電力系統(tǒng)自動(dòng)重合閘環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1、<p><b>　　大連海事大學(xué) </b></p><p><b>　　畢 業(yè) 論 文 </b></p><p><b>　　二○一五年六月 </b></p><p>　　電力系統(tǒng)自動(dòng)重合閘環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)</p><p>　　專業(yè)班級(jí)： 電氣工程及其自動(dòng)化1班<

2、;/p><p>　　姓 名： 常利強(qiáng) </p><p>　　指導(dǎo)教師： 吳志良 </p><p><b>　　輪機(jī)工程學(xué)院</b></p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　自動(dòng)重合閘(

3、Automatic Reclosing Device,縮寫為ARD)是指當(dāng)斷路器跳閘后，能夠自動(dòng)將斷路器重新合閘的裝置。為保障電力系統(tǒng)安全供電，自動(dòng)重合閘是非常有效的措施之一，可以顯著地減少在輸配電線路上不必要的停電，一直有一個(gè)非常廣泛的應(yīng)用。</p><p>　　自動(dòng)重合閘（ARD）是一種很有效的反事故裝置。主要裝設(shè)在包含有架空線走線的斷路器上。架空線是供、用電系統(tǒng)中一個(gè)薄弱環(huán)節(jié)，故障機(jī)會(huì)較多。但大多數(shù)架空線上

4、的故障是暫時(shí)性的，而不是永久性的故障。自動(dòng)重合閘裝置（ARD）就是針對(duì)這一特點(diǎn)而設(shè)計(jì)出來的。由運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)可以說明，在架空線出線的線路運(yùn)行中自動(dòng)重合閘動(dòng)作成功的比例可以占到約70%。由此可以清晰地得到結(jié)論，自動(dòng)重合閘裝置極大地提高了供配電系統(tǒng)的可靠性。</p><p>　　因?yàn)閭鹘y(tǒng)電磁式的自動(dòng)重合閘具有很多的缺點(diǎn)和不足之處，所以現(xiàn)代供配電線路中一般采取基于可編程邏輯控制器（簡稱PLC）實(shí)現(xiàn)的自動(dòng)重合閘，用PLC代替?zhèn)?/p>

5、統(tǒng)電磁式裝置中的繼電器，通過STEP-7 Micro/WIN軟件編寫梯形圖代替其原有的硬件接線，既克服了傳統(tǒng)繼電器的缺點(diǎn)，也可以非常方便地實(shí)現(xiàn)重合閘控制功能的擴(kuò)展。利用PLC進(jìn)行自動(dòng)重合閘的軟、硬件設(shè)計(jì)，可以選擇重合閘后加速保護(hù)或重合閘前加速保護(hù)，實(shí)現(xiàn)智能的自動(dòng)重合閘控制，而且還可以節(jié)省電氣元件、減少硬件電路的接線、降低人為接線的故障率，提高自動(dòng)重合閘控制系統(tǒng)的可靠性和實(shí)用性。本課題中以西門子PLC S7-226為控制器，以北京昆侖通態(tài)

6、TPC1062KX型觸摸屏為顯示裝置，利用組態(tài)軟件MCGS進(jìn)行上位機(jī)組態(tài)、PLC作為下位機(jī)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)重合閘功能。并使兩者間相互通信可以直觀的顯示、控制，實(shí)現(xiàn)了對(duì)現(xiàn)場設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)視、遠(yuǎn)程控制和報(bào)警功能，并且可以保存數(shù)據(jù)有利于進(jìn)一步的研究。</p><p>　　關(guān)鍵詞：自動(dòng)重合閘；可編程邏輯控制器；MCGS觸摸屏</p><p><b>　　Abstract</b><

7、/p><p>　　Automatic reclosing device (abbreviation ARD) is refers to when the circuit breaker tripped, can automatically reclose the circuit breaker. To protect the power system safe power supply, ARD is a

8、very effective measure, significant reduction in transmission and distribution lines of unnecessary outage, there has always been a very wide range of applications.</p><p>　　ARD is an effective anti-accident

9、 device. Mainly used in the circuit breaker containing the overhead line. The overhead line is a weak link in power system, the fault opportunity is more. And most of the fault on overhead lines are temporary, not perman

10、ent. Automatic ARD is designed for the feature. The running experience shows that the proportion of the aerial line can account for 70% of the success. It can be concluded that the automatic reclosing device greatly impr

11、oves the reliability of the</p><p>　　Because there are many disadvantages and shortages of the traditional electromagnetic type automatic reclosing, so in the modern power system generally take based on Prog

12、rammable Logic Controller (abbreviation PLC) to realize the automatic reclosing, using PLC instead of relay in the traditional electromagnetic device, by means of STEP-7 Micro/WIN software compiling ladder diagram instea

13、d of the original hardware wiring not only can overcome the shortcomings of the traditional relay, also can be</p><p>　　Keywords:Automatic reclosing device, Programmable Logic Controller, Touch screen</p

14、><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　第1章 緒論1</b></p><p>　　1.1 課題研究的背景及意義1</p><p>　　1.1.1自動(dòng)重合閘1</p><p>　　1.1.2 基于PLC和MCGS的自動(dòng)重合閘1</p&

15、gt;<p>　　第2章 自動(dòng)重合閘3</p><p>　　2.1 自動(dòng)重合閘的簡述3</p><p>　　2.2 自動(dòng)重合閘的基本概念………………………………………………………………………………….4</p><p>　　2.2.1 自動(dòng)重合閘的要求4</p><p>　　2.2.2 ARD整定時(shí)間4</p>

16、;<p>　　2.2.3 自動(dòng)重合閘的分類及應(yīng)用4</p><p>　　2.2.4 ARD裝置與繼電保護(hù)的配合5</p><p>　　第3章 可編程邏輯控制器與組態(tài)軟件7</p><p>　　3.1 PLC特點(diǎn)及應(yīng)用……………………………………………………………………………………………….7</p><p>　　3.1.1

17、 PLC的特點(diǎn)7</p><p>　　3.1.2 PLC的應(yīng)用領(lǐng)域7</p><p>　　3.2PLC的組成及工作原理7</p><p>　　3.2.1 PLC的組成7</p><p>　　3.2.2 PLC的工作原理9</p><p>　　3.3組態(tài)軟件概述及特點(diǎn)10</p><p

18、>　　3.3.1 組態(tài)軟件的特點(diǎn)10</p><p>　　3.4MCGS組態(tài)軟件構(gòu)成11</p><p>　　第4章 斷路器13</p><p>　　4.1斷路器13</p><p>　　4.2實(shí)驗(yàn)室ZN63A-12型高壓真空斷路器簡介14</p><p>　　第5章 基于PLC和MCGS的自動(dòng)重

19、合閘設(shè)計(jì)17</p><p>　　5.1設(shè)計(jì)思想17</p><p>　　5.2硬件選擇17</p><p>　　5.3功能實(shí)現(xiàn)19</p><p>　　5.3.1 PLC軟件設(shè)計(jì)19</p><p>　　5.3.2 MCGS組態(tài)自動(dòng)重合閘系統(tǒng)24</p><p>　　5.3.

20、3 聯(lián)機(jī)運(yùn)行30</p><p>　　結(jié)論…………………………………………………………………………………………………………………………..31</p><p>　　參考文獻(xiàn)……………………………………………………………………………………………………………………32</p><p>　　致 謝………………………………………..………………………………………….

21、………………………………………….33</p><p>　　電力系統(tǒng)自動(dòng)重合閘環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)</p><p><b>　　緒論</b></p><p>　　課題研究的背景及意義</p><p>　　1.1.1 自動(dòng)重合閘</p><p>　　現(xiàn)代電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，供配電線路電壓等級(jí)越來越高

22、，供配電系統(tǒng)出現(xiàn)故障、事故的幾率也是越來越高，所以，需要提出更多的的解決方案來保障供配電系統(tǒng)的安全，并盡可能的使供配電線路出現(xiàn)事故時(shí)所造成的損失降低，繼電保護(hù)是電力系統(tǒng)各種安全保護(hù)措施中功能最全，效率最高的一種。在高壓供配電系統(tǒng)中自動(dòng)重合閘功能作為其繼電保護(hù)設(shè)備中功能最重要的構(gòu)成部分。它在保證供配電系統(tǒng)安全、可靠和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方面有著不可替代的作用。</p><p>　　運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，供配電線路特別是架空線路上的短路

23、故障有一大部分是暫時(shí)性的，在其對(duì)應(yīng)的斷路器跳閘斷開后大部分故障都可以自行恢復(fù)正常。所以通常采用自動(dòng)重合閘裝置（Automatic Reclosing Device，ARD），其功能是讓斷路器按一定要求自動(dòng)重新合閘，從而達(dá)到快速恢復(fù)系統(tǒng)供電的效果。即，當(dāng)供配電線路（一般為架空線路）出現(xiàn)問題時(shí)，首先繼電保護(hù)裝置動(dòng)作使斷路器跳閘將線路開斷，同時(shí)啟動(dòng)自動(dòng)重合閘裝置，經(jīng)過預(yù)置的時(shí)間后自動(dòng)重合閘裝置使斷路器重新合閘使線路的供電恢復(fù)。如果線路上的故障

24、是永久性的，這種情況下保護(hù)裝置會(huì)再次使斷路器跳閘斷開線路，這時(shí)自動(dòng)重合閘裝置不應(yīng)該使斷路器再次合閘。根據(jù)我國相關(guān)法律法規(guī)的要求，供配電系統(tǒng)中電壓在1KV以上而且包含有架空線走線的線路，該線路中使用的斷路器通常應(yīng)該具有自動(dòng)重合閘功能[1-3]。</p><p>　　1.1.2 基于PLC和MCGS的自動(dòng)重合閘</p><p>　　當(dāng)今在我國應(yīng)用最為廣泛的自動(dòng)重合閘裝置還是電磁式的，電磁式AR

25、D的功能實(shí)現(xiàn)主要靠繼電器-接觸器完成，但是因?yàn)槔^電器運(yùn)行過程中可能會(huì)因?yàn)榉N種原因?qū)е鲁霈F(xiàn)拒動(dòng)、誤動(dòng)情況，而且繼電器也可能因?yàn)榄h(huán)境或者保養(yǎng)不善導(dǎo)致其觸點(diǎn)氧化或因?yàn)殡娀栴}引起熔焊而出現(xiàn)觸點(diǎn)粘連情況，這些現(xiàn)象都可能致使自動(dòng)重合閘故障，影響供配電系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性。同時(shí)，電磁式ARD其定時(shí)單元精確度低且調(diào)整麻煩，與繼電保護(hù)裝置配合較難。電磁式ARD功能擴(kuò)展相對(duì)復(fù)雜且可靠性低，不利于實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的自動(dòng)化控制，并且其體積大，安裝調(diào)試復(fù)雜 噪音大

26、不環(huán)保，各繼電器-接觸器之間的物理線路接線繁復(fù)需要大量時(shí)間和精力進(jìn)行維修、保養(yǎng)工作，這些嚴(yán)重限制了電磁式ARD的發(fā)展。而使用PLC來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)重合閘功能，可以大幅減少傳統(tǒng)電磁式ARD的物理連線，因?yàn)镻LC可以通過編程取代一些非必要繼電器的存在。在解決傳統(tǒng)繼電器可靠性問題的基礎(chǔ)上還有利于功能的擴(kuò)展。同時(shí) PLC所具有的通信功能對(duì)實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)綜合自動(dòng)化有著重要意義，運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)告訴我們利用PLC在自動(dòng)重合閘裝置中作為控制核心是一種簡單可靠，性價(jià)比

27、高的方法，使供配電線路的穩(wěn)定性有了非常大地提高，其實(shí)際運(yùn)行</p><p>　　現(xiàn)如今可編程邏輯控制器(PLC)技術(shù)正在不斷地發(fā)展進(jìn)步過程中，因?yàn)镻LC具有非常高的可靠性、對(duì)各種各樣的工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境的適應(yīng)性和優(yōu)良的擴(kuò)展性能，PLC在各種工業(yè)現(xiàn)場特別是控制過程中的應(yīng)用越來越多，尤其是其在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用領(lǐng)域更為廣泛。目前，伴隨著可編程邏輯控制器的廣泛使用，其為原來在工控場合存在的諸多問題提供了解決方案。 以PLC為自

28、動(dòng)控制的核心部件，發(fā)揮其強(qiáng)大的功能可以實(shí)現(xiàn)邏輯控制、過程控制和運(yùn)動(dòng)控制這三種控制有機(jī)的結(jié)合在一起，可簡單、輕松地裝配成滿足不同規(guī)制和不同標(biāo)準(zhǔn)的控制系統(tǒng)，可以深入貫徹現(xiàn)代多功能自動(dòng)控制理念。</p><p>　　組態(tài)軟件MCGS( Monitor and Control Generated System)是由北京昆侖通態(tài)自動(dòng)化軟件科技有限公司研制開發(fā)的，是一款應(yīng)用在Windows操作系統(tǒng)上，用來快速搭建生成上位機(jī)遠(yuǎn)

29、程監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)軟件，其主要有動(dòng)畫演示、流程控制、數(shù)據(jù)采集、處理及記錄、參數(shù)設(shè)置、網(wǎng)絡(luò)通信等功能，在工程領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。本文自動(dòng)重合閘的課題研究中以PLC控制為核心，通過嵌入式觸摸屏TPC1062KX作為顯示，采用MCGS進(jìn)行上位機(jī)組態(tài)，操作簡便，可以使過程直觀明確的顯示出來。實(shí)現(xiàn)了上位機(jī)（TPC1062KX）和下位機(jī)（西門子200系列PLC CPU226）的通信，實(shí)現(xiàn)了對(duì)現(xiàn)場設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)視，遠(yuǎn)程控制，數(shù)據(jù)存盤等功能，對(duì)自動(dòng)重合閘裝

30、置的進(jìn)一步研究有深遠(yuǎn)影響。</p><p><b>　　自動(dòng)重合閘</b></p><p>　　2.1 自動(dòng)重合閘的簡述</p><p>　　自動(dòng)重合閘是大部分使用在包含有架空線路走線的供配電系統(tǒng)中，一種有效的反事故手段，是一種可以將因某種原因跳閘的斷路器自動(dòng)按一定要求重新合閘的裝置。供配電線路采用自動(dòng)重合閘裝置，可以十分顯著地提升輸送電環(huán)節(jié)

31、的可靠性與穩(wěn)定性，減少因?yàn)閿嚯姸斐傻膿p失，并且提高了電力系統(tǒng)的可靠容量。</p><p>　　供配電系統(tǒng)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，架空線路上絕大部分故障是暫時(shí)性的，例如:</p><p>　?。?）雷擊使線路電壓過高導(dǎo)致絕緣子絕緣能力降低。</p><p>　?。?）線路敷設(shè)不合理致使風(fēng)吹時(shí)可能相間碰線。</p><p>　　（3）通過樹枝或其他空中漂

32、浮物引起相間短路。</p><p>　　以上情況出現(xiàn)時(shí)，斷路器動(dòng)作跳閘使電弧熄滅，若此時(shí)故障消除，線路絕緣性能能夠得到恢復(fù)，再次重合閘就可以成功恢復(fù)系統(tǒng)供電。這時(shí)采用自動(dòng)重合閘裝置就可以自動(dòng)的完成這些操作不用人為干預(yù)，十分方便快捷。電力系統(tǒng)中架空線路上出現(xiàn)的故障很大一部分是“暫時(shí)性”的故障，在繼電保護(hù)裝置動(dòng)作斷路器跳閘分?jǐn)嗑€路后，故障問題出現(xiàn)的位置的絕緣性能可以自行恢復(fù)到正常狀態(tài)，這時(shí)故障解除。此時(shí)，如果把斷路器

33、重新合閘接通剛剛開斷的線路，就可以使供配電線路繼續(xù)正常供電。</p><p>　　自動(dòng)重合閘裝置對(duì)供配電系統(tǒng)中出線的暫時(shí)性故障，可以自動(dòng)快速地恢復(fù)系統(tǒng)正常供電，從而十分有效地提升供配電系統(tǒng)的的可靠性與穩(wěn)定性，降低供配電系統(tǒng)的停電可能性。將ARD應(yīng)用在高壓供配電系統(tǒng)中，還可以非常有效地對(duì)高壓電力系統(tǒng)并列運(yùn)行的穩(wěn)定性進(jìn)一步提升，并且可以提高高壓供電系統(tǒng)的傳輸容量。而且應(yīng)用ARD還可以克服傳統(tǒng)繼電器的誤動(dòng)、據(jù)動(dòng)現(xiàn)象，提

34、高供配電環(huán)節(jié)的可靠性。在我國的電力系統(tǒng)相關(guān)法律法規(guī)中也有明確規(guī)定電壓等級(jí)為1KV及以上電壓且包含有架空線路走線的供配電線路上的斷路器，一般要求具有自動(dòng)重合閘功能，以確保供電環(huán)節(jié)的可靠。</p><p>　　除了暫時(shí)性故障外，電力系統(tǒng)供電線路中也存在“永久性”故障，“永久性”故障在斷路器跳閘開斷線路后，依然存在，不會(huì)像暫時(shí)性故障那樣自動(dòng)解除，這種情況下就算是重新使斷路器合閘接通線路，也是不可以恢復(fù)正常供電的。但是，

35、就目前來說自動(dòng)重合閘裝置自身還不具有判斷線路故障是暫時(shí)性的，還是永久性的這種功能。所以當(dāng)線路為永久性故障時(shí)進(jìn)行重新合閘，將會(huì)帶來一些負(fù)方面的問題，比如:</p><p>　?。?）使供配電系統(tǒng)多一次承受故障電流、電壓的沖擊。</p><p>　?。?）使斷路器的工作條件惡化，絕緣強(qiáng)度降低（多一次開斷故障）[3,5,14]。</p><p>　　2.2 自動(dòng)重合閘的

36、基本概念</p><p>　　2.2.1 自動(dòng)重合閘的要求</p><p>　　ARD不應(yīng)該動(dòng)作的情況有兩種：</p><p>　　人工分閘（手動(dòng)和遙控任何一種情況下手動(dòng)分閘不可以重合閘）</p><p>　　人工合閘時(shí)如果供電線路永久性故障沒有排除，繼電保護(hù)裝置動(dòng)作使斷路器跳閘，這時(shí)不可以重合閘。</p><p>　

37、　正常工作情況下線路出現(xiàn)故障繼電保護(hù)動(dòng)作或因誤動(dòng)等其他情況斷路器跳閘時(shí)，ARD應(yīng)該動(dòng)作嘗試使斷路器重新合閘。</p><p>　　ARD的動(dòng)作次數(shù)應(yīng)與預(yù)定次數(shù)相符。一般情況下，ARD重合閘動(dòng)作只設(shè) 1次， 即當(dāng)斷路器重新合上后， 在一定時(shí)間內(nèi)（預(yù)先設(shè)置）繼電保護(hù)又一次動(dòng)作使斷路器跳閘時(shí)， 不再進(jìn)行重合閘操作。</p><p>　　ARD應(yīng)與繼電保護(hù)裝置配合工作，按實(shí)際需要實(shí)現(xiàn)重合閘前加速或

38、重合閘后加速保護(hù)， 加速故障切除，減輕故障危害。</p><p>　　ARD動(dòng)作于線路暫時(shí)性故障時(shí)， 斷路器重新合閘成功后， 通常要求具有自動(dòng)延時(shí)恢復(fù)功能（個(gè)別也可以手動(dòng)）。</p><p>　　雙側(cè)電源供電的線路重合閘時(shí)要考慮同期問題，提高供電線路并列運(yùn)行的穩(wěn)定性。</p><p>　　ARD動(dòng)作于永久性故障時(shí)，重合閘后由于線路故障依然存在，繼電保護(hù)又一次使斷路器

39、跳閘時(shí)重合閘功能要自動(dòng)閉鎖， 直到排除故障后手動(dòng)（遙控）復(fù)位。</p><p>　　斷路器處于不正常狀態(tài)時(shí)（操作機(jī)構(gòu)故障如液壓、氣壓不足等），ARD應(yīng)閉鎖[6]。</p><p>　　2.2.2 ARD整定時(shí)間</p><p>　　繼電保護(hù)動(dòng)作使斷路器跳閘后，斷路器延時(shí)合閘的延時(shí)整定時(shí)間為0.5s-5s，經(jīng)驗(yàn)表明取0.7s左右比較合適，時(shí)間過短，供配電線路的絕緣水平

40、來不及恢復(fù)到正常水平，而且恢復(fù)斷路器的開斷、關(guān)合能力需要一定的時(shí)間。延時(shí)時(shí)間過長，供電線路的開斷時(shí)間過長，不利于供配電系統(tǒng)的可靠性和經(jīng)濟(jì)性運(yùn)行。</p><p>　　ARD動(dòng)作自動(dòng)重合閘成功后，一般需要自動(dòng)延時(shí)復(fù)歸。即，當(dāng)供配電線路為暫時(shí)性故障時(shí)，ARD動(dòng)作成功恢復(fù)電力系統(tǒng)的供電后，經(jīng)一定延時(shí)ARD要準(zhǔn)備好下一次電路出現(xiàn)問題時(shí)進(jìn)行重合閘操作，考慮到斷路器恢復(fù)其額定的開斷能力也需要一定時(shí)間，一般取20s-25s[3

41、,7]。</p><p>　　2.2.3 自動(dòng)重合閘的分類及應(yīng)用</p><p><b>　　三相重合閘方式</b></p><p>　　一般主要在電壓為110 KV及以下的供配電環(huán)節(jié)中使用，對(duì)于供配電線路跳閘后不進(jìn)行重合閘也能穩(wěn)定運(yùn)行的大型環(huán)網(wǎng)型密集線路的效果尤為顯著。</p><p>　　一般也應(yīng)用在單側(cè)電源供電的線

42、路。</p><p>　　一般不會(huì)在大容量機(jī)組的出口處使用。</p><p>　　單相重合閘方式和綜合重合閘方式</p><p>　　適宜使用在電壓等級(jí)為220KV及以上的供配電線路中，尤其適用于當(dāng)某種意外導(dǎo)致電線某一根斷開接地的情況。因?yàn)檫@種情況下如果使用三相重合閘可能致使某地區(qū)大面積斷電或者導(dǎo)致某一級(jí)負(fù)荷斷電，嚴(yán)重影響企業(yè)和人民的生產(chǎn)生活。</p>

43、<p>　　為了提高電力系統(tǒng)中供配電環(huán)節(jié)的可靠性和穩(wěn)定性，在使用三相重合閘的輸送電線路中，若加裝單相重合閘環(huán)節(jié)更有利于異常時(shí)系統(tǒng)供電快速恢復(fù)時(shí)選用。</p><p><b>　　同期重合閘方式</b></p><p>　　適用于輸送電線路兩端都有電源（發(fā)電機(jī)組）的線路以及不允許非同期合閘的供配電線路（線路有重要負(fù)載不允許失步）。</p>&l

44、t;p><b>　　非同期重合閘方式</b></p><p>　　非同期重合閘時(shí)產(chǎn)生的沖擊沒有超過我國法律法規(guī)規(guī)定的的允許值，或在線路重要負(fù)荷的可接受范圍內(nèi)時(shí)。</p><p>　　非同期自動(dòng)重合閘后電力系統(tǒng)整步能力強(qiáng)，可以很快自整步恢復(fù)正常同期運(yùn)行時(shí)[5]6-12。</p><p>　　2.2.4 ARD裝置與繼電保護(hù)的配合</p

45、><p>　　為了利用充分利用ARD所提供的條件，縮短故障切除時(shí)間，減少故障所造成的損失，ARD與繼電保護(hù)的配合方式有兩種：重合閘前加速保護(hù)及重合閘后加速保護(hù)[15]。</p><p>　　重合閘前加速保護(hù)：一般簡稱“前加速”，多用于單端電源供電（發(fā)電機(jī)組在線路一端）的干線式分布的輸送電線路中，如圖2-1所示。每段線路均裝設(shè)過流繼電保護(hù)裝置，由于保護(hù)要求有選擇性，動(dòng)作時(shí)限要求按階梯原則配合，靠

46、近電源保護(hù)1處的時(shí)限較長，為了加速故障切除，在保護(hù)1處加自動(dòng)重合閘裝置。</p><p>　　圖2-1重合閘前加速保護(hù)示意圖</p><p>　　當(dāng)線路的任何一處出現(xiàn)問題時(shí)，保護(hù)1都無選擇地迅速動(dòng)作跳閘，然后ARD動(dòng)作，使斷路器1重合閘。如果是暫時(shí)性故障，則自動(dòng)重合閘成功，恢復(fù)線路的正常供電，加快了故障切除時(shí)間；如果發(fā)生永久性故障，則各處保護(hù)再次啟動(dòng)（比如圖中所示3處發(fā)生永久性故障則3處

47、斷路器跳閘），并按選擇要求，使相應(yīng)斷路器跳閘。</p><p>　　重合閘前加速保護(hù)的特點(diǎn)是有利于迅速消除故障，如果為暫時(shí)性問題使其不會(huì)因?yàn)闀r(shí)間長而成為永久性故障，提高ARD成功率，而且前加速只需要在電源一側(cè)安裝ARD裝置（如圖2-2的1處），維護(hù)保養(yǎng)方便，經(jīng)濟(jì)性高。其缺點(diǎn)是增加了裝設(shè)ARD裝置的斷路器動(dòng)作次數(shù)，而且一旦該斷路器因?yàn)槟撤N原因跳閘后拒絕重合閘時(shí)將會(huì)擴(kuò)大事故的停電范圍，多用于35KV以下的系統(tǒng)中。&l

48、t;/p><p>　　重合閘后加速保護(hù)：一般簡稱“后加速”。如圖2-2所示。當(dāng)線路某處出現(xiàn)問題時(shí)，繼電保護(hù)按照選擇性要求的方式動(dòng)作，有選擇地使斷路器跳閘，然后進(jìn)行重合閘。如果重合閘在永久性故障上，則加速保護(hù)動(dòng)作，縮短故障切除時(shí)間，降低故障造成的損失，不考慮保護(hù)裝置自身具有的時(shí)限。</p><p>　　圖2-2自動(dòng)重合閘后加速示意圖</p><p>　　后加速與繼電保護(hù)

49、配合的方式，因?yàn)槭状伪Ｗo(hù)動(dòng)作具有選擇性而防止造成大范圍斷電事故，保證了永久性故障的快速切除，并仍具有選擇性，一般來說是有利而無害的，各級(jí)電壓送電線路均可使用。其缺點(diǎn)是首次保護(hù)動(dòng)作可能有延時(shí)，而且由于每一個(gè)斷路器均要求配備ARD裝置，同前加速相比費(fèi)用較高。一般應(yīng)用于35KV以上的系統(tǒng)[5]12-14,[8]。</p><p>　　第3章 可編程邏輯控制器與組態(tài)軟件</p><p>　　3.1

50、 PLC特點(diǎn)及應(yīng)用</p><p>　　可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller），簡稱PLC，是新一代的工業(yè)自動(dòng)控設(shè)備，其最重要的功能是實(shí)現(xiàn)邏輯控制，取代傳統(tǒng)的繼電器。PLC是一種歷經(jīng)40多年發(fā)展起來的通用的工業(yè)自動(dòng)控制裝置，以微處理器為核心，綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和通信技術(shù)。它因具有非常的高可靠性而且對(duì)工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境的適應(yīng)能力強(qiáng)，深受工業(yè)控制行業(yè)的喜愛。PLC還具有

51、非常豐富的適用領(lǐng)域在冶金、交通、電力等方面應(yīng)用十分廣泛，是現(xiàn)代工業(yè)控制的重要組成元素之一。</p><p>　　3.1.1 PLC的特點(diǎn)</p><p>　　抗干擾能力極強(qiáng)，高可靠性非常高</p><p>　　通用性強(qiáng)適合各種環(huán)境，適應(yīng)能力十分優(yōu)秀</p><p><b>　　編程直觀簡單易學(xué)</b></p>

52、<p>　　豐富的I/O接口模塊，接口能力強(qiáng)</p><p>　　采用模塊化結(jié)構(gòu)，占地小、質(zhì)量輕、能耗低</p><p>　　設(shè)計(jì)、安裝簡單和維修方便，使用時(shí)只要將PLC的I/O端和設(shè)備相連即可，且采用模塊化結(jié)構(gòu)，易于維修更換[9]。</p><p>　　3.1.2 PLC的應(yīng)用領(lǐng)域</p><p>　　伴隨著社會(huì)的發(fā)展進(jìn)步，工

53、控場合的需求PLC應(yīng)用范圍日趨廣泛，其應(yīng)用基本涉及到了工業(yè)行業(yè)的各方各面。PLC的應(yīng)用大致分為以下幾種：</p><p>　　邏輯控制。PLC最基本、最廣泛的應(yīng)用。</p><p>　　運(yùn)動(dòng)控制。PLC使用專用的運(yùn)動(dòng)控制模塊，將順序控制、運(yùn)動(dòng)控制有機(jī)結(jié)合。</p><p>　　閉環(huán)過程控制。PLC通過模擬量的I∕O模塊可實(shí)現(xiàn)模擬量的PID控制。</p>

54、<p>　　數(shù)據(jù)處理。PLC能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的采集、處理功能。</p><p>　　通信聯(lián)網(wǎng)。PLC的通信可以實(shí)現(xiàn)信息交換功能，可用來搭建“集中管理，分散控制”的分布系統(tǒng)[10]4。</p><p>　　總之，PLC是一種在工業(yè)自動(dòng)控制環(huán)境中不斷發(fā)展進(jìn)步的專用計(jì)算機(jī)，它具有驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)大且豐富的輸入、輸出接口，在工控領(lǐng)域使用極為廣泛[9,10]。</p><p&g

55、t;　　3.2 PLC的組成及工作原理</p><p>　　3.2.1 PLC的組成</p><p>　　PLC由CPU模塊（主機(jī)系統(tǒng)）、輸入∕輸出（I∕O）擴(kuò)展環(huán)節(jié)及外部設(shè)備組成。其中CPU模塊主要包括CPU、存儲(chǔ)器、輸入∕輸出（I∕O）接口、電源等，如圖3-1所示[10]10-14。</p><p>　　圖3-1PLC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)</p><

56、p>　　中央處理器（CPU）</p><p>　　CPU是PLC的核心組成元件，主要完成邏輯或算數(shù)運(yùn)算任務(wù)。早期的CPU內(nèi)核是8位的現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)展到32位。每個(gè)PLC至少一個(gè)CPU。</p><p><b>　　電源</b></p><p>　　為PLC內(nèi)部各模塊的集成電路供電，作為內(nèi)部工作電源。一般不提供給外圍I∕O電路。PLC對(duì)交流電源

57、的輸入電壓范圍要求不是很高，范圍很寬，抗干擾能力強(qiáng)。有些PLC還配有UPS用來數(shù)據(jù)的停電后保持。</p><p><b>　　外部設(shè)備</b></p><p>　　PLC的外部設(shè)備主要包括：編程器、人機(jī)界面、打印機(jī)等。編程器是最基本的設(shè)備，在使用、維護(hù)、管理PLC時(shí)都需要用到，但目前通常用戶接觸較多的是人機(jī)界面。</p><p><b&g

58、t;　　輸入接口單元</b></p><p>　　對(duì)信號(hào)進(jìn)行隔離、濾波、電平轉(zhuǎn)換等。最終把輸入信號(hào)對(duì)應(yīng)的邏輯值傳遞到PLC內(nèi)部。</p><p><b>　　輸出接口單元</b></p><p>　　把用戶程序的邏輯運(yùn)算結(jié)果輸出到PLC的外部端子。具有隔離PLC內(nèi)部電路和外部執(zhí)行元件的作用，為了提高驅(qū)動(dòng)能力有的還具有功率放大的作用。

59、</p><p><b>　　存儲(chǔ)單元</b></p><p>　　PLC的存儲(chǔ)芯片包括：RAM（隨機(jī)存取存儲(chǔ)器，斷電后數(shù)據(jù)丟失）和EEPROM（點(diǎn)可擦除只讀存儲(chǔ)器，斷電后數(shù)據(jù)不會(huì)丟失）及中大型PLC采用的大容量MMC（多媒體存儲(chǔ)卡，斷電后數(shù)據(jù)不會(huì)丟失）</p><p>　　存儲(chǔ)單元一部分給系統(tǒng)用，另一部分用戶使用。</p>&l

60、t;p><b>　　系統(tǒng)程序存儲(chǔ)區(qū)</b></p><p>　　由制造商將其固化在EEPROM中，不對(duì)用戶開放，不可更改。</p><p><b>　　系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)</b></p><p>　　采用RAM存儲(chǔ)芯片。用戶可以訪問。操作系統(tǒng)的管理、監(jiān)控系統(tǒng)以及程序執(zhí)行時(shí)的一些結(jié)果、故障狀態(tài)，存在這里。</p>

61、;<p><b>　　用戶程序存儲(chǔ)區(qū)</b></p><p>　　存放用戶編寫的程序，可以讀寫。PLC型號(hào)不同大小也不同。</p><p><b>　　用戶數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)</b></p><p>　　系統(tǒng)用戶共同使用，主要存儲(chǔ)輸入輸出狀態(tài)、計(jì)數(shù)、計(jì)時(shí)、全局變量、局部變量。可以讀寫，可采用備用電源（蓄電池等）保護(hù)數(shù)

62、據(jù)。</p><p>　　3.2.2 PLC的工作原理</p><p>　　PLC采用循環(huán)掃描工作方式。一個(gè)掃描周期分為三個(gè)階段：輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新。PLC以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行掃描周期。如圖3-2所示。</p><p><b>　　輸入采樣</b></p><p>　　PLC按次序讀入所有物理輸入點(diǎn)的狀

63、態(tài)，同時(shí)將其存入用戶程序存儲(chǔ)區(qū)中的專用區(qū)域——I∕O區(qū)。輸入采樣完成后，自動(dòng)進(jìn)入下一階段執(zhí)行，這時(shí)即使外部輸入端子上的狀態(tài)發(fā)生變化，I∕O區(qū)相應(yīng)存儲(chǔ)單元狀態(tài)也不變。</p><p><b>　　用戶程序執(zhí)行</b></p><p>　　PLC按由上到下，由左到右的順序有次序地掃描用戶程序。并將運(yùn)算的最終結(jié)果輸出到用戶程序存儲(chǔ)區(qū)的I∕O區(qū)，但是并沒有送到實(shí)際的物理輸出點(diǎn)

64、，那是輸出刷新的工作。</p><p><b>　　輸出刷新</b></p><p>　　PLC按照I∕O區(qū)對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)單元的狀態(tài)刷新全部的輸出鎖存電路，最后由輸出電路驅(qū)動(dòng)外部設(shè)備。</p><p>　　PLC在輸入輸出處理方面遵循以下幾點(diǎn)：</p><p>　　輸入過程映像寄存器的數(shù)據(jù)取決于本掃描周期的第一階段“輸入采樣

65、（刷新）”時(shí)輸入端子的實(shí)際物理狀態(tài)，且一直維持到下一個(gè)周期的輸入采樣階段。</p><p>　　輸出端子驅(qū)動(dòng)外設(shè)的狀態(tài)由輸出鎖存器確定[10]14-16。</p><p>　　圖3-2PLC執(zhí)行程序的過程</p><p>　　3.3 組態(tài)軟件概述及特點(diǎn)</p><p>　　MCGS(Monitor and Control Generate

66、d System)是由北京昆侖通態(tài)自動(dòng)化軟件科技有限公司研發(fā)推出的，是一款用于方便靈活地組建上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)軟件。它應(yīng)用在Windows操作系統(tǒng)上，為使用者提供現(xiàn)實(shí)工程問題的切實(shí)解決方案和創(chuàng)造環(huán)境，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)工業(yè)現(xiàn)場的數(shù)據(jù)采集、處理、報(bào)警功能，以及流程控制、動(dòng)畫顯示、曲線或報(bào)表輸出進(jìn)一步的還可以實(shí)現(xiàn)企業(yè)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)功能。MCGS可以將搭建好的系統(tǒng)下載入TPC1062KX觸摸屏，通過觸摸屏與其他相關(guān)的硬件設(shè)備有機(jī)組合，可以方便、輕松地實(shí)現(xiàn)

67、對(duì)各種實(shí)際工業(yè)現(xiàn)場的參數(shù)采集、處理和控制[11]4。</p><p>　　3.3.1 組態(tài)軟件的特點(diǎn)</p><p>　　目前在我國MCGS是使用人數(shù)最多的中文組態(tài)軟件之一，其主要特點(diǎn)如下：</p><p>　　可視化操作界面組態(tài)操作方便輕松。</p><p>　　良好的并行處理性能。</p><p>　　具有多種多樣

68、、全面生動(dòng)的多媒體畫面。</p><p>　　采用開放式結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)獲取、處理功能十分強(qiáng)大。</p><p><b>　　完善的安全機(jī)制。</b></p><p>　　強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)功能。支持TCP/IP、MODEN、RS-458/RS-422/RS-232等多種網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)。</p><p><b>　　多樣化報(bào)警

69、功能。</b></p><p>　　添加實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫充分為用戶方便使用做考慮。</p><p>　　MCGS支持各種各樣硬件，但系統(tǒng)組態(tài)不用考慮硬件區(qū)別。</p><p>　　方便控制復(fù)雜的運(yùn)行流程。通過“策略組態(tài)”可準(zhǔn)確地控制操作過程。</p><p>　　良好的可維護(hù)性和可擴(kuò)充性。MCGS系統(tǒng)不同的構(gòu)件各自的獨(dú)立。還提供了一套開

70、放的可擴(kuò)充接口。</p><p>　　采用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫來管理數(shù)據(jù)，最大程度的提高上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的安全性，穩(wěn)定性。</p><p>　　搭建對(duì)象元件庫，用戶組態(tài)時(shí)可直接選用，組態(tài)輕松快捷。</p><p>　　MCGS合理應(yīng)用目前工業(yè)控制領(lǐng)域發(fā)展迅速的DCCW(Distributed Computer Cooperator Work，分布式計(jì)算機(jī)協(xié)同工作方式)技術(shù)，可以

71、達(dá)成對(duì)工控系統(tǒng)不同區(qū)域的分布式控制和管理的目的[11]4-6。</p><p>　　3.4 MCGS組態(tài)軟件構(gòu)成</p><p>　　MCGS系統(tǒng)包含組態(tài)環(huán)境以及運(yùn)行環(huán)境兩部分。其關(guān)系如圖3-3所示。</p><p>　　組態(tài)環(huán)境是用戶用來搭建構(gòu)造系統(tǒng)的的，其主要功能是為構(gòu)造系統(tǒng)提供各種工具。使用者完成上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的組建后會(huì)生成數(shù)據(jù)庫文件（區(qū)別于其他軟件），稱為

72、組態(tài)結(jié)果數(shù)據(jù)庫。</p><p>　　運(yùn)行環(huán)境是一個(gè)獨(dú)立的運(yùn)行系統(tǒng)，其主要功能是根據(jù)用戶組建系統(tǒng)后生成的組態(tài)結(jié)果數(shù)據(jù)庫進(jìn)行各種（包括數(shù)據(jù)和動(dòng)畫等）處理，最終完成使用者通過組態(tài)構(gòu)建的系統(tǒng)的的功能。運(yùn)行環(huán)境自身沒有意義，只有和組態(tài)結(jié)果數(shù)據(jù)庫有機(jī)的結(jié)合在一起時(shí)，才可以組建為用戶應(yīng)用系統(tǒng)。使用者在組態(tài)環(huán)境完成系統(tǒng)構(gòu)造后，運(yùn)行環(huán)境和組態(tài)結(jié)果數(shù)據(jù)庫就可以運(yùn)行在觸摸屏（上位機(jī)）上，而不再需要組態(tài)環(huán)境。</p>&

73、lt;p>　　圖3-3組態(tài)環(huán)境向運(yùn)行環(huán)境的過渡</p><p>　　由MCGS組態(tài)軟件創(chuàng)建的工程由主控窗口、設(shè)備窗口、用戶窗口、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫和運(yùn)行策略五部分構(gòu)成，如圖3-4所示。</p><p>　　圖3-4MCGS組態(tài)環(huán)境結(jié)構(gòu)</p><p><b>　　主控窗口</b></p><p>　　主控窗口是MCGS

74、工程的主窗口，也是用戶應(yīng)用系統(tǒng)的主窗口。主要用來編輯用戶菜單，管理窗口，處理用戶操作。</p><p><b>　　設(shè)備窗口</b></p><p>　　設(shè)備窗口負(fù)責(zé)連接和驅(qū)動(dòng)MCGS外部元件，讀寫外部設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。本課題中，就在此窗口設(shè)置串口通信參數(shù)，使TPC1062KX觸摸屏和PLC能夠通信。</p><p><b>　　用戶窗

75、口</b></p><p>　　用戶窗口主要用于構(gòu)造人機(jī)交互的界面。構(gòu)建上位機(jī)監(jiān)控界面，即觸摸屏的圖形顯示界面。</p><p><b>　　實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫</b></p><p>　　實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫是工程各部分?jǐn)?shù)據(jù)交換處理的核心，將工程各個(gè)部分有機(jī)的結(jié)合在一起。在這里對(duì)工程所有的參數(shù)變量進(jìn)行定義。</p><p>

76、<b>　　運(yùn)行策略</b></p><p>　　運(yùn)行策略包含的是對(duì)MCGS工程中操作過程進(jìn)行控制的要求和措施，可以通過程序或功能構(gòu)件對(duì)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)某些功能的操作按要求進(jìn)行控制[11]6-7。</p><p><b>　　第4章 斷路器</b></p><p><b>　　4.1 斷路器</b><

77、/p><p>　　斷路器（Circuit-Breaker）是一種不但能夠接通、承載及關(guān)斷正常電路中流過的電流，還能夠在要求時(shí)間范圍內(nèi)承載、開斷不正常電流（比如短路電流）的開關(guān)電器。根據(jù)斷路器所在電路電壓等級(jí)的不同，可分為高壓、低壓斷路器，通常情況下將工作電壓在大于等于3KV中的稱之為高壓斷路器，高壓斷路器是供配電環(huán)節(jié)中首要的一種控制保護(hù)器件。本次課題中主要介紹實(shí)驗(yàn)室已有的ZN63A-12型高壓斷路器。低壓斷路器一般也

78、稱為＂空氣開關(guān)＂，它在生活中很常見，是一種既可以人為操作來接通和關(guān)斷，也可以在線路出現(xiàn)故障時(shí)自動(dòng)關(guān)斷對(duì)負(fù)載進(jìn)行快速保護(hù)的電器。斷路器的主要功能有分配電能、不頻繁地起動(dòng)電機(jī)、對(duì)線路負(fù)載進(jìn)行保護(hù)等。</p><p>　　高壓斷路器應(yīng)用廣、種類多，根據(jù)控制保護(hù)對(duì)象不同有：</p><p>　　發(fā)電機(jī)斷路器，其特點(diǎn)是電流大，關(guān)斷后不需要自動(dòng)重合閘功能。</p><p>　　

79、輸、配電斷路器，通常情況下輸配電線路為確保安全可靠，一般要求裝設(shè)ARD。</p><p>　　控制斷路器，需要有高的機(jī)械、電氣壽命，因?yàn)榭刂齐娖饕话愎ぷ黝l繁。</p><p>　　高壓斷路器為了可靠關(guān)斷，防止電弧造成傷害，一般裝有滅弧裝置，所以也可以根據(jù)滅弧裝置工作原理的的差異將其分為有油斷路器、真空斷路器、六氟化硫斷路器等。雖然從各個(gè)角度看六氟化硫斷路器的性能都好于其他幾種，但是發(fā)展原因

80、現(xiàn)在國內(nèi)高壓供配電領(lǐng)域少油斷路器、真空斷路器仍然使用較多，我國正在逐步推進(jìn)斷路器的更新?lián)Q代。</p><p>　　圖4-1所示為典型斷路器結(jié)構(gòu)圖。圖中開斷元件一般包括觸頭系統(tǒng)，滅弧環(huán)節(jié)等，是斷路器執(zhí)行元件。圖中操動(dòng)機(jī)構(gòu)通常情況下動(dòng)力來源有氣壓、液壓、電磁力等，帶動(dòng)傳動(dòng)桿最終使觸頭動(dòng)作。</p><p>　　圖4-1典型斷路器結(jié)構(gòu)</p><p>　　高壓斷路器在線

81、路中作控制保護(hù)時(shí)要符合如下條件：</p><p><b>　　能夠開斷短路故障</b></p><p><b>　　快速開斷</b></p><p><b>　　能夠關(guān)合短路故障</b></p><p><b>　　快速自動(dòng)重合閘操作</b></p&

82、gt;<p>　　可以接通、斷開各種空載、帶載線路[3]72-75</p><p>　　4.2 實(shí)驗(yàn)室ZN63A-12型高壓真空斷路器簡介</p><p>　　ZN型高壓真空斷路器結(jié)構(gòu)如圖4-2所示，其特點(diǎn)如下：</p><p>　　配用陶瓷真空滅弧室，觸頭結(jié)構(gòu)為杯狀。</p><p>　　將操作環(huán)節(jié)和滅弧環(huán)節(jié)布置成一個(gè)在前、

83、一個(gè)在后的形式，ZN63A-12系列就是將操動(dòng)環(huán)節(jié)與真空滅弧裝置一前一后的布置，使操動(dòng)系統(tǒng)的性能與滅弧裝置更加匹配，而且省掉了過渡機(jī)構(gòu)，節(jié)能經(jīng)濟(jì)同時(shí)噪聲減小，使其性能越發(fā)穩(wěn)定。</p><p>　　主導(dǎo)電環(huán)節(jié)運(yùn)用三相落地式結(jié)構(gòu)。</p><p>　　操動(dòng)系統(tǒng)具有人工和自動(dòng)兩種儲(chǔ)能方式。</p><p>　　具有壽命長、維修保養(yǎng)省時(shí)省力、無污染（包括噪音污染）、無易燃

84、易爆品使用更加安全等優(yōu)點(diǎn)，適應(yīng)于操作頻繁、工作環(huán)境惡劣的場合。</p><p>　　圖4-2 ZN63A-12型真空斷路器結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　ZN63A-12型真空高壓斷路器主要有以下兩個(gè)功能：</p><p>　　控制功能：按照電力系統(tǒng)工作時(shí)負(fù)載情況的不同，可以通過斷路器控制線路的接通和關(guān)斷，實(shí)現(xiàn)將某一部分或所有的電氣設(shè)備加入系統(tǒng)，或從系統(tǒng)中去除。<

85、;/p><p>　　保護(hù)功能：當(dāng)電力系統(tǒng)運(yùn)行中出現(xiàn)問題時(shí)，真空斷路器、繼電保護(hù)裝置、ARD、綜合保裝置協(xié)同工作，可實(shí)現(xiàn)將問題部分快速從系統(tǒng)中切除，防止事故擴(kuò)大，縮小停電范圍，這樣就可以保護(hù)系統(tǒng)中各類電氣設(shè)備不受損壞，保證系統(tǒng)正常部分穩(wěn)定運(yùn)行。</p><p>　　ZN63A系列真空斷路器參數(shù)如表4-1所示[12]。</p><p>　　表4-1ZN63A型系列真空斷路

86、器主要技術(shù)參數(shù)</p><p>　　注：當(dāng)額定短路開斷電流為40kA時(shí)，額定操作順序?yàn)椋悍?180s-合分-180s-合分</p><p>　　第5章 基于PLC和MCGS的自動(dòng)重合閘設(shè)計(jì)</p><p><b>　　5.1 設(shè)計(jì)思想</b></p><p>　　PLC控制器，性能可靠而且對(duì)工業(yè)現(xiàn)場條件的適應(yīng)性強(qiáng)，平均無

87、故障時(shí)間可以達(dá)到5 ×104h 以上。實(shí)現(xiàn)基于PLC的自動(dòng)重合閘控制，不僅可以最大程度的克服傳統(tǒng)繼電器的種種弊端（因?yàn)闇p少了繼電器的使用），還可以從根本上完成物理電路連接的簡化。同時(shí)上位機(jī)采用MCGS進(jìn)行組態(tài)，利用TPC1062KX型觸摸屏作為顯示可以實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控，動(dòng)畫顯示，報(bào)警記錄。由此，即實(shí)現(xiàn)了基于PLC和MCGS的自動(dòng)重合閘控制，還順應(yīng)了自動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)了上位機(jī)和下位機(jī)的有機(jī)結(jié)合。其控制框圖如圖5-1

88、所示。</p><p>　　圖5-1基于PLC和MCGS的ARD框圖</p><p><b>　　5.2 硬件選擇</b></p><p><b>　　PLC的選擇</b></p><p>　　根據(jù)ARD控制需要，可以選用西門子S7-200系列PLC，SIMATIC S7-200系列PLC常見的

89、有CPU221、CPU222、CPU224和CPU226、CPU226XM，其特性差別如表5-1所示，本次選用指導(dǎo)教師提供的CPU226[10]18。</p><p>　　表5-1S7-200 CPU技術(shù)指標(biāo)</p><p>　　昆侖通態(tài)TPC1062KX型觸摸屏</p><p>　　TPC1062KX昆侖通態(tài)觸摸屏（如圖5-2所示）是以綠色節(jié)能的嵌入式CPU為核

90、心（ARM CPU，工作頻率400MHz）的嵌入式觸摸屏，采用一體化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使用方便，性能卓越。屏幕尺寸為10英寸，分辨率為800×480，TFT液晶顯示，為四線電阻式單點(diǎn)觸控的觸摸屏（分辨率1024×1024），使用24V直流電源供電。配合MCGS 7.7版本的嵌入式組態(tài)軟件進(jìn)行系統(tǒng)組態(tài)和下載，可以完成自動(dòng)重合閘的狀態(tài)在觸摸屏上的顯示和控制。</p><p>　　圖5-2TPC1062K

91、X觸摸屏</p><p><b>　　5.3 功能實(shí)現(xiàn)</b></p><p>　　5.3.1 PLC軟件設(shè)計(jì)</p><p>　　PLC的I/O端子分配及外部接線</p><p>　　由ARD的功能及要求可以得到，系統(tǒng)輸入信號(hào)有：繼電保護(hù)信號(hào)（供電環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題時(shí)，繼電保護(hù)動(dòng)作）、ARD投入選擇信號(hào)、加速方式選擇信號(hào)、

92、重合閘閉鎖復(fù)位信號(hào)、手動(dòng)合閘信號(hào)、手動(dòng)分閘信號(hào)。輸出信號(hào)有：合閘信號(hào)、分閘信號(hào)、報(bào)警信號(hào)（自動(dòng)重合閘失敗時(shí)報(bào)警）、分閘狀態(tài)信號(hào)、合閘狀態(tài)信號(hào)。以上10個(gè)信號(hào)（6個(gè)輸入信號(hào)，4個(gè)輸出信號(hào)）均為開關(guān)量信號(hào)（1或0），所以得到PLC的I/O接口端子分配表5-2及PLC的外部接線圖5-3。</p><p>　　表5-2PLC 226的I/O端子分配表</p><p>　　圖5-3PLC 226

93、外部接線圖</p><p><b>　　控制流程圖</b></p><p>　　ARD控制流程圖如圖5-4所示。</p><p>　　圖5-4ARD控制流程圖</p><p>　　PLC梯形圖如圖5-5所示。</p><p>　　圖5-5（1）梯形圖</p><p>　

94、　圖5-5（2）梯形圖</p><p><b>　　工作原理分析</b></p><p>　　ARD投入狀態(tài)，即ZCH（I0.1）接通，且ARD與繼電保護(hù)裝置配合方式為重合閘前加速保護(hù)時(shí)，即JS（I0.2）保持接通狀態(tài)。當(dāng)線路出現(xiàn)故障時(shí)，繼電保護(hù)動(dòng)作，JDB（I0.0）常開觸點(diǎn)接通，T37定時(shí)器開始計(jì)時(shí)。同時(shí)電流經(jīng)過I0.2常開觸點(diǎn)→M0.2常閉觸點(diǎn)→I0.0常開觸

95、點(diǎn)→Q0.3常閉觸點(diǎn)→Q0.1分閘線圈，分閘線圈得電，斷路器跳閘。與此同時(shí)，電流經(jīng)過Q0.1常開觸點(diǎn)→Q0.0常閉觸點(diǎn)→Q0.3線圈，使Q0.3經(jīng)過Q0.1常閉觸點(diǎn)自鎖，電路分閘狀態(tài)指示燈亮。通過I0.1常開觸點(diǎn)→Q0.3常開觸點(diǎn)→M0.1常閉觸點(diǎn)→M0.2常閉觸點(diǎn)，T38開始計(jì)時(shí)，T38計(jì)時(shí)時(shí)間到，接通Q0.0線圈，斷路器重合閘，在此期間線圈Q0.1早就因?yàn)镼0.3常閉觸點(diǎn)而斷電。Q0.0常開觸點(diǎn)→Q0.1常閉觸點(diǎn)→Q0.4線圈得電，

96、并通過Q0.1常閉觸點(diǎn)自鎖，電路合閘狀態(tài)指示燈亮。電流經(jīng)過Q0.0常閉觸點(diǎn)→T39常閉觸點(diǎn)→M0.2線圈，M0.2通過T39常閉觸點(diǎn)自鎖，在下一個(gè)掃描周期Q0.0常閉觸點(diǎn)斷開，Q0.3失電，分閘指示燈滅，同時(shí)M0.2常閉觸點(diǎn)斷開，T38能流斷開，自動(dòng)重合閘鎖閉，Q0.0線圈失電，這時(shí)T</p><p>　　ARD投入狀態(tài)，即ZCH（I0.1）接通，且為重合閘后加速保護(hù)時(shí)，JS（I0.2）斷開。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，因

97、為I0.2斷開，只有當(dāng)T37延時(shí)時(shí)間到時(shí)，才有電流經(jīng)過T37常開觸點(diǎn)→I0.0常開觸點(diǎn)→Q0.3常閉觸點(diǎn)使Q0.1線圈得電，接下來分析過程同上面前加速時(shí)相同，這里就不再贅述。當(dāng)為后加速保護(hù)時(shí)，因?yàn)榈谝淮螖嗦菲魈l要等到T37延時(shí)時(shí)間到，實(shí)現(xiàn)了有選擇性的動(dòng)作。</p><p>　　當(dāng)電路為手動(dòng)操作狀態(tài)時(shí)，ARD退出，即ZCH（I0.1）斷開。此時(shí)電路出現(xiàn)問題，斷路器在繼電保護(hù)的作用下跳閘后不會(huì)進(jìn)行自動(dòng)重合閘操作。當(dāng)

98、為手動(dòng)分閘時(shí)，電流經(jīng)過I0.4常開觸點(diǎn)→I0.1常閉觸點(diǎn)→I0.5常閉觸點(diǎn)→Q0.1線圈，使分閘線圈得電，斷路器跳閘。同時(shí)使Q0.3線圈得電自鎖，線路分閘狀態(tài)指示燈亮并且在程序下一次掃描時(shí)斷開Q0.1線圈，防止再次動(dòng)作；當(dāng)進(jìn)行手動(dòng)合閘操作時(shí)，電流經(jīng)過I0.5常開觸點(diǎn)→Q0.4常閉觸點(diǎn)→I0.1常閉觸點(diǎn)→I0.4常閉觸點(diǎn)→Q0.0線圈，使合閘線圈得電，斷路器合閘，并使Q0.4得電合閘狀態(tài)指示燈亮，并關(guān)斷Q0.0通電電路，防止不可靠動(dòng)作。&

99、lt;/p><p>　　當(dāng)重合閘失敗閉鎖后，系統(tǒng)會(huì)鎖閉ARD功能并報(bào)警，當(dāng)消除線路故障后，要進(jìn)行手動(dòng)復(fù)位，當(dāng)接通FW（I0.3）后，其對(duì)應(yīng)常閉觸點(diǎn)斷開，切斷M0.1線圈的自鎖回路，M0.1線圈失電，Q0.2線圈失電，報(bào)警指示解除，閉鎖解除，ARD功能恢復(fù)。</p><p>　　5.3.2 MCGS組態(tài)自動(dòng)重合閘系統(tǒng)</p><p><b>　　數(shù)據(jù)變量的定義&

100、lt;/b></p><p>　　打開組態(tài)軟件，在菜單欄“文件”中新建工程，并命名為“自動(dòng)重合閘系統(tǒng)”。在新建工程設(shè)置中選擇TPC類型為1062KX，如圖5-6。</p><p>　　圖5-6新建工程設(shè)置圖</p><p>　　在工程工作臺(tái)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫窗口中，通過新增對(duì)象定義數(shù)據(jù)變量，并設(shè)置參數(shù)屬性（如圖5-7），寫好注釋，方便通道連接。數(shù)據(jù)變量如圖5-8所示

101、。</p><p>　　圖5-7變量參數(shù)設(shè)置</p><p>　　圖5-8數(shù)據(jù)變量設(shè)置圖</p><p><b>　　通道連接</b></p><p>　　在工作臺(tái)設(shè)備窗口選項(xiàng)卡中，進(jìn)行設(shè)備組態(tài)（只有在計(jì)算機(jī)連接有外部設(shè)備時(shí)，才可以組態(tài)）。本次課題使用串口設(shè)備中的西門子S7-200PPI。如圖5-9所示。</p

102、><p><b>　　圖5-9設(shè)備選擇</b></p><p>　　在“通用串口父設(shè)備0”屬性設(shè)置中，“串口端口號(hào)”選擇“0-COM1”，因?yàn)镻LC對(duì)應(yīng)的就是COM1口，其他參數(shù)默認(rèn)即可，如圖5-10。</p><p>　　圖5-10串口屬性設(shè)置</p><p>　　在的屬性設(shè)置中，可以通過增加或者刪除通道來找到對(duì)應(yīng)PL

103、C端口所需要的通道。在增加通道的過程中發(fā)現(xiàn)，輸入寄存器I寄存器默認(rèn)只能選擇為“只讀”，所以，本系統(tǒng)主要作用是進(jìn)行監(jiān)控。設(shè)置好所有通道后如圖5-11所示[13,16]。</p><p>　　圖5-11通道連接示意圖</p><p><b>　　人機(jī)界面的創(chuàng)建</b></p><p>　　單擊工程控制臺(tái)的用戶窗口，使用新建窗口來增加窗口，同時(shí)設(shè)置

104、窗口屬性，之后我們就可進(jìn)行窗口組態(tài)，在組態(tài)時(shí)要注意將所有組件布置在黑線框內(nèi)，因?yàn)檫@部分才是在TPC1062KX觸摸屏中可以顯示的地方。組態(tài)時(shí)可以在對(duì)象元件庫調(diào)用已有的對(duì)象，選出需要組件并合理安排位置后，需要對(duì)每一個(gè)組件進(jìn)行動(dòng)畫屬性設(shè)置，以其中“故障指示標(biāo)簽”為例，如圖5-12，其他的均可參照這個(gè)設(shè)計(jì)。雙擊組件后，彈出屬性設(shè)置窗口，在“屬性設(shè)置”標(biāo)簽下，可以對(duì)其靜態(tài)屬性（如字體、顏色）設(shè)置，還可以根據(jù)需要選擇所需的動(dòng)畫連接（如顏色變化，位

105、置、大小改變）。選擇動(dòng)畫連接后，會(huì)出現(xiàn)對(duì)應(yīng)動(dòng)畫標(biāo)簽，需要在其中對(duì)動(dòng)畫進(jìn)行詳細(xì)設(shè)置（如表達(dá)式，動(dòng)畫效果）。</p><p>　　圖5-12組件屬性設(shè)置</p><p>　　根據(jù)需要，在用戶窗口界面建立三個(gè)頁面如圖5-13所示，分別為“ARD”如圖5-14，“報(bào)警記錄”如圖5-15和“封面”如圖5-16。其中“封面”是在主控窗口的系統(tǒng)屬性中調(diào)用，如圖5-17所示，封面顯示時(shí)間為0，表示不自動(dòng)

106、進(jìn)入系統(tǒng)，單擊任意位置進(jìn)入系統(tǒng)，“ARD”為自動(dòng)運(yùn)行窗口，和“報(bào)警記錄”通過按鈕相互調(diào)用。</p><p>　　圖5-13 用戶窗口</p><p>　　圖5-14ARD窗口</p><p>　　圖5-15報(bào)警記錄窗口</p><p><b>　　圖5-16封面</b></p><p>　　

107、圖5-17主控窗口屬性設(shè)置</p><p><b>　　工程下載</b></p><p>　　完成自動(dòng)重合閘系統(tǒng)的組態(tài)后，要對(duì)其進(jìn)行組態(tài)檢查，當(dāng)檢查沒有問題時(shí)，就可以進(jìn)行組態(tài)下載，將系統(tǒng)下載到TPC觸摸屏。使用USB連接觸摸屏和PC，就可以通過USB通訊進(jìn)行聯(lián)機(jī)下載，如圖5-18所示。當(dāng)完成系統(tǒng)下載后，TPC觸摸屏就可以斷開和PC的USB連接單獨(dú)工作，不再需要組態(tài)環(huán)

108、境。再次進(jìn)行修改工程時(shí)要重新下載。</p><p>　　圖5-18工程下載設(shè)置</p><p>　　5.3.3 聯(lián)機(jī)運(yùn)行</p><p>　　首先，將PLC和TPC觸摸屏的工作電源接好，均為24V直流電壓源。然后將PC和PLC通過PC/PPI線連接，并調(diào)整波特率為9.6KHZ，之后通過STEP-7 Micro/WIN軟件設(shè)置通信參數(shù)后將梯形圖下載到PLC中，設(shè)置P

109、LC為RUN模式。其次，將MCGS組態(tài)的自動(dòng)重合系統(tǒng)通過USB通信下載到TPC 1062KX觸摸屏。最后用TPC/PLC200通信線連接PLC和TPC觸摸屏，這樣就可以實(shí)現(xiàn)基于PLC和MCGS的自動(dòng)重合閘系統(tǒng)。PC、PLC和TPC的連接如圖5-19所示。</p><p>　　經(jīng)測試可以順利完成控制功能，也實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)顯示、聲光報(bào)警等功能。</p><p>　　圖5-19聯(lián)機(jī)示意圖</

110、p><p><b>　　結(jié)論</b></p><p>　　本次畢業(yè)設(shè)計(jì)研究的是“電力系統(tǒng)自動(dòng)重合閘環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)”，通過對(duì)本課題的研究，我對(duì)自動(dòng)重合閘有了更深一層的理解，并且實(shí)現(xiàn)了基于PLC和MCGS設(shè)計(jì)的自動(dòng)重合閘系統(tǒng)。自動(dòng)重合閘是電力系統(tǒng)必不可缺的一個(gè)環(huán)節(jié)，它十分有效的提高了供配電系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性，無論在政治上還是經(jīng)濟(jì)上都具有非常顯著的積極影響。</p&g

111、t;<p>　　自動(dòng)重合的設(shè)計(jì)通常情況下有兩種形式，一種是采用傳統(tǒng)的繼電器/接觸器來實(shí)現(xiàn)其功能，但是傳統(tǒng)的電磁式裝置有很多缺陷，不符合當(dāng)下對(duì)自動(dòng)重合閘功能的要求，另一種方法就是基于PLC來實(shí)現(xiàn)功能，PLC性能卓越，是21世紀(jì)各國主要研究的工業(yè)自動(dòng)化核心產(chǎn)品，所以本文就采用了這種方法。本文使用西門子S7-200系列的CPU226作為核心來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)重合閘功能，同時(shí)采用實(shí)驗(yàn)室提供的TPC-1062KX型觸摸屏，作為顯示裝置，二者

112、互相通信，使用戶可以通過人機(jī)界面更加直觀的了解到系統(tǒng)運(yùn)行狀況，相對(duì)于以往單獨(dú)使用PLC實(shí)現(xiàn)，一方面更加人性化，因?yàn)镸CGS構(gòu)建的系統(tǒng)通過豐富的多媒體畫面使系統(tǒng)形象生動(dòng)的展示給用戶，另一方面，本文采用TPC觸摸屏作為上位機(jī)，PLC作為下位機(jī)，其更符合當(dāng)今控制系統(tǒng)上位機(jī)、下位機(jī)有機(jī)結(jié)合的發(fā)展理念，有利于電力系統(tǒng)的自動(dòng)化發(fā)展。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p>&