【110kV降壓變電站備自投系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)（論文）15000字】

緒論1.1概述在電力行業(yè)發(fā)展的早期，電力是直接從用戶周圍的發(fā)電廠中產(chǎn)生的，因此，每個(gè)發(fā)電廠都是獨(dú)立的。但是，由于社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人們對(duì)電能的需求量急劇增長(zhǎng)，而在我國(guó)，能源資源與能源的需求卻是反向分布的，西部地區(qū)地處能源密集的東部，為了解決這種分配問題，必須在資源豐富的地方修建一座大型的發(fā)電廠，將電能傳輸?shù)礁h(yuǎn)的地方。不僅如此，為提高供電可靠性和資源利用效率，在電廠和用戶間建立了一種以變電所和輸電線為基礎(chǔ)的電力網(wǎng)絡(luò)，其電能首先經(jīng)過高壓變電所送入長(zhǎng)距離輸電網(wǎng)，再經(jīng)過各種電壓等級(jí)的變電所構(gòu)成的配電網(wǎng)絡(luò)，最終到達(dá)使用群體家中，經(jīng)過不斷的擴(kuò)大、改進(jìn)和發(fā)展，逐漸形成了現(xiàn)在的穩(wěn)定、高效的電力系統(tǒng)[1]。電力系統(tǒng)自動(dòng)化是指利用計(jì)算機(jī)、通信和電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用，對(duì)電力系統(tǒng)中的發(fā)電、輸電、變電、配電、供電等各個(gè)環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)采集、分析、處理，從而達(dá)到自動(dòng)化的目的[2]。自動(dòng)控制是目前電力系統(tǒng)中最典型的一種自動(dòng)化設(shè)備，它們往往具有檢測(cè)、決策、控制等功能，其中大部分都被安裝在變電站內(nèi)部，作為變電站的輔助設(shè)備，起著保障電網(wǎng)運(yùn)行安全和穩(wěn)定的作用。本文所要解決的問題，就是一個(gè)典型而又重要的電力系統(tǒng)自動(dòng)化設(shè)備：備用電源自動(dòng)投入裝置。隨著智能變電所的普及，自動(dòng)投影儀也在不斷地更新，從傳統(tǒng)的傳統(tǒng)的繼電器自動(dòng)投影儀到現(xiàn)在的各種微型計(jì)算機(jī)自動(dòng)投影儀，靈活性、適用性和智能化都得到了體現(xiàn)。電力系統(tǒng)中的備自投設(shè)備大都是在變電所中，變電所是整個(gè)電網(wǎng)的重要組成部分，它與電網(wǎng)一起發(fā)展已有百年之久。在電力系統(tǒng)中，作為傳輸與分配的節(jié)點(diǎn)，變電所的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、運(yùn)行、維護(hù)等都關(guān)系到電網(wǎng)的安全與可靠性，而增加和改造則進(jìn)一步證實(shí)了供電可靠的重要性。1.2本課題的研究意義就當(dāng)下來看，電力已經(jīng)成為人們?nèi)粘Ｉ钪斜夭豢缮俚囊豁?xiàng)內(nèi)容，供電也越來越受到人們的重視，停電時(shí)間、停電次數(shù)、停電范圍已經(jīng)成為衡量一個(gè)國(guó)家的電力技術(shù)水平的一個(gè)重要標(biāo)志，而在電廠與客戶間的電網(wǎng)則起到了傳輸、變電和供電等作用。斷電是由故障引起的，而故障是每個(gè)系統(tǒng)都無法避免的，同時(shí)，電力系統(tǒng)的故障也是一個(gè)巨大的威脅，它會(huì)影響到整個(gè)電網(wǎng)的安全，隨著電力網(wǎng)絡(luò)的不斷擴(kuò)大，線路越來越復(fù)雜，故障的類型也越來越多，所以，目前已經(jīng)有了很多的繼電保護(hù)設(shè)備，比如過電流保護(hù)、距離保護(hù)、縱聯(lián)保護(hù)等等。為了保證連續(xù)供電，大型醫(yī)院、煉鋼廠、礦山、交通樞紐等電網(wǎng)中的一、二級(jí)負(fù)荷，都需要有備用接線，而在這些關(guān)鍵負(fù)荷下，需要有一套完整的備用電源[3]，這樣，當(dāng)某一次接線或變壓器發(fā)生故障時(shí)，可以立即投入備用電力，為母線進(jìn)行充電，要保證供電的連續(xù)性，保證一些大型的電力設(shè)備，甚至是一些比較關(guān)鍵的負(fù)載，保證人民的生產(chǎn)和生活的安全和高效。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，電網(wǎng)中一、二次負(fù)荷的增加，對(duì)電能質(zhì)量、可靠度等指標(biāo)的需求也日益增加[4]，從技術(shù)和生產(chǎn)需求來看，許多公司都是連續(xù)生產(chǎn)的，電力是保證連續(xù)生產(chǎn)的基礎(chǔ)，但三級(jí)負(fù)載卻會(huì)越來越少，甚至?xí)?。本文所研制的以PLC為控制中心的微型備自投裝置，即適用于多種接線形式、不同電壓等級(jí)的變電所，采用梯形圖的方法進(jìn)行編程，大大簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)與編程，方便了軟件的修改和移植。同時(shí)，PLC技術(shù)還可以與更多的計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合，將更多的現(xiàn)代、智能化技術(shù)引入到電力系統(tǒng)中，從而提高電網(wǎng)的運(yùn)行效率和可靠性。1.3本課題的研究現(xiàn)狀及前景我國(guó)在八十年代中期和晚期開始對(duì)變電站自動(dòng)化技術(shù)進(jìn)行了深入的研究，其中備自投裝置是一種新型的保護(hù)設(shè)備，它的發(fā)展經(jīng)歷了電磁式、集成電路式和微型計(jì)算機(jī)式三個(gè)階段。其中，電磁類型的繼電器因?yàn)楣δ軉我?、調(diào)試?yán)щy，而且由于傳統(tǒng)的電磁繼電器容易發(fā)生氧化、熔接等故障。以單片機(jī)和PLC為控制核心的微機(jī)備自投設(shè)備已在電力系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。微機(jī)型備自投裝置，具有使用簡(jiǎn)便、可靠、性能優(yōu)良等優(yōu)點(diǎn)。就當(dāng)下來看，微型式保護(hù)器已逐步替代傳統(tǒng)的電磁式保護(hù)器，在我國(guó)各種不同電壓等級(jí)的變電站中得到了廣泛的應(yīng)用[5]。國(guó)外幾個(gè)發(fā)達(dá)國(guó)家在二十世紀(jì)七十年代后期就開始了對(duì)變電所自動(dòng)化技術(shù)的研究與研究，目前國(guó)外主要采用的是德國(guó)西門子，法國(guó)施耐德，美國(guó)通用，西屋，日本三菱，瑞士ABB等，都有較為成熟的變電所自動(dòng)化設(shè)備。就當(dāng)下來看，我國(guó)的電力系統(tǒng)技術(shù)在世界上處于領(lǐng)先地位，但在電子自動(dòng)化的設(shè)備和發(fā)展上，特別是在單片機(jī)、PLC等領(lǐng)域，需要不斷地吸收國(guó)外的先進(jìn)技術(shù)，不斷地進(jìn)行研發(fā)和創(chuàng)新，以創(chuàng)建中國(guó)特色的民族品牌。同時(shí)，隨著電網(wǎng)規(guī)模的擴(kuò)大，對(duì)供電可靠性的要求也日益提高，這是目前國(guó)內(nèi)外電力工作者亟待解決的問題。1.4本課題的研究?jī)?nèi)容本文以110kV降壓變電所為實(shí)例，對(duì)其進(jìn)線備自投、高壓側(cè)110kV母線分段自投、低壓側(cè)35kV母線分段備自投三種作業(yè)方式進(jìn)行了研究。110kV變電所是電網(wǎng)中的一種區(qū)域變電所，它的電力供應(yīng)范圍很小，它所組成的110kV電力系統(tǒng)以高壓為主，而我國(guó)的電力系統(tǒng)大都是以輻射網(wǎng)形式開環(huán)運(yùn)行[6]，變電所雖然有兩路供電，但為避免形成電磁環(huán)網(wǎng)，對(duì)電網(wǎng)的安全構(gòu)成威脅，一般采用一主一備，或分開運(yùn)行，故國(guó)內(nèi)110kV及以下變電站大都采用備用電源自動(dòng)投入裝置[7]，在上級(jí)電網(wǎng)發(fā)生故障導(dǎo)致母線停電的情況下，在具備備用啟動(dòng)條件的情況下，對(duì)斷路器進(jìn)行操作，實(shí)現(xiàn)電源切換，確保連續(xù)供電，提高了電網(wǎng)的整體供電可靠性。備自投設(shè)備的工作原理很好理解，就是在發(fā)現(xiàn)母線電壓下降后，就會(huì)進(jìn)入備用電源，但作為電網(wǎng)的自動(dòng)安全設(shè)備，它的作用非常大，所以在設(shè)計(jì)和開發(fā)過程中，必須要綜合考慮各種因素。首先要解決的是變電所錯(cuò)綜復(fù)雜的主接線方式，如單母線，單母線分段，雙母線，雙母線分段，單元接線，橋接線，角接線，單元接線，單斷線器接線，半斷線器接線，因?yàn)榇蟛糠謧溆米酝对O(shè)備都在配電網(wǎng)中，所以本項(xiàng)目的研究重點(diǎn)是110kV變電所的高壓側(cè)內(nèi)橋接線和單母線分段接線。備自投設(shè)備與繼電保護(hù)設(shè)備的協(xié)同工作關(guān)系到該方案的合理性和實(shí)用性，變電所的繼電保護(hù)可分為線路、母線和變壓器三類，其中110kV線路的主保護(hù)通常是三級(jí)距離保護(hù)（包含相間和接地之間），35kV線路通常采用三相一次合閘，三相一次重合閘，為了躲避各種保護(hù)和自動(dòng)重合閘，必須在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)起動(dòng)[8]。變電所的母線和變壓器保護(hù)是為了解決變電所內(nèi)部的問題，這時(shí)要進(jìn)行閉鎖備自投，以避免事故的擴(kuò)大。由于備自投設(shè)備的主要控制目標(biāo)是斷路器，因此其性能也必須納入到設(shè)計(jì)中，為更好地?fù)錅珉娀?，目?10kV線路普遍采用SF6型斷路器，而35kV線路采用的是真空斷路器，高壓斷路器在負(fù)載開合時(shí)會(huì)出現(xiàn)電弧，如果在主供電斷路器的電弧沒有被熄滅的情況下，就有可能導(dǎo)致斷路器不能開閘，因此，在備自投的起動(dòng)延遲中，還要考慮到斷路器開合閘的持續(xù)時(shí)間，確保下一次斷路器在電弧熄滅后再次啟動(dòng)，不同的斷路器合閘和開閘的時(shí)間因不同而需要相應(yīng)的調(diào)整。由于斷路器檢修、電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行等原因，主供電源進(jìn)線斷路器有可能被人為地人工或遠(yuǎn)程斷開，這時(shí)也不能進(jìn)行備用自投，同時(shí)，變壓器二次側(cè)斷開造成的信號(hào)收集誤差也是備用自投的一種。PLC的控制軟件可以根據(jù)備自投的操作邏輯一步步地編制，但是它的編程方法常常是靈活的，需要對(duì)程序進(jìn)行不斷的優(yōu)化，力求簡(jiǎn)潔、故障少。這個(gè)項(xiàng)目涉及到備用自投系統(tǒng)的仿真與監(jiān)測(cè)，需要軟件、仿真軟件和配置軟件，三個(gè)模塊之間要相互聯(lián)系，必須要有一個(gè)統(tǒng)一的通信協(xié)議和參數(shù)設(shè)定，以及軟件和軟件的協(xié)調(diào)。2備自投的基本原理2.1備用電源自投系統(tǒng)概述2.1.1備用電源自投系統(tǒng)定義自動(dòng)備用電源自動(dòng)投入設(shè)備（BZT）是一種自動(dòng)控制設(shè)備，它與自動(dòng)重合閘、自動(dòng)切負(fù)荷、自動(dòng)調(diào)整勵(lì)磁等功能相似，是一種用于控制電網(wǎng)不穩(wěn)定和大規(guī)模斷電的自動(dòng)自動(dòng)保護(hù)系統(tǒng)。在大型電力系統(tǒng)中，每個(gè)備自投設(shè)備的工作是否正常，都會(huì)影響到整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行，在供電和供電系統(tǒng)中，一、二級(jí)負(fù)荷往往需要采用備用電源自投系統(tǒng)。后備自投設(shè)備的定義如下：當(dāng)主供電源由于上一級(jí)電源發(fā)生故障而被切斷后，能夠及時(shí)恢復(fù)備用或其它正常的供電，使由于原主電源斷開而導(dǎo)致的用戶迅速獲得電能的安全自動(dòng)設(shè)備，是確保電網(wǎng)穩(wěn)定和持續(xù)供電的一項(xiàng)關(guān)鍵措施[9]。2.1.2備自投方式的分類按運(yùn)行狀態(tài)分類明備用：工作和后備兩種電源分工明確，工作時(shí)由工作電源提供，工作電源由于故障而失去電壓，則由備用電源提供。暗備用：工作電源與后備電源之間的分工不清，通常情況下，兩條電源進(jìn)線分開工作，分別供給各個(gè)區(qū)段的母線，在某一電源出現(xiàn)故障或停電時(shí)，母線關(guān)閉，兩條母線同時(shí)被另一臺(tái)電源提供電力。按接線方式分類從理論上講，后備電源自投裝置是一種簡(jiǎn)單的邏輯操作，但是在變電站中，一次部分的主要電氣主接線形式多種多樣，如單母線分段、內(nèi)橋接線、單元接線、角形接線等，因此，備自投系統(tǒng)的運(yùn)作模式也是多種多樣的。但最終，各種復(fù)雜的備自投模式可以看作是一種典型的備自投，其工作模式詳見2.3節(jié)。(1)進(jìn)線備自投(2)分段備自投(3)變壓器備自投這三種備自投都有一個(gè)基本原理，那就是在停電時(shí)，首先跳過與它相關(guān)聯(lián)的斷路器，然后在備用電源能正常供電的情況下關(guān)掉與備用電源相連的斷路器。2.1.3采用備自投裝置的優(yōu)點(diǎn)與不設(shè)備自投的變電站相比，其供電可靠性得到了改善，節(jié)約了建設(shè)投資；該方法方便了電網(wǎng)繼電保護(hù)，使繼電保護(hù)系統(tǒng)得到簡(jiǎn)化，使環(huán)網(wǎng)能夠開環(huán)工作，并能使變壓器單獨(dú)工作；它既能限制短路電流，又能減少變電所的短路容量，又能增加母線剩余電壓，改善電網(wǎng)的暫態(tài)穩(wěn)定性[10]。2.1.4多級(jí)變電站的備自投配合在電網(wǎng)中有多個(gè)電壓等級(jí)的自投時(shí)，要充分考慮各個(gè)層次的準(zhǔn)備和自投之間的關(guān)系，并采取相應(yīng)的措施。原則上，采用電壓等級(jí)高、影響范圍大的備用自投機(jī)，電壓等級(jí)低、影響范圍小的備用自投，按避開上一次備用自投時(shí)間的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行調(diào)整[11]。但是，由于低壓線路有較大的事故發(fā)生，因此，為提高電力系統(tǒng)的可靠性，減少斷電時(shí)間，應(yīng)采取不同的措施，該方案被推薦用于開環(huán)運(yùn)行的電力系統(tǒng)，對(duì)于電力系統(tǒng)的持續(xù)供電具有重要的作用。2.2備自投裝置應(yīng)滿足的要求為確保備自投設(shè)備能在不影響電網(wǎng)及使用者正常工作的前提下發(fā)揮其應(yīng)有的功能，通常需要具備下列條件：在切斷工作電源之前，不要將備用電源投入到有問題的線路中，以免引起更大的問題和嚴(yán)重的后果；在輸入后備電源時(shí)，要有一定的延遲，延時(shí)要大于最大的外接故障繼電器切斷的時(shí)間，但要盡可能縮短，以滿足使用者對(duì)電機(jī)的自啟動(dòng)要求；人為手動(dòng)拉閘不能觸發(fā)備用自動(dòng)投遞，但操作人員誤操作導(dǎo)致壓力過大時(shí)，必須啟動(dòng)備用自投[12]；在后備供電電壓不足的情況下，不能使用，而后備電源必須與主供電具有同等的負(fù)載容量；當(dāng)變壓器次級(jí)環(huán)路斷開時(shí)，備用自投設(shè)備不能工作；備自投設(shè)備應(yīng)該一次運(yùn)行，如果母線出現(xiàn)持久的故障，備自投系統(tǒng)在啟動(dòng)備用電源后，由于故障還在，繼電器就會(huì)切斷后備電源，使備用設(shè)備失去作用，因此，備自投設(shè)備必須立即復(fù)位，避免對(duì)電網(wǎng)造成不必要的影響。確保各種PLC、PLC與PC機(jī)的通訊，并能實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的信息交流[13]。2.3備自投工作方式2.3.1進(jìn)線備自投圖2-1進(jìn)線備自投起始圖這種方法與明備用相類似，在圖2-1中，當(dāng)常規(guī)操作時(shí)，假定進(jìn)線1是主要的供電，進(jìn)線2是后備的，斷路器1DL和3DL是關(guān)閉的，2DL是OFF，兩個(gè)總線都能正常工作，準(zhǔn)備好的自投系統(tǒng)正在準(zhǔn)備開始；在欠壓繼電器發(fā)現(xiàn)母線無壓時(shí)，進(jìn)線1無電流，進(jìn)線2有足夠的電壓時(shí)，可以起動(dòng)備用自投設(shè)備，在1DL跳閘后，將2DL關(guān)閉，如果1DL已跳離，可以通過延遲直接連接上2DL[14]。因?yàn)樵撆渚€模式的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)很好，進(jìn)線1與進(jìn)線2可以互換角色。當(dāng)備一次自投操作后，或1DL、2DL均處于關(guān)閉狀態(tài)，或已準(zhǔn)備好自投用閉鎖信號(hào)時(shí)，備用自投系統(tǒng)應(yīng)該退出。2.3.2分段備自投圖2-2分段備自投起始圖這種方法與暗備用的方法相似，見圖2-2，在正常工作時(shí)，進(jìn)線斷路器1DL和2DL處于閉位，母斷路器3DL位于副位置，兩個(gè)母線都能正常工作，備自投系統(tǒng)正在準(zhǔn)備開始；如果某一條母線的電壓下降，也就是任何一條進(jìn)線都沒有電流，而另外一條進(jìn)線的電源是正常的，那么就會(huì)啟動(dòng)備用自投系統(tǒng)；假定I段母線在1DL沒有斷開的情況下，在延遲后切斷1DL，然后重新連接3DL，如果1DL因?yàn)楣收隙磺袛?，則通過延遲關(guān)閉3DL。同時(shí)，由于其拓?fù)涞膶?duì)稱性，兩個(gè)進(jìn)線器可以互相替換。當(dāng)備自投進(jìn)行一次操作后，或者3DL處于關(guān)閉狀態(tài)，或者準(zhǔn)備好了自投閉鎖信號(hào)的時(shí)候，備用自投系統(tǒng)應(yīng)該退出。2.3.3變壓器備自投圖2-3變壓器備自投起始圖在圖2-3中，假定1#主變壓器和2#副變壓器，在正常情況下，主變側(cè)開關(guān)在閉合位置，輔變壓器不工作，但是進(jìn)線2處有一個(gè)電壓，從主變母線，為備自投系統(tǒng)的起動(dòng)做好準(zhǔn)備；如果主變不存在電流，母線檢測(cè)不到電壓，說明主變或進(jìn)線1發(fā)生了問題，這時(shí)就開始準(zhǔn)備備自投，如果主變二次側(cè)斷路器處于關(guān)閉狀態(tài)，經(jīng)過一段時(shí)間的延遲，跳過主變兩邊的斷路器，再依次關(guān)掉輔變壓器側(cè)斷路器，如果主變二次側(cè)斷路器已斷開，那么在延時(shí)后關(guān)掉輔變壓器兩邊的斷路器。當(dāng)備一次自投操作后，或3DL、4DL均處于關(guān)閉狀態(tài)，或已準(zhǔn)備好自投閉鎖信號(hào)時(shí)，備自投系統(tǒng)應(yīng)放電退出。2.4小結(jié)本文通過對(duì)備自投的涵義的闡釋，對(duì)備自投的基本原理、作用進(jìn)行了分析，闡明了備自投的工作模式及特征，為以后的備自投體系構(gòu)建及工作邏輯打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。3110kV降壓變電站備自投系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)3.1對(duì)象特征該變電站110kV側(cè)通過2回架空線與系統(tǒng)相連，35kV側(cè)出線8回，最大負(fù)荷40Mw,COSΦ=0.85。本變電站一共的主變壓器的數(shù)量是兩臺(tái)，并且我們的每一臺(tái)變壓器的條件其實(shí)也都是符合70%的負(fù)載條件,所以應(yīng)先按照要求選好主接線電源回路,然后再按照不同負(fù)載要求計(jì)算各短接點(diǎn)的短路電壓,再按照短路電壓選用適當(dāng)?shù)母邏弘娖餮b置,要做動(dòng)穩(wěn)、熱穩(wěn)定的校核工作,而且都要保持在一定的預(yù)度。在設(shè)計(jì)主接線系統(tǒng)時(shí),要充分考慮到安全可靠、穩(wěn)定性與經(jīng)濟(jì)效益,在確保安全可靠、穩(wěn)定性的同時(shí),也要兼顧到經(jīng)濟(jì)效益上的效益,對(duì)各個(gè)元器件的選型都要合理,減少花費(fèi)資源來提高經(jīng)濟(jì)效益。圖3-1電氣主接線圖3.2備自投設(shè)計(jì)方案3.2.1控制方式的選擇過去所使用的備用自投設(shè)備往往是由許多繼電器、接觸器等部件構(gòu)成，盡管可以達(dá)到一定的控制要求，但是接線往往很復(fù)雜，設(shè)備出現(xiàn)故障的幾率也很大，調(diào)試、檢修、修改控制邏輯都不方便，使用壽命不長(zhǎng)，很難達(dá)到高可靠性的要求，同時(shí)也不能解決通訊問題。隨著信息化時(shí)代的到來，微機(jī)型備自投裝置的出現(xiàn)，目前在電力系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用，以高性能的MCU和PLC作為控制中心的微機(jī)自動(dòng)投遞設(shè)備占主導(dǎo)地位，采用軟件編程取代了硬件之間的連接，使控制程序的調(diào)試和修改變得更加容易。不僅如此，微型設(shè)備的使用，使得變電所的運(yùn)行更具自動(dòng)化，并能達(dá)到分散式、集中式的管理，從而提高了系統(tǒng)的可靠性和效率[15]。本項(xiàng)目選擇了可編程邏輯控制器，其本質(zhì)是工業(yè)控制系統(tǒng)中的一種專用計(jì)算機(jī)，它具有通用性強(qiáng)、體積小、功耗低、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)。PLC的工作流程包括輸入采樣、用戶程序執(zhí)行、輸出刷新三個(gè)階段，這三個(gè)階段被稱作“掃描期”。在整個(gè)運(yùn)行過程中，CPU反復(fù)地執(zhí)行上述三個(gè)步驟，并保持一定的掃描速度[16]。采用PLC實(shí)現(xiàn)備自投，減少了繼電器的使用量，采用PLC的虛擬繼電器代替實(shí)物繼電器，根據(jù)開關(guān)量的輸入，通過編程實(shí)現(xiàn)輸出，縮短了中間環(huán)節(jié)，提高了延遲，降低了錯(cuò)誤發(fā)生的幾率[17]。與單片機(jī)相比，PLC程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言更易于被工程師所理解和掌握。MCU的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言多采用C，如C51，對(duì)計(jì)算機(jī)程序有一定的了解；而PLC的程序語(yǔ)言則由梯形圖、指令表、功能模塊圖、順序函數(shù)圖、結(jié)構(gòu)文字等五大部分組成。與其它方法相比，梯形圖編程采用了傳統(tǒng)的繼電器接線邏輯，使編程更為直觀，便于電氣設(shè)計(jì)者使用。3.2.2備自投系統(tǒng)設(shè)計(jì)框架本文結(jié)合項(xiàng)目的研究?jī)?nèi)容，結(jié)合備自投的工作原理，建立了一套備用電源的自動(dòng)投遞系統(tǒng)，其中的硬件部分以一次系統(tǒng)和二次控制環(huán)為主體，而軟件則由Step7開發(fā)的PLC控制程序、PLCSIM的運(yùn)行模擬、組態(tài)軟件的建立和監(jiān)測(cè)。本文以110kV變電所為實(shí)例，對(duì)110kV變電所采用的進(jìn)、備自投、橋備自投、三相低壓35kV側(cè)自備自投。如圖3-2所示，本項(xiàng)目備自投系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想是：將備自投設(shè)備與變電所連接，通過變壓器將主控系統(tǒng)的電壓信號(hào)輸出至低壓繼電器，并將繼電器的接觸動(dòng)作信號(hào)、斷路器開/關(guān)位置信號(hào)和準(zhǔn)備自投的鎖止信號(hào)作為開關(guān)信號(hào)輸入到PLC控制中心，需要根據(jù)備自投的不同工作模式來編寫控制程序，下面將詳細(xì)介紹PLC的編程邏輯。PLC輸出的開關(guān)量信號(hào)，經(jīng)過中間繼電器，進(jìn)入斷路器的控制繼電器，從而控制變電所一次系統(tǒng)中的斷路器，使其進(jìn)入后備電源，并向指示燈輸出報(bào)警信號(hào)，當(dāng)母線停電時(shí)，自動(dòng)報(bào)警，當(dāng)備用電源進(jìn)入時(shí)，報(bào)警就會(huì)自動(dòng)解除。PLC與PC機(jī)的實(shí)時(shí)信息交互，能夠直觀地顯示和控制備自投遞系統(tǒng)，但脫離PC機(jī)后仍然能正常工作，PLC是整個(gè)系統(tǒng)的重要組成部分。圖3-2備自投系統(tǒng)設(shè)計(jì)框架圖3-3是PLC的內(nèi)部控制邏輯，盡管在不同的操作模式下，其運(yùn)行邏輯是不一樣的，但是它們都是由三種控制條件組成的：充電條件、啟動(dòng)條件、閉鎖條件。在軟件設(shè)計(jì)中，對(duì)大多數(shù)的故障都要加以考慮，但對(duì)少數(shù)發(fā)生概率很低的故障，則不能將其納入備自投的設(shè)計(jì)中，避免造成設(shè)計(jì)邏輯的復(fù)雜性和可靠性的下降。首先，PLC上電復(fù)位，接受系統(tǒng)的輸入，并對(duì)系統(tǒng)的電壓、電流、斷路器等進(jìn)行實(shí)時(shí)采集。在備自投正常不閉鎖時(shí)，先判定是否符合充電狀態(tài)，如果不能，則自動(dòng)啟動(dòng)，不能再充電，PLC持續(xù)對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行掃描，獲取參數(shù)；當(dāng)充電狀態(tài)符合時(shí)，利用計(jì)時(shí)器設(shè)定延遲，以模擬充電時(shí)間。當(dāng)完成充電后，判定是否符合起動(dòng)要求，當(dāng)系統(tǒng)在正常工作時(shí)不能達(dá)到起動(dòng)要求時(shí)，僅需要維持充電，備好自投設(shè)備，以達(dá)到起動(dòng)條件；在滿足起動(dòng)要求的情況下，通過延遲時(shí)間判定是否符合鎖定要求；如果不能，則進(jìn)行自投操作，將備用電源投入母線，并在一次啟動(dòng)后自動(dòng)放電；若符合鎖定要求，則自動(dòng)放電，以完成一次備自投。圖3-3PLC控制邏輯3.3系統(tǒng)硬件部分3.3.1電氣一次系統(tǒng)電氣一次部分是電力系統(tǒng)中的重要組成部分，它負(fù)責(zé)供電、傳輸、轉(zhuǎn)換、分配等工作，它是整個(gè)電網(wǎng)的重要組成部分，如圖3-4所示，110kV變電站一次主接線是一種傳統(tǒng)的雙進(jìn)一母線，內(nèi)橋連接方式為高壓側(cè)110kV，而低壓端35kV為單母線分段連接。本圖表為典型的電力系統(tǒng)單線路圖，以單導(dǎo)線代表三相線，更為簡(jiǎn)練、直觀，所用的繪圖軟件是Visio2019office軟件。在兩進(jìn)、四分母線均設(shè)有電壓互感器，以實(shí)現(xiàn)對(duì)電壓信號(hào)的實(shí)時(shí)采集，并在各分線上設(shè)置了一只電流互感器，用于對(duì)各線路的電流進(jìn)行采集，并在斷路器的兩端設(shè)置了一個(gè)絕緣開關(guān)，以方便斷路器的進(jìn)出和倒閘，并在主變壓器的兩端安裝了一個(gè)隔離開關(guān)。該表包括了變電站一次裝置的一部分，但沒有標(biāo)出避雷器、接地裝置、無功補(bǔ)償裝置等。兩個(gè)電源輸入線路能為I、II母線提供電力，其中母線CB3位于分位置，兩個(gè)電源均為暗后備；也可以采取一主一備的明備模式，在此項(xiàng)目中，進(jìn)線1是主要的供電設(shè)備，I、II母線的供電，2是進(jìn)線的后備電源。在變電站低壓側(cè)，通常僅有兩個(gè)主變分開操作，母線斷路器CB6處于分位置[18]。圖3-4110kV變電站一次主接線圖3.3.2I/O地址分配及二次控制回路在PLC編程中，I/O地址的分配是PLC控制軟件開發(fā)中的一個(gè)關(guān)鍵問題，該項(xiàng)目涉及到大量的開關(guān)量輸入和輸出，因此必須將控制信號(hào)與被控對(duì)象相結(jié)合，合理分配地址，便于編程。在表3.1、3.2中，分別給出了高壓側(cè)進(jìn)線、分段備自投兩種方案的輸入與輸出地址，因?yàn)閮烧叩目刂颇繕?biāo)基本一致，因此可以使用同一I/O地址，但是在實(shí)踐中，僅使用一種。表3.SEQ表\*ARABIC\s11高壓側(cè)I/O地址輸入部分名稱符號(hào)地址Ⅰ段母線欠壓信號(hào)KV1I0.0Ⅱ段母線欠壓信號(hào)KV2I0.1進(jìn)線1欠壓信號(hào)KV3I0.2進(jìn)線2欠壓信號(hào)KV4I0.3Ⅰ母線來路有電流信號(hào)KA1I0.4Ⅱ母線來路有電流信號(hào)KA2I0.5手動(dòng)/遙控信號(hào)KA3I0.6主變/母線/失靈保護(hù)信號(hào)KA4I0.7表3.SEQ表\*ARABIC\s12高壓側(cè)I/O地址輸出部分名稱符號(hào)地址進(jìn)線1斷路器CB1Q0.0進(jìn)線2斷路器CB2Q0.1高壓側(cè)橋斷路器CB3Q0.2隔離開關(guān)1Q1Q0.3隔離開關(guān)2Q2Q0.4隔離開關(guān)3Q3Q0.5隔離開關(guān)4Q4Q0.6隔離開關(guān)5Q5Q0.7隔離開關(guān)6Q6Q1.0報(bào)警指示燈L1Q1.1針對(duì)低壓端35kV分段備用自投系統(tǒng)，根據(jù)控制目標(biāo)的不同，需要重新分配I/O地址，其輸入端和輸出端分別見表3.3和表3.4。表3.SEQ表\*ARABIC\s13低壓側(cè)I/O地址輸入部分名稱符號(hào)地址Ⅲ段母線欠壓信號(hào)KV1I0.0Ⅳ段母線欠壓信號(hào)KV2I0.1Ⅲ母線來路有電流信號(hào)KA1I0.4Ⅳ母線來路有電流信號(hào)KA2I0.5手動(dòng)/遙控信號(hào)KA3I0.6母線/失靈保護(hù)信號(hào)KA4I0.7表3.SEQ表\*ARABIC\s14低壓側(cè)I/O地址輸出部分名稱符號(hào)地址T1斷路器CB4Q0.0T2斷路器CB5Q0.1低壓側(cè)母聯(lián)斷路器CB6Q0.2隔離開關(guān)11Q11Q0.7隔離開關(guān)12Q12Q1.0報(bào)警指示燈L2Q1.1電氣二次部分的功能是監(jiān)測(cè)、保護(hù)、控制等，并通過電流、電壓互感器與一次部分進(jìn)行電連接。如在圖3-5和3-6中所示，它們是分別在高壓側(cè)和低壓側(cè)備自投系統(tǒng)中的次級(jí)環(huán)路，它們與上面的地址指派表格相對(duì)應(yīng)，它們的輸入/輸出端是正確的，而輸入端繼電器觸頭一端連接到輸入端，一端連接到公用端；輸出端子繼電器線圈，一端連接到輸出端口，一端連接公用終端；24V供電的正電極與L+相連接，而負(fù)電極與公用終端M相連接。圖SEQ圖\*ARABIC3-5高壓側(cè)備自投二次回路圖3-6低壓側(cè)分段備自投二次回路3.4備自投運(yùn)行邏輯本文選取德國(guó)西門子公司的典型的S7-300系列PLC，其CPU型號(hào)是CCP314C-2DP。在選擇PLC時(shí)，應(yīng)先了解受控對(duì)象的特性，達(dá)到所要求的控制功能，再?zèng)Q定輸入、輸出的方式和數(shù)目，保證I/O接口的利用率，并將經(jīng)濟(jì)性和可靠性考慮在內(nèi)。在這個(gè)項(xiàng)目中，備用電源自投機(jī)是安裝在變電所里的，它的主要功能是控制一次系統(tǒng)的斷路器，由于工作環(huán)境比較復(fù)雜，所以不能使用單機(jī)PLC。S7-300是一款具有中等性能的PLC產(chǎn)品，其結(jié)構(gòu)緊湊，適合于大中型、高可靠的大型、復(fù)雜的控制系統(tǒng)，該信號(hào)模塊具有24個(gè)開關(guān)量和16個(gè)開關(guān)量，如果需要添加I/O，可以在導(dǎo)軌上添加一個(gè)擴(kuò)充模塊[19]。該系統(tǒng)具有定時(shí)器、計(jì)數(shù)器等功能，通訊模塊具有MPI和PROOFIBUS通訊接口，充分滿足了項(xiàng)目的要求在編制PLC控制軟件時(shí)，必須對(duì)備自投設(shè)備的功能和需求進(jìn)行分析，并設(shè)計(jì)操作邏輯，從邏輯上導(dǎo)出梯形圖程序。備自投設(shè)備的操作邏輯分為充電、閉鎖、啟動(dòng)三種，它們之間的邏輯關(guān)系大體見圖3-7，具體的含義和邏輯圖將在這一部分中詳細(xì)說明。圖3-7備自投運(yùn)行邏輯3.4.1充電條件針對(duì)微機(jī)型備自投系統(tǒng)，使備自投一次操作是一個(gè)關(guān)鍵問題。在常規(guī)的備自投系統(tǒng)中，為了確保備自投一次，可以采用人工手動(dòng)回路。在微機(jī)型備自投系統(tǒng)中，必須采用“充放電”的概念來實(shí)現(xiàn)一次操作，這與繼電保護(hù)中的線路自動(dòng)重合，只有達(dá)到一定的充電條件，才能對(duì)重合閘設(shè)備進(jìn)行充電。類似地，在備自投系統(tǒng)中，僅在現(xiàn)有電網(wǎng)的某些設(shè)置條件達(dá)到自投允許的情況下，才能對(duì)備自投設(shè)備進(jìn)行充電。一旦系統(tǒng)發(fā)生故障，備用電源將會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)，直到系統(tǒng)的問題被排除，系統(tǒng)重新啟動(dòng)，直到系統(tǒng)重新啟動(dòng)，再進(jìn)行下一次充電。傳統(tǒng)的備用自投系統(tǒng)，其充放電都是由電容器的充放電與中間繼電器的工作相結(jié)合，而在微機(jī)型備自投系統(tǒng)中，通常采用的是邏輯操作和軟件的延遲代替充電，由備用自投設(shè)備根據(jù)所獲取的電壓、電流和斷路器的位置信號(hào)來判定充電狀態(tài)是否符合。T1表示準(zhǔn)備自投的充放電時(shí)間，大約在10秒到15秒之間，這個(gè)時(shí)間的設(shè)置主要有兩個(gè)目的：一是等待系統(tǒng)中的故障干擾過去，讓系統(tǒng)恢復(fù)到相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)；二是與繼電器、重合閘一起工作，以防止對(duì)側(cè)鄰接保護(hù)的最后一步延遲，避免重合閘的最大起動(dòng)時(shí)間，防止在備用電源投入后出現(xiàn)較大故障，造成事故出現(xiàn)更為嚴(yán)重的后果[20]。例如，在圖3-8中，作為方案1的高壓側(cè)進(jìn)線備自投，其充電狀態(tài)是這樣的：CB1在合位置&CB2在分位置&CB3在合位置&Ⅰ段母線三相有壓&Ⅱ段母線三相有壓&進(jìn)線2有壓，從而取代圖3-7所示的充電狀態(tài)。圖3-8進(jìn)線備自投充電條件方案二的高壓側(cè)橋備自投運(yùn)的情況是：CB1處于關(guān)閉狀態(tài)，CB2處于關(guān)閉狀態(tài)；CB3處于次級(jí)狀態(tài)；方案三的低壓側(cè)分段備用自投與方案二的操作邏輯基本一致，即：CB4處于閉位狀態(tài)，CB5處于閉位狀態(tài)，CB6處于次級(jí)狀態(tài)，三相端母線處于三相壓力狀態(tài)。3.4.2啟動(dòng)條件工作母線的失壓是備用自投的一個(gè)重要起動(dòng)條件，通常認(rèn)為低于標(biāo)準(zhǔn)電壓百分之七十的低壓就是失壓，而這種欠壓繼電器可以設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)電壓門限為百分之七十[21]，當(dāng)測(cè)量的電壓低于臨界值時(shí)，該欠壓繼電器接觸頭工作，該開關(guān)信號(hào)被輸入到備自投系統(tǒng)，但需要一段時(shí)間的延遲，如果延遲后母線仍然沒有壓力，就說明該主供供電線路出現(xiàn)故障，需要切斷主供電并投入后備。這里的延遲是為了防止電壓波動(dòng)而產(chǎn)生的電壓波動(dòng)。需要注意的是，不管主供線路上的斷路器是否與繼電器斷開，在起動(dòng)后，備用開關(guān)必須再次跳閘，以免形成電磁場(chǎng)，影響系統(tǒng)的穩(wěn)定。在圖3-9中，也可以用第一進(jìn)線的自投運(yùn)作為例子，它的起動(dòng)條件是：段母線三相無壓&Ⅱ段母線三相無壓&進(jìn)線2有壓，從而取代了圖3-7所示的起動(dòng)狀態(tài)。圖3-9進(jìn)線備自投啟動(dòng)條件方案二：高壓側(cè)橋的啟動(dòng)有兩個(gè)條件，滿足任一條件，即：1．CB1在合位置&Ⅰ段母線三相有壓&Ⅱ段母線三相無壓2．CB2在合位置&Ⅰ段母線三相無壓&Ⅱ段母線三相有壓方案三的低壓側(cè)分段備自投與第二種方式相似，其起動(dòng)條件如下：1．CB4在合位置&Ⅲ段母線三相有壓&Ⅳ段母線三相無壓2．CB5在合位置&Ⅲ段母線三相無壓&Ⅳ段母線三相有壓3.4.2閉鎖條件備自投系統(tǒng)是為提高電網(wǎng)供電可靠性而設(shè)計(jì)的，但在有些情況下，備自投系統(tǒng)的引入會(huì)產(chǎn)生反效果，這時(shí)應(yīng)考慮對(duì)備用自投裝置進(jìn)行鎖止，一旦有鎖止信號(hào)輸入，備自投立即放電并退出。它的鎖定條件主要包括如下方面，見圖3-10：操作人員人工切斷操作，或遠(yuǎn)程斷路器斷開，備用自投不能起動(dòng)，所以在設(shè)計(jì)自投時(shí)，應(yīng)設(shè)置相應(yīng)的繼電器。變壓器二次側(cè)斷線會(huì)產(chǎn)生母線失壓的錯(cuò)覺，需要根據(jù)變壓器上的電流信號(hào)來判斷母線有沒有同時(shí)發(fā)生電流和電壓損失，如果只有電壓下降，那就說明變壓器有問題，需要進(jìn)行閉鎖。當(dāng)變電所內(nèi)部出現(xiàn)故障時(shí)，備用自控系統(tǒng)不能正常工作，避免造成更大的意外。所以，主變壓器保護(hù)、母線保護(hù)、斷路器故障保護(hù)等動(dòng)作都可以用作備用自投的閉鎖信號(hào)。圖3-10備自投閉鎖條件3.5系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)3.5.1梯形圖編程過程說明本項(xiàng)目采用西門子S7-300PLC為控制器，采用Step7，該項(xiàng)目采用的是S7-300PLC的通用程序。Step7除了具備程序設(shè)計(jì)功能外，還包含了硬件配置、通訊組態(tài)、運(yùn)行監(jiān)控、診斷等功能，基本上可以滿足整個(gè)PLC系統(tǒng)的建設(shè)要求。先在SIMATICManager中創(chuàng)建一個(gè)新的條目，選擇LAD程序語(yǔ)言，將SIMATIC300網(wǎng)站插到硬件配置環(huán)境中，將其插入到CPU314C-2DP中，修改輸入/輸出開始地址，保存和編輯；按下S7鍵，即可進(jìn)入OB1的組織模塊，并進(jìn)行編程。圖3-11PLC硬件組態(tài)3.5.2程序段具體說明這一部分將詳細(xì)介紹三種程序的各個(gè)部分的功能，如下面所述：1.充電模塊（1）高壓側(cè)進(jìn)線備自投在此設(shè)計(jì)中，進(jìn)線1是主要供電，2是進(jìn)線，1是模擬進(jìn)線1的斷電，進(jìn)線2是母線的輸入。圖STYLEREF1\s3-12充電條件程序根據(jù)本章第3部分的充電情況，程序部分1根據(jù)本章第3部分的充電情況，在梯形中顯示為串聯(lián)模式，進(jìn)線1斷路器關(guān)閉，進(jìn)線2斷路器斷開，橋接斷器關(guān)閉，I級(jí)Ⅱ母線和后備電源正常有電壓時(shí)，副繼電器M0.0繞組通電，常開接觸閉合。圖3-13充電延時(shí)程序第二個(gè)程序段是表示充電時(shí)間的延遲程式，計(jì)時(shí)器選擇了ON延遲計(jì)時(shí)器，在輸入S接收到上升沿訊號(hào)后，計(jì)時(shí)器開始工作，在設(shè)定的時(shí)刻之后，輸出Q設(shè)為1，副繼電器M0.1被加電并維持，它的常開觸頭被關(guān)閉。（2）高壓側(cè)橋備自投該方案采用雙電源輸入并聯(lián)，橋斷路器處于分段狀態(tài)，在高壓端的任何一條母線斷開后，接通，另一端作為后備輸入，用于兩條高壓母線的同步供電。圖STYLEREF1\s3-14充電條件程序如方案1所示，當(dāng)程序段1符合本章第3節(jié)2的充電條件時(shí)，M0.0線圈被打開，下一個(gè)程序被啟動(dòng)。第二種方案和第一種方案一樣，表示充電延遲。（3）低壓側(cè)分段備自投方案三為35kV低壓側(cè)的自備自投，其操作原理與方案2的自投基本相同，只是在Step7中修改了符號(hào)表，并在3.2.2章節(jié)中重新配置了I/O地址。2.啟動(dòng)模塊（1）高壓側(cè)進(jìn)線備自投圖3-15啟動(dòng)條件程序程序段3對(duì)應(yīng)于本章第3節(jié)的起動(dòng)條件，與此相同，當(dāng)備用電源正常，Ⅰ段Ⅱ段母線電壓均滿足時(shí)，自動(dòng)起動(dòng)，M0.2繞組通電，常開觸頭關(guān)閉。圖3-16報(bào)警程序程序段4是一個(gè)警報(bào)程序，在高壓端的任何一條母線在無壓的情況下，報(bào)警指示燈開始工作，在兩條母線都正常的情況下，報(bào)警信號(hào)就會(huì)被釋放。圖3-17啟動(dòng)延時(shí)程序程序段5表示起動(dòng)延遲，也使用ON延遲計(jì)時(shí)器與輔助繼電器，M0.2觸頭關(guān)閉十秒，使M0.3線圈的常開觸頭閉合，這是為了在母線斷電后，等待設(shè)備操作結(jié)束。（2）高壓側(cè)橋備自投圖3-18啟動(dòng)條件程序第二種方法的啟動(dòng)方式與第一種方法不同，因?yàn)閮煞N方法都是在暗中進(jìn)行，一旦其中一種電源發(fā)生故障，就會(huì)將另一種能量注入到另一種能量中。程序段5是一個(gè)警報(bào)程序，與方案1程序段4相同。圖3-19啟動(dòng)延時(shí)程序方案二的啟動(dòng)延遲也被分成了兩個(gè)階段，分別是在II和I母線停電時(shí)，備用的啟動(dòng)延遲。3.閉鎖模塊（1）高壓側(cè)進(jìn)線備自投圖3-20閉鎖條件程序程序段6與本章第3節(jié)所述的鎖定狀態(tài)相對(duì)應(yīng)，在上述三種鎖定狀態(tài)均未達(dá)到時(shí)，M0.4繞組可開啟，使其常開接觸閉合，為自動(dòng)起動(dòng)做好準(zhǔn)備。圖3-21切斷故障電源程序程序段7的作用是斷開主供電，一般情況下，由于故障導(dǎo)致的母線失壓保護(hù)，將進(jìn)線斷路器斷開，并且在控制程序中增加主供電源的復(fù)位信號(hào)，以確保在備用電源投入后不發(fā)生更大的事故，并使繼電器M0.5啟動(dòng)下一個(gè)程序。圖3-22隔離開關(guān)動(dòng)作程序程序段8是在斷開主供電源后，依次關(guān)閉備用電源進(jìn)線斷路器的兩邊的隔離開關(guān)，以確保電弧的游離，在這兩個(gè)操作中間加上1秒的延遲，正確的順序是先關(guān)閉電源側(cè)的隔離開關(guān)，然后再關(guān)閉負(fù)載側(cè)的隔離開關(guān)，以便在最優(yōu)化程序這里省略延遲，并觸發(fā)繼電器M0.6使下一個(gè)程序進(jìn)入。圖3-23備用電源投入程序程序部分9使后備電力進(jìn)入，在切斷開關(guān)關(guān)閉后0.5秒內(nèi)合上進(jìn)線2斷路器，使母線繼續(xù)提供電力，完成一次自投，并將繼電器M0.1復(fù)位，表示備自投設(shè)備放電，當(dāng)線路故障修復(fù)完畢，主供電源恢復(fù)正常后，再進(jìn)行下一步操作。（2）高壓側(cè)橋備自投圖3-24閉鎖條件程序方案二的閉鎖條件也要分開編制，為了避免二次斷線造成的備自投動(dòng)作，在閉鎖狀態(tài)中加入了線電流信號(hào)，并加入一種安全措施，而在兩種運(yùn)行狀態(tài)下，由于欠壓信號(hào)源的不同，產(chǎn)生的電流信號(hào)也不同，因此對(duì)閉鎖狀態(tài)的判定也有兩種。圖3-25切斷故障電源程序總的來說，為了確保系統(tǒng)的安全性，必須首先切斷原主機(jī)的供電，所以這里又分成了兩個(gè)階段。圖3-26隔離開關(guān)動(dòng)作程序這一步與第一步相似，盡管兩種情況下的控制方式不同，但最終都是由橋式斷路器和兩邊的隔離開關(guān)進(jìn)行控制，所以在這里進(jìn)行了合并，經(jīng)過1秒的延遲進(jìn)行操作。圖3-27備用電源投入程序最后一步，即閉合橋斷路器，不論橋的哪個(gè)方向失電，就可以使兩個(gè)端子線同時(shí)供電，這時(shí)對(duì)無故障的電源負(fù)荷很大，所以在橋機(jī)自投模式下應(yīng)充分考慮到電源負(fù)載容量，以確保用戶電能質(zhì)量。3.5小結(jié)從變電站到PLC，從硬件到軟件，詳細(xì)地分析和研究了每個(gè)環(huán)節(jié)，并制定了三種不同的工作方案，既有明備用，也有暗備用。4110kV降壓變電站備自投系統(tǒng)調(diào)試按前面一章備自投系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)的功能進(jìn)行調(diào)試測(cè)試系統(tǒng)功能。4.1備自投系統(tǒng)的PLC仿真采用Step7軟件所提供的PLCSIM仿真功能，對(duì)三種設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了仿真，得出了較為精確的仿真結(jié)果。首先，在Step7和PLCSIM之間建立MPI通信，MPI地址為2，再將PLC軟件下載到模擬器中，進(jìn)行操作和監(jiān)控，通過對(duì)輸入、輸出的變量進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)了對(duì)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)操作。高壓側(cè)進(jìn)線備自投仿真如圖4-1所示，變電所在正常工作狀態(tài)下，主動(dòng)式斷路器和橋式斷路器處于閉合狀態(tài)，準(zhǔn)備啟動(dòng)，計(jì)時(shí)器開始計(jì)時(shí)。圖4-SEQ圖\*ARABIC\s11仿真過程1從圖4-2可以看出，備自投充電已經(jīng)結(jié)束，繼電器M0.1被打開，這時(shí)，模擬主供電（進(jìn)線1）發(fā)生了故障，導(dǎo)致I級(jí)II級(jí)母線電壓下降，而備用電源（進(jìn)線2）正常有壓力，這時(shí)，啟動(dòng)條件被滿足，啟動(dòng)延遲開始，警報(bào)指示燈被點(diǎn)亮。圖4-SEQ圖\*ARABIC\s12仿真過程2從圖4-3可以看出，在啟動(dòng)延遲之后，如果沒有鎖定信號(hào)的輸入，則備自投開始，第一次切斷主饋電源斷路器CB1,Q0.0置零，在延遲之后，在后備電源的兩邊分別關(guān)閉。圖4-SEQ圖\*ARABIC\s13仿真過程3從圖4-4可以看出，后備線（2）斷路器被關(guān)閉，后備電源被投入，匯流端的電壓恢復(fù)，I0.0和I0.1的輸入歸0，告警信號(hào)被釋放，當(dāng)M0.1被重置，準(zhǔn)備自投設(shè)備被釋放并返回。圖4-SEQ圖\*ARABIC\s14仿真過程4高壓側(cè)橋備自投仿真在圖4-5中，當(dāng)變電所正常工作時(shí)，雙進(jìn)線開關(guān)關(guān)閉，橋式斷路器被切斷，母線電壓正常，符合充電要求。圖4-SEQ圖\*ARABIC\s15仿真過程1如在圖4-6中所示，在充電結(jié)束后M0.1被打開，2號(hào)模擬進(jìn)線有問題，輸入I0.1，二號(hào)母線被斷開，符合一個(gè)起動(dòng)條件，M0.2被打開，并發(fā)出警報(bào)信號(hào)。圖4-SEQ圖\*ARABIC\s16仿真過程2如在圖4-7中所示，在開始延遲之后，M0.4被打開并且沒有鎖定信號(hào)的情況下，M0.6被打開，備用自動(dòng)投射設(shè)備被激活。圖4-SEQ圖\*ARABIC\s17仿真過程3如圖4-8中所示，在接通M1.0的同時(shí)，切斷有故障的進(jìn)線斷路器，確保系統(tǒng)的安全。圖4-SEQ圖\*ARABIC\s18仿真過程4在一秒延遲后，在關(guān)閉合橋斷路器的兩端，通過延遲合上橋斷路器，完成了備用電源的輸入，這時(shí)，II級(jí)母線的電力恢復(fù)，警報(bào)信號(hào)消失，當(dāng)啟動(dòng)一次后，重新設(shè)置M0.1，準(zhǔn)備回路。圖4-SEQ圖\*ARABIC\s19仿真過程54.2利用組態(tài)軟件實(shí)現(xiàn)備自投監(jiān)控本文選擇了組態(tài)王6.55軟件來對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行監(jiān)測(cè)和運(yùn)行，組態(tài)王是國(guó)內(nèi)最先進(jìn)的組態(tài)軟件，它具有很強(qiáng)的性能，適合于各種工業(yè)控制環(huán)境。首先，在項(xiàng)目管理器中建立一個(gè)新的I/O裝置，并選取西門子PLC-S7300/400（MPI）通信協(xié)議，選用COM1串行，設(shè)定裝置的地址是2:0:2(MPI地址是2，機(jī)架編號(hào)是0，CPU槽編號(hào)是2)，然后在數(shù)據(jù)字典中建立一個(gè)新的變量，叫做“失壓”，變量的類型是I/O的離散，連接一個(gè)新的I/O裝置，一個(gè)Bit的數(shù)據(jù)，一個(gè)I0.0的寄存器。最后，在開發(fā)平臺(tái)上建立了變電站一次部分的仿真模型，將開關(guān)、模擬按鈕與相應(yīng)的變量進(jìn)行了動(dòng)畫連接，并將其轉(zhuǎn)換到運(yùn)行系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)了備用自投系統(tǒng)的仿真。高壓側(cè)明備用配合低壓側(cè)暗備用如圖4-10所示，該方案中的自備系統(tǒng)的運(yùn)行監(jiān)測(cè)屏幕是這樣的，因?yàn)楦邏憾耸敲鱾溆玫?，所以它分為兩個(gè)部分，一個(gè)是主電源，一個(gè)是母線，一個(gè)是內(nèi)橋，另一個(gè)是沒有連接的；低壓端為暗備用，一般不分主備，兩個(gè)主變站分開操作，母線斷路器不連接。圖4-SEQ圖\*ARABIC\s110正常運(yùn)行畫面如圖4-11所示，在母線電壓降低的情況下，按下高壓側(cè)的按鈕，表示主電源出現(xiàn)問題，母線不能工作，所以，應(yīng)啟動(dòng)備用電源，恢復(fù)母線的電力供應(yīng)。圖4-SEQ圖\*ARABIC\s111高壓側(cè)母線失電畫面在圖4-12中，模擬低壓端Ⅲ級(jí)母線的電壓損失主要是因?yàn)橐蛔髯儔浩靼l(fā)生了故障，所以在這里沒有提供主變保護(hù)的閉鎖信號(hào)。假定1號(hào)主變左邊發(fā)生了故障，這時(shí)切斷III級(jí)母線的電源，使母線開關(guān)的電源從右邊2號(hào)變壓器輸出到低壓側(cè)的兩段母線。圖STYLEREF1\s4-SEQ圖\*ARABIC\s112低壓側(cè)母線失電畫面高壓側(cè)暗備用配合低壓側(cè)暗備用在圖4-13中，該配置的監(jiān)控屏幕是這樣的，兩邊都是備用暗，一般都是獨(dú)立的，就像是兩個(gè)獨(dú)立的單元，內(nèi)橋和母線都是沒有連接的，沒有主備電源之分。圖STYLEREF1\s4-SEQ圖\*ARABIC\s113正常運(yùn)行畫面如在圖4-14中所示，當(dāng)高壓側(cè)母線電壓下降鍵被按下，左邊的進(jìn)線1發(fā)生了故障，這時(shí)進(jìn)線1開關(guān)被切斷，橋路開關(guān)被打開，進(jìn)線2被用作母線的后備電源。如圖4-12中所示，在一個(gè)主變壓器發(fā)生故障時(shí)，低壓側(cè)自動(dòng)起動(dòng)，而非故障線路變?yōu)楹髠潆娫?，以保證整個(gè)低壓側(cè)的安全。圖STYLEREF1\s4-SEQ圖\*ARABIC\s114Ⅰ段母線失電畫面4.3小結(jié)這一章主要介紹了備自投系統(tǒng)的運(yùn)行模擬與監(jiān)測(cè)，使整個(gè)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)更加直觀，充分展示了備自投裝置在實(shí)際生產(chǎn)中的重要作用，而仿真與監(jiān)控則是從軟件和軟件兩方面進(jìn)行了模擬，并對(duì)備自投進(jìn)行了全面的分析。5總結(jié)與展望備自投是保證電網(wǎng)運(yùn)行安全、穩(wěn)定供電的一項(xiàng)重要手段。隨著電力使用者對(duì)電能品質(zhì)的需求越來越高，自動(dòng)化