的分閘電流、分閘次數(shù)、操作順序、分閘時(shí)延、合閘

34、間隔、復(fù)位時(shí)間等特性的整定，都可以簡單地在控制箱上通過控制面板整定，使用極為方便，這對(duì)改善保護(hù)配合，提高供電可靠性，提高運(yùn)行自動(dòng)化程度意義很大。按重合閘的控制器安裝方式分類室外就地安裝：安裝在斷路器下面的水泥杠上。集控態(tài)勢(shì)安裝：室內(nèi)集中控制，安裝在集控臺(tái)內(nèi)。集控屏式安裝：安裝在集控屏內(nèi)。10KV配電線路：安裝在電桿上，并配有裝用電源給重合閘裝置供交流220V電源。2.3 設(shè)計(jì)方案的論證1、電力系統(tǒng)中，自動(dòng)重合閘具有以下經(jīng)濟(jì)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(duì)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(yùn)行的穩(wěn)定性，從而提高傳送容量。對(duì)于短路器本

35、身由于機(jī)構(gòu)不良或繼電保護(hù)誤動(dòng)作引起的跳閘，也能起糾正的作用?；谝陨蠋讞l及輸電線路本身的特點(diǎn)，提出以下兩種自動(dòng)重合閘裝置設(shè)計(jì)方案。方案一基于單片機(jī)的自動(dòng)重合閘設(shè)計(jì)；單片機(jī)是一種可編程的集成芯片，換句話來說，PLC就是由單片機(jī)加上外圍電路做成的 ，單片機(jī)開發(fā)式底層開發(fā)，比較麻煩，程序編寫用匯編或者c語言比如延時(shí)用單片機(jī)做程序，要從晶振來計(jì)算，廠家都提供一個(gè)編程軟件，可以用梯形圖編程，延時(shí)只需在時(shí)間繼電器里送一個(gè)數(shù)字而已，單片機(jī)可以構(gòu)成各種各樣的應(yīng)用系統(tǒng)，不同廠家的PLC有相同的工作原理，類似的功能和指標(biāo)，有一定的互換性，通用性，可靠性 ，單片機(jī)開發(fā)成本低，一個(gè)單片機(jī)十幾塊到幾十塊，上百不等，但開

36、發(fā)起來，麻煩，PLC 開發(fā)周期短，見效快，可靠性高。方案二基于PLC的自動(dòng)重合閘設(shè)計(jì)。由于PLC抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高，程序簡單易學(xué)，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(kuò)展能力強(qiáng)。配套齊全，功能完善，適用性強(qiáng)，易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個(gè)整體，易于擴(kuò)充其功能，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(shí)PLC的干擾能力強(qiáng)，可靠性高的特點(diǎn)能滿足設(shè)計(jì)運(yùn)行年限內(nèi)中合閘裝置的使用壽命，次數(shù)，不拒動(dòng)，不誤動(dòng)。隨著PLC的技術(shù)日益成熟，其性價(jià)比已經(jīng)非常高。綜合考慮以上因素，本設(shè)計(jì)方案選擇方案二2、總體設(shè)計(jì):（1）系統(tǒng)框架設(shè)計(jì):該設(shè)計(jì)將通常所謂“計(jì)算機(jī)繼電器邏輯電路”分解成保護(hù)

37、功能繼電器組和PLC 2個(gè)部分。根據(jù)不同保護(hù)對(duì)象(主變差動(dòng)保護(hù)、母線保護(hù)、電容器保護(hù)、線路保護(hù)、電動(dòng)機(jī)保護(hù)等) 由不同保護(hù)功能的繼電器組組合使裝置分成若干個(gè)標(biāo)準(zhǔn)型號(hào)，其中所有的單一保護(hù)元件均遵循正邏輯法，,則在PLC 中定義為動(dòng)作節(jié)點(diǎn)。如圖2.1所示。當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生任何故障時(shí)，故障信息引起功能繼電器組動(dòng)作于PLC并同時(shí)傳回主控機(jī)，主控機(jī)經(jīng)分析后發(fā)送信息給PLC。PLC采集繼電器組和主控機(jī)的信息來控制故障的系統(tǒng)。（2）下面是本系統(tǒng)中各部分組成。電力系統(tǒng): 由發(fā)電、輸電、變電、配電和用電等環(huán)節(jié)組成的電能生產(chǎn)與消費(fèi)系統(tǒng)。它的功能是將自然界的一次能源通過發(fā)電動(dòng)力裝置轉(zhuǎn)化成電能，再經(jīng)輸電、變電和配電將電

38、能供應(yīng)到各用戶。為實(shí)現(xiàn)這一功能，電力系統(tǒng)在各個(gè)環(huán)節(jié)和不同層次還具有相應(yīng)的信息與控制系統(tǒng)，對(duì)電能的生產(chǎn)過程進(jìn)行測(cè)量、調(diào)節(jié)、控制、保護(hù)、通信和調(diào)度，以保證用戶獲得安全、經(jīng)濟(jì)、優(yōu)質(zhì)的電能。AD轉(zhuǎn)換：AD轉(zhuǎn)換就是模數(shù)轉(zhuǎn)換，顧名思義，就是把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)以下為常用的幾種類型的基本原理及特點(diǎn)：積分型、逐次逼近型、并行比較型/串并行型、-調(diào)制型、電容陣列逐次比較型及壓頻變換型。積分型主控機(jī)通訊接口測(cè)量數(shù)據(jù)單元保護(hù)功能繼電組P L C開關(guān)I/0子系統(tǒng)數(shù)字濾波器模擬量輸入子系統(tǒng)A/D轉(zhuǎn)換電 力 系 統(tǒng)圖2.1系統(tǒng)框架設(shè)計(jì)示意圖積分型AD工作原理是將輸入電壓轉(zhuǎn)換成時(shí)間(脈沖寬度信號(hào))或頻率(脈沖頻率)，然

39、后由定時(shí)器/計(jì)數(shù)器獲得數(shù)字值。其優(yōu)點(diǎn)是用簡單電路就能獲得高分辨率， 但缺點(diǎn)是由于轉(zhuǎn)換精度依賴于積分時(shí)間，因此轉(zhuǎn)換速率極低。初期的單片AD轉(zhuǎn)換器大多采用積分型，現(xiàn)在逐次比較型已逐步成為主流。逐次比較型逐次比較型AD由一個(gè)比較器和DA轉(zhuǎn)換器通過逐次比較邏輯構(gòu)成，從MSB開始，順序地對(duì)每一位將輸入電壓與內(nèi)置DA轉(zhuǎn)換器輸出進(jìn)行比較，經(jīng)n次比較而輸出 數(shù)字值。其電路規(guī)模屬于中等。其優(yōu)點(diǎn)是速度較高、功耗低，在低分辯率（<12位）時(shí)價(jià)格便宜，但高精度（>12位）時(shí)價(jià)格很高。并行比較型/串并行比較型并行比較型AD采用多個(gè)比較器，僅作一次比較而實(shí)行轉(zhuǎn)換，又稱FLash(快速)型。由于轉(zhuǎn)換速率極高，n

40、位的轉(zhuǎn)換需要2n-1個(gè)比較器，因此電路規(guī)模也極大，價(jià)格也高，只適用于視頻AD轉(zhuǎn)換器等速度特別高的領(lǐng)域。串并行比較型AD結(jié)構(gòu)上介于并行型和逐次比較型之間，最典型的是由2個(gè)n/2位的并行型AD轉(zhuǎn)換器配合DA轉(zhuǎn)換器組成，用兩次比較實(shí)行轉(zhuǎn)換，所以稱為 (半快速)型。還有分成三步或多步實(shí)現(xiàn)AD轉(zhuǎn)換的叫做分級(jí)型AD，而從轉(zhuǎn)換時(shí)序角度 又可稱為流水線型AD，現(xiàn)代的分級(jí)型AD中還加入了對(duì)多次轉(zhuǎn)換結(jié)果作數(shù)字運(yùn)算而修正特性等功能。這類AD速度比逐次比較型高，電路 規(guī)模比并行型小。-調(diào)制型-型AD由積分器、比較器、1位DA轉(zhuǎn)換器和數(shù)字濾波器等組成。原理上近似于積分型，將輸入電壓轉(zhuǎn)換成時(shí)間(脈沖寬度)信號(hào)，用數(shù)字濾波

41、器處理后得到數(shù)字值。電路的數(shù)字部分基本上容易單片化，因此容易做到高分辨率。主要用于音頻和測(cè)量。電容陣列逐次比較型電容陣列逐次比較型AD在內(nèi)置DA轉(zhuǎn)換器中采用電容矩陣方式，也可稱為電荷再分配型。一般的電阻陣列DA轉(zhuǎn)換器中多數(shù)電阻的值必須一致，在單芯片上生成高 精度的電阻并不容易。如果用電容陣列取代電阻陣列，可以用低廉成本制成高精度單片AD轉(zhuǎn)換器。最近的逐次比較型AD轉(zhuǎn)換器大多為電容陣列式的。壓頻變換型壓頻變換型是通過間接轉(zhuǎn)換方式實(shí)現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換的。其原理是首先將輸入的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成頻率，然后用計(jì)數(shù)器將頻率轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。從理論上講這種AD的分辨率幾乎可以無限增加，只要采樣的時(shí)間能夠滿足輸出頻率分辨率要

42、求的累積脈沖個(gè)數(shù)的寬度。其優(yōu)點(diǎn)是分辯率高、功耗低、價(jià)格低，但是需要外部計(jì)數(shù)電路共同完成AD轉(zhuǎn)換AD轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)分辯率指數(shù)字量變化一個(gè)最小量時(shí)模擬信號(hào)的變化量，定義為滿刻度與n/2的比值。分辯率又稱精度，通常以數(shù)字信號(hào)的位數(shù)來表示。轉(zhuǎn)換速率是指完成一次從模擬轉(zhuǎn)換到數(shù)字的AD轉(zhuǎn)換所需的時(shí)間的倒數(shù)。積分型AD的轉(zhuǎn)換時(shí)間是毫秒級(jí)屬低速AD，逐次比 較型AD是微秒級(jí)屬中速AD，全并行/串并行型AD可達(dá)到納秒級(jí)。采樣時(shí)間則是另外一個(gè)概念，是指兩次轉(zhuǎn)換的間隔。為了保證轉(zhuǎn)換的正確完成，采樣速率必須小于或等于轉(zhuǎn)換速率。因此有人習(xí)慣上將轉(zhuǎn)換速率在數(shù)值上等同于采樣速率也是可以接受的。常用單位是ksps和Ms

43、ps，表 示每秒采樣千/百萬次。量化誤差由于AD的有限分辯率而引起的誤差，即有限分辯率AD的階梯狀轉(zhuǎn)移特性曲線與無限分辯率AD（理想AD）的轉(zhuǎn)移特性曲線（直線）之間的最大偏差。通常是1 個(gè)或半個(gè)最小數(shù)字量的模擬變化量，表示為1LSB、1/2LSB。偏移誤差輸入信號(hào)為零時(shí)輸出信號(hào)不為零的值，可外接電位器調(diào)至最小。滿刻度誤差滿度輸出時(shí)對(duì)應(yīng)的輸入信號(hào)與理想輸入信號(hào)值之差。線性度實(shí)際轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)移函數(shù)與理想直線的最大偏移，不包括以上三種誤差。其他指標(biāo)還有：絕對(duì)精度，相對(duì)精度，微分非線性，單調(diào)性和無錯(cuò)碼，總諧波失真（Total Harmonic Distotortion縮寫THD）和積分非線性。AD轉(zhuǎn)換器

44、原理A/D轉(zhuǎn)換器是用來通過一定的電路將模擬量轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字量。模擬量可以是電壓、電流等電信號(hào)，也可以是壓力、溫度、濕度、位移、聲音等非電信號(hào)。但在A/D轉(zhuǎn)換前，輸入到A/D轉(zhuǎn)換器的輸入信號(hào)必須經(jīng)各種傳感器把各種物理量轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)。A/D轉(zhuǎn)換后，輸出的數(shù)字信號(hào)可以有8位、10位、12位和16位等。A/D轉(zhuǎn)換器的工作原理主要介紹以下兩種方法：逐次逼近法雙積分法電壓頻率轉(zhuǎn)換法 A/D轉(zhuǎn)換四步驟：采樣、保持、量化、編碼。數(shù)字濾波器：數(shù)字濾波器是一個(gè)離散時(shí)間系統(tǒng)（按預(yù)定的算法，將輸入離散時(shí)間信號(hào)轉(zhuǎn)換為所要求的輸出離散時(shí)間信號(hào)的特定功能裝置）通訊接口：在安防監(jiān)控系統(tǒng)中的通訊接口主要是對(duì)視頻、音頻的輸入輸出來

45、說的。所以通訊接口一般有以下幾種：RS-232、RS-485、通用網(wǎng)絡(luò)接口，可支持PSTN、ISDN以及LAN各種聯(lián)網(wǎng)環(huán)境、具有USB2.0超高速數(shù)據(jù)接口，連接計(jì)算機(jī)對(duì)重要圖像資料進(jìn)行備份、可選配具有逐行掃描VGA輸出接口等。第3章 重合閘系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1 自動(dòng)重合閘裝置自動(dòng)重合閘裝置是將因故障跳開后的斷路器按需要自動(dòng)投入的一種自動(dòng)裝置。1、運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，架空線路大多數(shù)故障是瞬時(shí)性的，如：（1）雷擊過電壓引起絕緣子表面閃絡(luò)。（2）大風(fēng)時(shí)的短時(shí)碰線。（3）通過鳥類身體（或樹枝）放電。此時(shí)，若保護(hù)動(dòng)>熄弧>故障消除>合斷路器>恢復(fù)供電。手動(dòng)（停電時(shí)間長）效果不顯著，自動(dòng)重合，

46、效果明顯。2、作用：（1）對(duì)暫時(shí)性故障，可迅速恢復(fù)供電，從而能提高供電的可靠性。（2）對(duì)兩側(cè)電源線路，可提高系統(tǒng)并列運(yùn)行的穩(wěn)定性，從而提高線路的輸送容量。（3）可以糾正由于斷路器或繼電保護(hù)誤動(dòng)作引起的誤跳閘。應(yīng)用：1KV及以上電壓的架空線路或電纜與架空線路的混合線路上，只要裝有斷路器，一般應(yīng)裝設(shè)ZCH。3、ZCH本身不能判斷故障是瞬時(shí)性的，還是永久性的。所以若重合于永久性故障時(shí)，其不利影響：（1）使電力系統(tǒng)又一次受到故障的沖擊；（2）使斷路器的工作條件惡化（因?yàn)樵诙虝r(shí)間內(nèi)連續(xù)兩次切斷短路電流）。據(jù)運(yùn)行資料統(tǒng)計(jì)，ZCH成功率60-90%，經(jīng)濟(jì)效益很高>廣泛應(yīng)用。4、對(duì)自動(dòng)重合閘的基本要求：

47、（1）動(dòng)作迅速一般“0.5-1.5”。tu故障點(diǎn)去游離，tz斷路器消弧室及傳動(dòng)機(jī)構(gòu)準(zhǔn)備好再次動(dòng)作。（2）不允許任意多次重合，即動(dòng)作次數(shù)應(yīng)符合預(yù)先的規(guī)定，如一次或兩次。（3）動(dòng)作后應(yīng)能自動(dòng)復(fù)歸，準(zhǔn)備好再次動(dòng)作。（4）手動(dòng)跳閘時(shí)不應(yīng)重合（手動(dòng)操作或遙控操作）。（5）手動(dòng)合閘于故障線路不重合（多屬于永久性故障）3.2 三相自動(dòng)重合閘1.單側(cè)電源線路的三相一次重合閘：當(dāng)線路上故障（單相接地短路、相間短路）>保護(hù)動(dòng)作跳開三相>重合閘起動(dòng)>合三相：故障是瞬時(shí)性的，重合成功；故障是永久性的，保護(hù)再次跳開三相，不再重合，如圖3.1。通常三相一次自動(dòng)重合閘裝置由起動(dòng)元件、延時(shí)元件、一次合閘脈沖

48、元件和執(zhí)行元件四部分組成。重合閘起動(dòng)合三相閘一次合閘脈沖元件與控制開關(guān)KK執(zhí)行元件圖3.1單側(cè)電源線路的三相一次重合閘示意圖 （1）起動(dòng)元件：當(dāng)DL跳閘之后，使延時(shí)元件起動(dòng)。起動(dòng)方式：兩種，1、控制開關(guān)KK位置與斷路器位置不對(duì)應(yīng)（優(yōu)先采用），2、保護(hù)裝置起動(dòng)。（2）延時(shí)元件。（3）一次合閘脈沖元件：保證重合閘裝置只重合一次。（4）執(zhí)行元件：啟動(dòng)合閘回路和信號(hào)回路，還可與保護(hù)配合，實(shí)現(xiàn)重合閘后加速保護(hù)。2.兩側(cè)電源線路三相一次重合閘：應(yīng)考慮的兩個(gè)問題時(shí)間的配合：考慮兩側(cè)保護(hù)可能以不同的延時(shí)跳閘，此時(shí)須保證兩側(cè)均跳閘后，故障點(diǎn)有足夠的去游離時(shí)間。同期問題：重合時(shí)兩側(cè)系統(tǒng)是否同步的問題以及是否允許非

49、同步合閘的問題。兩側(cè)電源線路上的主要合閘方式：（1）快速自動(dòng)重合方式：當(dāng)線路上發(fā)生故障時(shí)，繼電保護(hù)快速動(dòng)作而后進(jìn)行自動(dòng)重合。其特點(diǎn)是快速，須具備下列條件：線路兩側(cè)均裝有全線瞬時(shí)保護(hù)。有快速動(dòng)作的DL，如快速空氣斷路器。沖擊電流<允許值。（2）非同期重合閘方式：就是不考慮系統(tǒng)是否同步而進(jìn)行自動(dòng)重合閘的方式（期望系統(tǒng)自動(dòng)拉入同步，須校驗(yàn)沖擊電流，防止保護(hù)誤動(dòng)）。（3）檢查雙回線另一回線電流的重合閘方式：（4）自動(dòng)解列重合閘方式：雙側(cè)電源單回線。（圖3.2）圖3.2自動(dòng)解列重合閘方式示意圖d點(diǎn)短路，保護(hù)1動(dòng)>1DL跳閘，小電源側(cè)保護(hù)動(dòng)>跳3DL，1DL處ZCH檢無壓后重合，若成功，

50、恢復(fù)對(duì)非重要負(fù)荷供電，在解列點(diǎn)實(shí)行同步并列>恢復(fù)正常供電。（5）具有同步檢定和無壓檢定的重合閘：（如圖3.3）圖3.3具同步檢定和無壓檢定的重合閘方式示意圖在兩側(cè)的斷路器上，除裝有單側(cè)電源線路的ZCH外，在一側(cè)（M側(cè)）裝有低電壓繼電器，用以檢查線路上有無電壓（檢無壓側(cè)），在另一側(cè)（N側(cè)）裝有同步檢定繼電器，進(jìn)行同步檢定（檢同步側(cè)）。(6)工作過程：當(dāng)線路短路時(shí)，兩側(cè)DL斷開，線路失去電壓，M側(cè)低電壓繼電器動(dòng)作，經(jīng)ZCH重合。a、重合成功，N側(cè)同步檢定繼電器在兩側(cè)電源符合同步條件后再進(jìn)行重合，恢復(fù)正常供電；b、重合不成功，保護(hù)再次動(dòng)作，跳開M側(cè)DL不再重合，N側(cè)不重合。(7)兩點(diǎn)說明：有上

51、述分析可見，M側(cè)DL如重合于永久性故障，就將連續(xù)兩次切斷短路電流，所以工作條件比N側(cè)惡劣，為此，通常兩側(cè)都裝設(shè)低電壓繼電器和同步檢定繼電器，利用連結(jié)片定期切換其工作方式，以使兩側(cè)工作條件接近相同。在正常工作情況下，由于某種原因（保護(hù)誤動(dòng)、誤碰跳閘機(jī)構(gòu)等）使檢無壓側(cè)（M側(cè)）誤跳閘時(shí)，因線路上仍有電壓，無法進(jìn)行重合（缺陷），為此，在檢無壓側(cè)也同時(shí)投入同步檢定繼電器，使兩者的觸點(diǎn)并聯(lián)工作。這樣，在上述情況下，同步檢定繼電器工作，可將誤跳閘的DL重新合閘。注：在使用同步檢定的一側(cè)，絕對(duì)不允許同時(shí)投入無壓檢定繼電器。3.3 重合閘動(dòng)作時(shí)限的選擇原則1、單側(cè)電源線路的三相重合閘：原則上越短越好，但應(yīng)力爭重

52、合成功，保證：（1）障點(diǎn)電弧熄滅、絕緣恢復(fù)；（2）斷路器觸頭周圍絕緣強(qiáng)度的恢復(fù)及消弧室重新充滿油，準(zhǔn)備好重合于永久性故障時(shí)能再次跳閘，否則可能發(fā)生DL爆炸，如果采用保護(hù)裝置起動(dòng)方式，還應(yīng)加上DL跳時(shí)間。根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，采用1左右。2、兩側(cè)電源線路的三相重合閘:（如圖3.4）除上述要求外，還須考慮時(shí)間配合，按最不利情況考慮：本側(cè)先跳，對(duì)側(cè)后跳。圖3.4動(dòng)作時(shí)限配合示意圖不對(duì)應(yīng)起動(dòng)方式保護(hù)起動(dòng)3.4 自動(dòng)重合閘與繼電保護(hù)的配合1、兩者關(guān)系極為密切，保護(hù)可利用重合閘提供的便利條件，加速切出故障，一般有如下兩種配合方式：重合閘前加速保護(hù)（簡稱“前加速”如圖3.5） 圖3.5自動(dòng)重合閘前加速保護(hù)示意圖L1

53、、L2、L3上任一點(diǎn)故障，保護(hù)1速斷動(dòng)，跳1DL>ZCH重合，若成功，恢復(fù)正常供電；若不成功，按選擇性動(dòng)作。優(yōu)點(diǎn)：快速切出故障，設(shè)備少。缺點(diǎn)：永久性故障，再次切除故障的時(shí)間可能很長；裝ZCH的DL動(dòng)作次數(shù)多，若DL拒動(dòng)，將擴(kuò)大停電范圍。主要用于35KV以下的網(wǎng)絡(luò)。2、重合閘后加速保護(hù)簡稱（“后加速”如圖3.6）每條線路上均裝有選擇性的保護(hù)和ZCH。第一次故障時(shí)，保護(hù)按有選擇性的方式動(dòng)作跳閘，若是永久性故障，重合后則加速保護(hù)動(dòng)作，切除故障。例：圖3.6自動(dòng)重合閘后加速保護(hù)示意圖第一次短路時(shí)，保護(hù)1 II段動(dòng)，ZCH重合，之后保護(hù)1瞬時(shí)動(dòng)。優(yōu)點(diǎn)：第一次跳閘時(shí)有選擇性的，再次切除故障的時(shí)間加快

54、，有利于系統(tǒng)并聯(lián)運(yùn)行的穩(wěn)定性。缺點(diǎn)：第一次動(dòng)作時(shí)間可能對(duì)時(shí)限。應(yīng)用于35KV以上的高壓網(wǎng)絡(luò)中。3.5 單相自動(dòng)重合閘220KV-500KV系統(tǒng)中，由于線間距離大，經(jīng)驗(yàn)表明，絕大多數(shù)故障為單相接地故障d。此時(shí)，若只跳開故障相，其余兩相仍繼續(xù)運(yùn)行，可提高供電的可靠性和系統(tǒng)并聯(lián)運(yùn)行的穩(wěn)定性，還可減少相間故障的發(fā)生。單相自動(dòng)重合閘：d> 保護(hù)動(dòng)，跳故障相>單相重合成功，恢復(fù)三相供電。不成功，允許非全相運(yùn)行再次跳故障相不重合。 不允許非全相運(yùn)行再次跳三相不重合。若是相間短路，跳三相不重合。特點(diǎn)：1、需裝設(shè)故障判別元件和故障選相元件：判別元件一般I0、U0。相間短路無I0、U0，直接三相。接地

55、短路，再由選相元件判別d、d。選相元件：在d時(shí)，選出故障相。2、應(yīng)考慮潛供電流的影響：（如圖3.7）圖3.7潛供電流影響示意圖相間電容、相間電感提供潛供電流，使熄弧時(shí)間長，所以單相重合閘動(dòng)作時(shí)間一般應(yīng)比三相重合閘的動(dòng)作時(shí)間長。3、應(yīng)考慮非全相運(yùn)行狀態(tài)的影響。此時(shí)將出現(xiàn)負(fù)序和零序分量的電流和電壓，其影響：（1）I2對(duì)發(fā)電機(jī)的影響：在轉(zhuǎn)子中產(chǎn)生倍頻交流分量，產(chǎn)生附加發(fā)熱。轉(zhuǎn)子中的偶次諧波也將在定子繞組中感應(yīng)出偶次電動(dòng)勢(shì)，與基波疊加，有可能產(chǎn)生危險(xiǎn)的高電壓，允許長期非全相運(yùn)行的系統(tǒng)應(yīng)考慮其影響。（2）零序電流對(duì)通信的影響：對(duì)鄰近的通信線路直接產(chǎn)生干擾，可能造成通信設(shè)備的過電壓，對(duì)鐵路閉塞信號(hào)也會(huì)產(chǎn)生

56、影響。（3）非全相運(yùn)行狀態(tài)對(duì)繼電保護(hù)的影響：保護(hù)性能變壞，甚至不能正確動(dòng)作。對(duì)會(huì)誤動(dòng)的保護(hù)采取閉鎖措施等4、重合閘系統(tǒng)框圖如圖3.8所示。實(shí)際斷路器(簡稱QF)由合閘線圈、合閘電磁機(jī)構(gòu)；分閘線圈、脫扣機(jī)構(gòu)、主觸頭、輔助觸頭等組成。自動(dòng)重合閘裝置由啟動(dòng)回路、延時(shí)回路、執(zhí)行回路等組成。當(dāng)控制電路給斷路器發(fā)出合閘信號(hào)時(shí)，其合閘線圈受電，合閘電磁機(jī)構(gòu)動(dòng)作，主觸頭閉合，同時(shí)輔助觸頭作相應(yīng)轉(zhuǎn)換, 自動(dòng)重合閘裝置中的電容充電儲(chǔ)能。若線路發(fā)生短路故障，保護(hù)裝置發(fā)出分閘信號(hào)，斷路器分閘線圈受電，脫扣機(jī)構(gòu)使斷路器跳閘，主觸頭切斷短路電流，輔助觸頭給自動(dòng)重合閘發(fā)出斷路器分閘位置信號(hào)，使啟動(dòng)回路工作,經(jīng)過一定延時(shí)后執(zhí)

57、行回路動(dòng)作，由出口回路發(fā)出重合閘信號(hào)，使斷路器進(jìn)行重合閘。若為瞬時(shí)性故障,重合成功，恢復(fù)供電；若為永久性故障，斷路器將再次跳閘，之后不再進(jìn)行重合。圖3.8重合閘系統(tǒng)框圖示意圖3.6 電氣一次自動(dòng)重合閘裝置的工作原理圖3.9電氣一次自動(dòng)重合閘裝置示意圖3.7 電氣式一次自動(dòng)重合閘1、手動(dòng)合閘時(shí)，按下合閘按鈕SB1，使合閘接觸器KO通電動(dòng)作，從而使合閘線圈YO動(dòng)作，使斷路器QF合閘。手動(dòng)跳閘時(shí)，按下跳閘按鈕SB2，使跳閘線圈YR通電動(dòng)作，使斷路器QF跳閘。當(dāng)一次電路發(fā)生短路故障時(shí)，保護(hù)裝置動(dòng)作，其出口觸點(diǎn)KM閉合，接通跳閘線圈YR回路，使斷路器QF自動(dòng)跳閘。與此同時(shí)，斷路器輔助觸點(diǎn)QF3-4閉合，而且重合閘繼電器KAR起動(dòng)，經(jīng)整定的時(shí)間后其延時(shí)閉合的動(dòng)作觸點(diǎn)閉合，使合閘接觸器KO通電動(dòng)作，從而使斷路器QF重合閘。如果一次電路上的短路故障是瞬時(shí)性的，及經(jīng)消除，則可重合成功。如果短路故障尚未消除，則保護(hù)裝置又要?jiǎng)幼?，KM的觸點(diǎn)閉合又使斷路器QF再次跳閘，由于一次自動(dòng)重合閘采取了防跳措施，因此不會(huì)再次重合閘。電氣式一次自動(dòng)重合閘裝置示例:（如圖3.10）WC-控制小母線；SA1-控制開關(guān)；SA2選擇開關(guān)；KARDH-2型重合閘