PLC在变电所自动装置中的应用.doc

1、PLC在变电所自动装置中的应用摘要：随着计算机在社会领域的渗透，PLC的技术正在不断地走向深入，同时带动传统控制检测日新月益更新。本论文基于PLC在国内外钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、及各个领域需求，解决了许多难题。系统设置、可靠性高、抗干扰能力强。在实时检测和自动控制的PLC应用系统中，PLC往往是作为一个核心部件来使用，仅PLC方面知识是不够的，还应根据具体硬件结构，以及针对具体应用对象特点的软件结合，以作完善。通常情况下，为了保证正常供电，在冶金、化工、铁路牵引等对供电可靠性要求较高的用户，均采用双路供电方式，当一路电源失压或变压器发生故障时，便投入备用电源。电力系统架空

2、线路上的短路故障大多数是“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。为此，在线路中采用了自动重合闸，当断路器跳闸后，能够自动将断路器重新合闸。本文介绍了以PLC为核心，对某变电所的备用电源自动投入装置及自动成合闸进行了控制的应用，简述了PLC的性能特点，详细阐述了备用电源自动投入装置和自动重合闸的实现。关键词：PLC；备用电源自动投入；自动重合闸PLC in Substation Sutomatic Device in ApplicationAbstract：along with computer penetration in the

3、social sphere, PLC technology is constantly deepening, led the traditional control test at the same time ever updated. This paper based on PLC in domestic and foreign steel, petroleum, chemical, electric power, building materials, machinery manufacturing, automotive, and various areas of need, to so

4、lve a lot of problems. System settings, high reliability, strong anti interference capability.In real-time detection and automatic control of PLC application, PLC is often used as a core component, only the PLC knowledge is not enough, should be based on specific hardware structure, and the specific

5、 characteristics of the target application software, to make perfect.Typically, in order to ensure the normal power supply, in the metallurgical, chemical, railway traction on the power supply reliability requirements for higher user, adopt dual power supply mode, when a power loss of pressure or tr

6、ansformer fault, throws a standby power supply.Power system short circuit fault on the overhead line most is instantaneous. For this type of transient fault and tripping circuit, if the fault disappears rapidly after restoring power supply, can greatly improve the reliability of power supply. Theref

7、ore, in line with automatic reclosing, when the tripping of the circuit breaker, breaker to switch to automatically.The article introduced to the PLC as the core, of an electric substation standby power automatic input device and automatic switching of control applications, this paper introduced the

8、 PLC characteristic, elaborated in detail of standby power automatic supply device and the realization of automatic reclosing.Key words: PLC; standby power automatic input; automatic reclosing目 录1. 概述11.1 选题意义及依据11.2 课题研究内容及要求22. PLC简介22.1 可编程控制器简介22.2 可编程控制器与其他工业控制系统的比较32.3 继电器控制33. 自动重合闸简介43.1认识自动

9、重合闸装置43.2 重合闸装置的分类43.3 传统的自动重合闸装置63.4 提出用新的方法来改进传统自动重合闸装置的不足73.5 对自动重合闸的一些基本要求74. 备用电源自动投入装置简介84.1 备用电源自动投入装置的背景及意义84.2 备用电源自动投入装置的现状与发展84.3 备用电源自动投入装置的要求94.4 断路器的控制94.5 备用电源自动投入原理电路115. 硬件设计115.1 自动重合闸硬件设计115.1.1 PLC型号选择及I/O端子分配115.2 备用电源硬件设计135.2.1电路接线135.2.2 PLC选型136. 软件设计166.1 自动重合闸软件设计166.1.1 控

10、制过程流程图分析166.1.2 PLC控制的自动重合闸梯形图设计176.1.3 工作原理分析176.2 备用电源软件设计196.2.1 控制过程流程图196.2.2 PLC控制的备用电源自动投入装置梯形图设计206.2.3 工作原理分析217. 结束语23参考文献24致 谢25附 录26附录一：输入输出点代号及地址编号26附录二：PLC输入输出接线图27附录三：变电所高压侧主结线图28附录四：PLC控制梯形图29PLC在变电所自动装置中的应用1. 概述1.1 选题意义及依据等级也不断扩近几年来, 工业企业对供电可靠性及电能质量的要求越来越高。电网容量和电压大，电网结构也变得越来越复杂。220k

11、V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。电能供电质量水平要求的进一步提高，对电网供电可靠性也提出更苛刻的要求。电力系统中通常采用继电保护装置实现纵联差动保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，企业内部的分散变电站实现了无人值班。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

12、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。这给自动重合闸装置提供了良好的发展平台。传统的自动重合闸装置由各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。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，其平均故障时间间隔(MTBF)在51

13、0000h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。从继电过流保护动作启动开始，仅经过PLC的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。而且PLC构成的自动重合闸装置调试简单,组态灵活，可靠性高，具有扩展性，且具有连线简单,工作可靠，便于调试、调整和维护，可实现远程通讯。因此, PLC 构成的自动重合闸装置具有广阔的应用前景。为保证供电的可靠性，电力系统经常采用两

14、个或两个以上的电源进行供电，并考虑相互之间采取适当的备用方式。当工作电源失去电压时，备用电源由自动装置立即投入，从而保证供电的连续性，这种自动装置称为备用电源自动投入装置，简称 AAT。备用电源自动投入是保证电力系统连续可靠供电的重要措施。1.2 课题研究内容及要求该课题主要将可编程控制器（PLC）用于中小型变电所电力系统中的备用电源自动投入装置和自动重合闸控制装置，提高目前供电控制装置的可靠性和安全性。该课题要求将可编程控制器（PLC）用于中小型变电所电力系统二次回路中的控制，用可编程控制器取代二次回路中的备用电源自动投入装置和自动重合闸控制装置等，通过PLC程序控制，提高目前供电控制装置的

15、可靠性和安全性，该课题根据目前中小型变电所电力系统中的电力系统中主控室中的信号、控制及保护装置所存在的问题来拟定的。要求了解备用电源自动投入装置和自动重合闸装置的基本原则和操作要求，掌握备用电源自动投入装置和自动重合闸装置的工作原理，对备用电源自动投入装置和自动重合闸装置进行设计包括选择适合的可编程控制器（PLC）型号，给出硬件设计和软件程序，以满足功能要求。根据控制要求，制定可编程控制器的输入输出控制接线，可编程控制器控制梯形图以及变电所相关的主接线图。2. PLC简介2.1 可编程控制器简介自从1969年美国研制出世界上第一台PLC以后，日本、德国、法国等国相继研制了各自的PLC，受到工业

16、界的重视。20世纪70年代中期，可编程控制器进入了实用化阶段。在PLC中全面引入微计算机技术，使PLC产生了飞跃，功能日趋完善。在逻辑运算功能的基础上，增加了数值运算、PID调节等功能，提高了运算速度。PLC的小型化、价格低、高可靠性，确定了它在现代工业中的位置。20世纪70年代末和80年代初，可编程控制器进入了成熟阶段，向大规模、高速度、高性能方向发展，形成了多种系列化产品，编程语言也发展成熟。我国在20世纪70年代末和80年代初开始引进PLC，到80年代中期，PLC已广泛应用于冶金、化工、机械等工业部门。我国早期独立研制并有地定影响的单位有北京机械工业自动化研究所、上海工业自动化仪表研究所

17、、大连组合机床研究所、成都要，机械机床电器研究所、中科院北京计算所及自动化所、长春一汽、上海起重电器厂、上海香机电公司 上海自力电子设备厂等单位，但是以上诸单位都没有形成规模化生产。随着改革环节放，涌现出的生产PLC的厂家有；辽宁无线电二厂引进德国西门子技术生产S5-101U、S5-115系列PLC;中美合资的厦门A-B公司生产的PLC-2、PLC-5等系列PLC。据有关资料统计，1996年，国内销售9万台（套）PLC，其中进口8万台（套），各大厂家所占的份额如下：a. 西门子：20.83%；b. 莫迪康（施耐德）、A-B（罗克韦尔）、欧姆龙：各14.58%；c. 三菱：8.33%；.d. 通

18、用电气：6.25%；e. 富士电机：4.17%；f. 其他品牌：4.16%。2.2 可编程控制器与其他工业控制系统的比较基于微处理器的工业控制系统目前广泛应用的工业控制系统主要有：a. 常规集散控制系统（distributed control system,DCS）；b. 可编程控制器PLC构成的控制系统；c. 工控计算机(industrial personal computer,IPC) 。A. 集散控制系统DCS是由回路仪表控制系统发展而来，在模量处理、回路调节方在具有一定优势。自1975年HENEWELL公司推出第一台DCS后，目前有近百家厂商生产DCS，约有一万套DCS在运行。DCS已

19、成为大 型电厂自动控制的重要手段，但是DCS作为生产过程的控制手段也在发生变化。a. DCS将变处更有较，不受功能或范围的限制，与自动化信息系统紧密结合 ，成为整个信息系统的一部分。b. 为使多种计算机系统互联和通信，实现机间通信协议标准化、数据信息和资源共享，DCS彩开放式工业计算机系统，构成网络系统，实现分级控制功能。B. 可编程控制器控制系统PLC是由继电器逻辑控制系统发展而来，它在数字处理、须序控制方面具有优势，PLC是为间歇生产和机械加工而一种专用计算机。PLC可采用BSDLC语言、C语言、符合逻辑流程和梯形图编程，具有复杂的数学运算、数据处理、统计报表、PLD控制及处理模量等功能，

20、其是其性能价格比很好因此PLC已成为工业控制的主要组成部分。a. PLC吸收DCS的优点，在算法上增加了模量运算、PLC运算、累积加法运算和电机算法运算，同时还增加了各种模量模块及相应的补尝、滤波、校正、报警等功能。b. PLC的结构向网络化方向发展，PLC的站间形成了网络，加增强了通信，可由主站协调各子站进行操作管理和CRT集中监视。2.3 继电器控制PLC的梯形图与继电器控制线路图十分相似，主要原因是PLC梯形图的标注大致上沿用了继电器控制的电器元件符号，仅个别处有些不同。同时，信号的输入/输出形式及控制功能也是相同的，但PLC的控制与继电器的控制又有不同之处，主要表现在以下几个方面。A.

21、 控制逻辑：继电器控制逻辑采用硬接线逻辑，利用继电器机械触点的串联与并联及延时继电器的滞后动作等组合成控制逻辑，其接线多而复杂，体积大，功耗大，一旦系统构成后，想再改变或增加功能都很困难。另外，继电器触点数目有限灵活性和扩展性很差 B. 工作方式：当电源接通时，继电器控制线路中各继电器都处于受约状态，既该吸合的都应吸合，不该吸合的都应受某种条件限制不能吸合。而在PLC的控制逻辑中，各继电器都处于周期性循环扫描接通之中，从宏观上看，每个继电器受制约接通的时间是短暂的。C. 控制速度：继电器控制逻辑依靠触点的机械动作实现控制，工作频率低。角点的开闭动作一般在几十毫米数量级，另外，机械触点还会出现抖

22、动问题。而PLC是由程序指令控制半导体电阻来实现控制，速度极快，一般一条用户指令的执行时间在微秒数量级。PLC内部还有严格的同步，不会出现抖动问题。D. 可靠性和可维护性：继电器控制逻辑使用了大量的机械触点，连线也多，触点开闭合时会受到电弧的损坏，并有机械磨损，寿命短，因此可靠性和可维护性差。而PLC采用微电子技术，大量的开关动作由无触点的半导体电路来完成，它体积小、寿命长、可靠性高。PLC还配有自检和监督功能，能、检查出自身的故障，并随时显示给操作人员，还能动态的监视控制程序情况，为现场调试和维护提供了方便。3. 自动重合闸简介3.1认识自动重合闸装置自动重合闸装置（ZCH）又称自动重合器，

23、是用于配电网自动化的一种智能化开关设备，它能够检测到故障电流、在给定时间内断开故障电流并能进行给定次数重合的一种“自具”能力的控制开关。所谓“自具”是只重合闸装置本身具有故障电流检测和操作顺序控制与执行的能力，无需附加继电保护装置和另外的操作电源，也不需要和外界通信。当线路发生短路故障时，它按顺序及时间间隔进行开断及重合的操作。当遇到永久性的故障，在完成预定复位才能解除闭锁。若重合失败，则闭锁在分闸状态，把事故区段隔开；当故障接触后，需要手动复位才能解除闭锁。如果是瞬时性故障，则在循环分、合闸的操作中，无论哪次重合成功，则终止后续的分、合闸，并经过一定延时后恢复初始的整定状态，为下次故障的来临

24、做好准备。重合闸装置课按预先整定的动作顺序进行多次分、合闸的循环操作。3.2 重合闸装置的分类按照不同的的分类标准，重合闸装置有如下一些分类：A. 按相分类单相和三相两者动作原理类似，使用时根据配电网结构不同而进行选择，对于三相中性点不接地系统，一般不宜采用单相重合闸装置，否则造成非三相运行；单相重合器主要用于中性点直接接地系统，允许电气设备作为单相运行。B. 按结构分类整体式和分布式所谓整体式是指重合闸装置中得断路器本体与其控制部分是密不可分的。整体式重合闸装置采用高压（10KV）操动机头，可用于户外10KV电杆上，无需另外的操作电源，直接由所控制的10KV线路供给；但因为采用高压合闸线圈，

25、对绝缘水平要求高，有时会因绝缘水平难以保证导致线圈发热，匝间绝缘损坏，造成重合闸装置爆炸的事故。所谓分布式是指重合闸装置采用积木式结构，例如本体、操动机构、控制电路是分开的3个部分。分布式重合闸装置采用低电压（220V）操动机构，这样避免了高压电源进行调试的复杂性和危险性，安装、检修都较为方便。C. 按灭弧介质分油、真空、SF6油重合闸装置出现的最早，运行历史最长，一般采用液压控制。油重合闸装置有两个固有缺点：因油属非自恢复绝缘介质，故其维修较频繁，至少3年需要换油、检修一次；有火灾危险。现在来看其技术相对落后，国内已基本淘汰。真空灭弧室于20世纪60年代用于重合闸装置设计。真空灭弧室的有点是

26、开断寿命长，无需检修，无火灾危险。到了90年代后期，随着真空泡制造技术的飞速发展，真空重合闸装置已逐步成为国内外重合闸装置市场上的主流产品。SF6重合闸装置将干燥的SF6充入密闭的开关本体中，作为开关设备的绝缘和灭弧介质。SF6气体具有极好的绝缘和灭弧性能，但其分解物具有一定的毒性，其本身也是温室效应的主要因素之一，如果泄漏将会对人和环境造成一定的损害，因此做好开关箱体的密封和SF6气体的回收、处理工作。D. 按控制方式分类液压控制、电子控制液压控制有单液压系统和双液压系统两种。液压控制的主要有点是简单、可靠、经济、耐用，不受电磁的干扰，这些优点对于农村电网和距离配电站较远的设备很有用。液压控

27、制的缺点，是保护特性无法做到足够稳定、精确和快速，选择范围窄，受温度影响较大，特性调整不方便等。电子控制有分立电路和集成电路两种。分立式电子电路与集成式电路相比，其优点是价格便宜，元件耐用，维修简单；其缺点是体积大，功能少，插件多，选择范围窄，调整不便，可靠性差。以集成电路为基础的微机控制于20世纪80年代应用于重合闸装置，其典型产品为英国的ESR型和PMR型重合器。重合闸装置控制所用微机为单片机，其主要优点是体积小，功能强，重合器的分闸电流、分闸次数、操作顺序、分闸时延、合闸间隔、复位时间等特性的整定，都可以简单地在控制箱上通过控制面板整定，使用极为方便，这对改善保护配合，提高供电可靠性，提

28、高运行自动化程度意义很大。E. 按重合闸的控制器安装方式分类a. 室外就地安装：安装在断路器下面的水泥杠上；b. 集控态势安装：室内集中控制，安装在集控台内；c. 集控屏式安装：安装在集控屏内；d. 10KV配电线路：安装在电杆上，并配有装用电源给重合闸装置供交流220V电源。3.3 传统的自动重合闸装置A. 电气一次自动重合闸装置的工作原理a. 自动重合闸基本原理的电器简图如图3-1所示。图3-1 自动重合闸原理电路YR-跳闸线圈；YO-合闸线圈；KO-合闸接触器；KAR-重合闸继电器；KM保护装置出口触点；SB1合闸按钮；SB2跳闸按钮手动合闸时，按下合闸按钮SB1，使合闸接触器KO通电动

29、作，从而使合闸线圈YO动作，使断路器QF合闸。手动跳闸时，按下跳闸按钮SB2，使跳闸线圈YR通电动作，使断路器QF跳闸。当一次电路发生短路故障时，保护装置动作，其出口触点KM闭合，接通跳闸线圈YR回路，使断路器QF自动跳闸。与此同时，断路器辅助触点QF3-4闭合，而且重合闸继电器KAR起动，经整定的时间后其延时闭合的动作触点闭合，使合闸接触器KO通电动作，从而使断路器QF重合闸。如果一次电路上的短路故障是瞬时性的，及经消除，则可重合成功。如果短路故障尚未消除，则保护装置又要动作，KM的触点闭合又使断路器QF再次跳闸，由于一次自动重合闸采取了防跳措施，因此不会再次重合闸。b. 电气式一次自动重合

30、闸装置的工作原理分析线路正常运行时，控制开关SA1和选择开关SA2都扳倒合闸（ON）位置，自动合闸装置投入工作。这时重合闸继电器KAR中的电容C经R4充电，同时指示灯HL亮，表示控制小母线WC的电压正常，电容C处于充电状态。当一次电路发生短路故障而使断路器QF自动跳闸时，断路器辅助触点QF 1-2闭合，而控制开关SA1仍处在合闸位置，从而接通KAR的起动回路，使KAR中的时间继电器KT经其本身的动断触点KT 1-2而动作。KT动作后，其动断触点KT 1-2断开，串入电阻R5，使KT保持动作状态。时间继电器KT动作后，经一定延时，其延时闭合的动合触点KT3-4闭合，这时电容C对KAR中的中间继电

31、器KM的电压线圈放电，使KM动作。中间继电器KM动作后，其动断触点KM 1-2断开，使指示灯HL熄灭，这表示KAR已经动作，其出口回路已经接通。合闸接触器KO由控制小母线WC经SA2、KAR中的KM 3-4、KM 5-6两对触点及KM的电流线圈、KS线圈、连接片XB/触点KM1的3-4和断路器辅助触点QF3-4而获得电源，从而使断路器QF重新合闸。由于中间继电器KM是电容C放电而动作的，但电容C的放电时间不长，因此为了使KM能够自保持，在KAR的出口回路窜入了KM的电流线圈，借KM本身的动合触点KM3-4和KM5-6闭合使之接通，以保持KM动作状态。在断路器QF合闸后，其辅助触点QF3-4断开

32、而使KM得自保持解除。在KAR的出口回路中串联信号继电器KS是为了记录KAR的动作，并未对KAR动作发出灯光信号和音响信号。断路器重合成功以后，所有继电器自动返回，电容C又恢复充电。要使自动重合闸装置退出工作，可将SA2扳倒断开（OFF）位置，同时将出口回路中的连接片XB断开。B. 电气一次自动重合闸装置电路中，采用了两项“防跳”措施：a. 在KAR的中间继电器KM的电流圈回路（及其自保持回路）中，串接了它自身的两对动合触点KM3-4和KM5-6，这样，万一其中一对动合触点被粘住，另一对动合触点仍能正常工作，不致发生断路器“跳动”现象。b. 为了防止万一KM的两对触点KM3-4和KM5-6同时

33、呗粘住时断路器仍可能“跳动”，故在断路器的跳闸线圈YR回路中，又串接了防跳继电器KM1的电流线圈。 3.4 提出用新的方法来改进传统自动重合闸装置的不足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。采用新方法：a.用PLC来控制自动重合闸；b.用单片机来控制自动重合闸；考虑到个人因素以及P

34、LC简单实用，可靠性高的特点，选用了用PLC来控制自动重合闸。3.5 对自动重合闸的一些基本要求a. 当手动操作或遥控操作将断路器断开时，重合闸不应动作；b. 当手动或遥控操作断路器合上“永久性”故障线路时，继电保护动作断路器立即断开，此时重合闸不应动作；c. 除上述原因外，由于继电保护动作或其它原因使断路器跳闸时，自动重合闸应动作使断路器重合闸；d. 自动重合闸次数应符合预先规定。一般重合闸只动作1次，即当断路器重新合上后，由于线路“永久性”故障，继电保护再次动作断开断路器，此时重合闸不应再动作；e. 应能和保护装置配合，实现前加速或后加速保护，缩短故障存在的时间；f. 对于线路“瞬时性”故

35、障，重合闸动作成功恢复供电后，应能自动延时复归，准备好下一次动作；g. 对于线路“永久性”故障，继电保护加速跳闸后，重合闸功能被故障信号闭锁，直至人工(包括遥控)复归。4. 备用电源自动投入装置简介4.1 备用电源自动投入装置的背景及意义备用电源自动投入装置就是当工作电源因故障断开以后，能自动而迅速地将备用电源投人到工作或将用户切换到备用电源上去，从而使用户不至于被停电的一种自动装置，简称备自投。在现代的生产、生活中，110kv,220kv系统相继建成，电网的短路容量越来越大，对电能质量的要求越来越高，许多用电设备必须在一定的电压、电流范围内工作，否则会损坏设备本身，甚至会引起局部用电网络的崩

36、溃。许多企业的重要设备在运行中，要求不能够断电，一旦断电可能造成巨大的经济损失，这就需要在线路出现故障时，不但能够有备用的电源，并且可以及时的投入使用，可以大大提高供电的质量、连续性和可靠性，从而使设备不会遭到损坏，同时又可以保证生产过程的顺利进行，进而保证各种运行设备以及各个方面的安全，所以，就必须装设备用电源自动投入装置。在发电厂中，备用电源自动投入装置用于投入厂用电备用变压器、备用线路及重要机械的电动机的自动投入。在变电站中, 变电站的分段母线上可以由彼此无联系的线路或变压器供电。利用备用电源自动投入装置，在主电源跳闸后，可以转由备用电源供电，使用户重新得到供电。备用电源自动投入装置可以

37、有效地提高供电的可靠性，而且本身的实现原理简单，费用较低，所以在发电厂和变电站及配电网络中得到了广泛的应用。这是一种提高对用户不间断供电的经济而又有效的重要技术措施之一。备用电源自动投入的成功，能够及时地使工作中的设备得于持续运行，消除了运行人员手动操作时可能发生的不准确或错误的动作，减轻了运行人员的劳动强度，提高可劳动生产率，保证了用户用电的安全性、可靠性和连续性。4.2 备用电源自动投入装置的现状与发展备用电源自投装置作为电力系统中常用的一种安全自动装置，其发展与继电保护装置一样经过了电磁整流型晶体管型集成电路型微机型等四个主要阶段。究其本质, 各阶段的主要技术区别在于对采集量（电流量、电

38、压量、开关量）的运算方式和逻辑功能的实现方式上的不同。传统的继电器-接触器控制系统由于其结构简单，容易掌握，价格便宜，在一定范围内能满足控制要求,因而使用面甚广，在发供电系统中得到了广泛的应用。传统的备用电源自动投入装置(APR)就是通过继电器控制来实现母联断路器的自动投入。但继电器- 接触器控制系统又有着明显的缺点：设备体积大、寿命短、可靠性差、动作速度慢、功能少、程序不可变等，完成一种基本的保护或控制任务往往都必须由多个继电器共同承担，比如一条10 kV馈线的过流保护和自动重合闸控制就要用到数以十计的各种继电器，又由于继电器的触点要经常分合动作，容易损坏，降低了供电的可靠性，并增加了设备维

39、护的工作量；同时,各继电器之间大量的连接导线不仅使调试检修困难极大，还致使变电站的各部分几乎不可能被连接成一个完整的自动化系统。因此,传统的机械触点继电器显然已不能满足变电站自动化对继电保护装置的要求。目前以微机型备用电源自投装置为应用主流，它将电流量、电压量等模拟量通过压频变换器元件或元件转换为数字量送到装置的数据总线上，通过预设程序对数字量和开关量进行综合逻辑分析，并根据分析结果作用于相关断路器，从而实现自动切换功能。新型微机备用电源自动投入装置，采用先进的单片机技术实现软硬件模块化设计，操作直观，运行可靠，有自适应特点，能根据变电站接线形式不同，自动采用最优自投方案，且特别适用于综合自动

40、化配套应用，有强大的通讯功能：对时、传递事故报文，远方在线修改定值，投退备自投，远方复归动作信号等。可编程控制器( PLC)是一种性能较好的控制器。其主要特点是用内部已定义的各种辅助继电器(每个PLC可有多达上千个内部继电器)代替传统的机械触点继电器，又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。正因为这一特点，如果将PLC引入继电器保护装置中，一方面可以克服使用传统继电器所带来的种种弊端；另一方面,又可兼容基于传统继电器的设计思想和技术方案，尤其是对于逻辑关系较为复杂的触点信号处理及操作出口控制，采用PLC编程能使方案设计工作变得更加简单方便。4.3 备用电源自动投入装置的要求根据电

41、网运行经验, 备自投只有满足下列基本要求才能更好地发挥作用。a. 备自投装置必须在具有备用电源的工作母线因任何原因失去电压时动作；b. 备自投装置应该保证停电的时间最短，使电动机的自起动容易一些；c. 备自投装置只应动作一次, 以免在母线或引出线上发生持续性故障时, 备用电源被多次投人到故障元件上去，造成更严重的事故；d. 备自投动作投于永久性故障的设备上，应加速跳闸；e. 当电压互感器的熔断器熔断时，备自投不应动作；f. 当备用电源无电压时，备自投不应动作，因为动作是没有效果的；g. 备自投装置应在工作电源确已断开后，再将备用电源投人。其目的在于工作电源发生故障的情况下，不致在备用电源投人后

42、，由备用电源经过母线来供给故障点电流以及其他一些电网所禁止的特殊运行方式。4.4 断路器的控制图4-2 断路器控制电路图4.5 备用电源自动投入原理电路备用电源自动投入原理电路如图4-3所示：图4-3 备用电源自动投入原理电路KO-合闸接触器 YO-合闸线圈KT-时间继电器 QF1-工作电源线路断路器QF2-备用电源线路断路器正常工作时，断路器QF1闭合，QF2断开。当工作电源WL1十点或因WL1线路发生故障而使断路器QF1自动跳闸时，QF1的辅助触点QF1-2断开而QF3-4闭合。QF1-2断开时，使时间继电器KT的延时断开触点延时断开。在KT出点尚未断开时，由于QF3-4的闭合，而使合闸接

43、触器KO通电动作，接通备用电源线路WL2断路器QF2的合闸线圈YO，使QF2合闸，投入备用电源WL2，恢复供电。5. 硬件设计5.1 自动重合闸硬件设计5.1.1 PLC型号选择及I/O端子分配由自动重合闸装置的功能可知，系统的控制输入信号有：过流保护、自动重合闸装置投入选择、前加速选择、重合闸闭锁复位按钮、手动合闸按钮、手动分闸按钮。输出信号有：合闸线圈、跳闸线圈、报警灯、跳闸状态显示灯、合闸状态显示灯。共6个输入，4个输出，且都是开关量。由于输入点较少，因此PLC的选型范围较宽，这里我们选取我们学习过的三菱FX型号FX2N- 48MR小型PLC，其I/O分配表格5-1以及外部接线图5-1如

44、下：表5-1 I/O端子定义输入元件端口地址功能DLX0断路器状态KJX1过流保护K1X2自动重合闸投入K2X3前加速选择SB1X4重合闸闭锁复位SB2X5手动分闸SB3X6手动合闸输出元件端口地址功能TQ1Y0合闸线圈TQ2Y1跳闸线圈HL1Y2报警灯图5-1 PLC外部接线图5.2 备用电源硬件设计5.2.1电路接线工厂变电所主接线如图5-2所示。为限制短路电流,电源1和电源2分列运行，变压器T1和T2型号和容量相同,互为备用，且各装有电流速断和过电流保护装置。变压器低压侧采用单母线分段接线，正常运行时QF1和QF2闭合，QF3断开，I段和II段母线分段运行。若某回路因故障停电，则由备用电

45、源自动投入装置先切除故障回路上的进线断路器，再合上QF3,由非故障电源向I段和II段母线供电，承担全厂负荷。图5-2工厂变电所主接线图5.2.2 PLC选型从上面分析可以知道，系统共有开关量输入点10个、开关量输出点6个。选用主机三菱FX型号FX2N- 48MR小型PLC。控制系统的输入/输出信号的名称、代号及地址编号如表5-2所示。表5-2 输入/输出点代号及地址编号输入地址名称代号X7进线1变压器电压检测KV11，KV12X10进线2变压器电压检测KV21，KV22X11QF1故障跳闸KP1X12QF2故障跳闸KP2X13QF3故障跳闸KP3X14QF1手动分，合闸QF1X15QF2手动分

46、，合闸QF2X16QF3手动分，合闸QF3X17变压器1超温跳闸QA1X20变压器2超温跳闸QA2输出地址名称代号Y3合QF1KT1Y4合QF2KT2Y5合QF3KT3Y6跳QF1KC1Y7跳QF2KC2Y10跳QF3KC3图5-3为PLC的外接线图，采用F-40MRE型构成的PLC备用电源自动投入装置，共用10个输入点、6个输出点，分配如图5-3所示。输入点为X7X20，输出点为Y3Y10。KV11和KV12接TV1不同相电压继电器，KV11和KV12触点的串联使用是防止因TV1的熔断器熔断而误动作。KV21和KV22接TV2不同相电压继电器，其作用与KV11和KV12类似。用了6个输出点:

47、KT1、KT2和KT3分别为QF1、QF2和QF3的合闸继电器。KC1、KC2和KC3分别为QF1、QF2和QF3的分闸继电器。 图5-3 PLC接线图6. 软件设计6.1 自动重合闸软件设计6.1.1 控制过程流程图分析自动重合闸控制过程如图6-1所示：图6-1 自动重合闸控制流程图从流程图上，我们便可清晰的知道所设计的自动重合闸装置的功能以及控制顺序和方式。6.1.2 PLC控制的自动重合闸梯形图设计当所采用的PLC产品系列不同，则梯形图设计有差别，这里以我们学过的三菱产品系列为例，做出自动重合闸装置的梯形图如图6-2所示。图6-2 自动重合闸控制梯形图6.1.3 工作原理分析系统处于允许自动重合闸方式时K1(X2)闭合，反之处于手动状态时K1(X2)断开；系统处于前加速保