自动重合闸装置设计

自动重合闸装置设计目录1引言 11.1自动重合闸的应用现状 11.2设计自动重合闸装置的意义 12自动重合闸装置总体介绍 32.1自动重合闸装置主要功能 32.2自动重合闸的分类 32.3高压线路自动重合闸启动方式 32.4自动重合闸装置的基本要求 42.5自动重合闸与继电保护之间的配合 42.5.1重合闸前加速保护 42.5.2重合闸后加速保护 52.6自动重合闸装置的动作原理 62.7自动重合闸装置的动作原理 72.8重合闸可能会造成的不良后果 82.9自动重合闸装置的控制方式 83自动重合闸控制系统设计方案 103.1自动重合闸的配置原则 103.2设计主要实现功能 103.3装置部分简单介绍 103.4自控部分介绍 103.5控制过程介绍 104自动重合闸控制系统的硬件设计 124.1PLC在本设计中的具体介绍及其特点 124.2PLC型号的选择 144.3接触器的选择 154.4PLC系统的硬件连接 165自动重合闸控制系统的软件设计 195.1可编程序控制器I/O分配 195.2PLC的控制程序设计 205.3工作原理分析 216系统调试 227结论 23参考文献 25致谢 26附录 27附录A自动重合闸梯形图 27PAGE71引言1.1自动重合闸的应用现状近年来,工业企业对供电可靠性及电能质量的要求是越来越高的了。其电网容量和电压等级也不断扩大，电网结构也变得越来越复杂。220KV输电线路，由于其具有电能输送效率高、输送距离较适中等优点，被广泛应用到区域配电网建设中，成为区域经济生产发展的重要能源支柱[1]。随着国民经济的发展和人民物质文化生活水平的不断提高，对电力需求愈来愈大，促使电力事业迅速发展，电网不断扩大，用户对供电质量和供电可靠性要求越来越高。电力的广泛应用给日常生活带来了极大的便利，而且现代人普遍对电力有着严重的依赖，哪怕发生电源的短时间中断也不能忍受，更不用说电力系统瘫痪这样的严重事件了。这些种种原因使人们不得不去思考用电安全、用电规范和用电便捷等一系列与日常生活生产等息息相关的问题，于是，我国出台了《电力法规》。《电力法规》要求电力供应部门提供安全、经济、可靠和高质量的电能。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，能够有效地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，这给自动重合闸装置提供了广阔的应用空间。自动重合闸被大量的使用在架空线输电和架空线供电线路上，目的是有效及时地阻止事故发生，自动重合闸装置的运用是当前最有效的措施之一。如果线路运行时发生故障，在继电保护的作用下，断路器跳闸，自动重合闸装置会经过短时间间隔后使断路器重新合上[2]。1.2设计自动重合闸装置的意义众所周知，高压输电线路是十分容易发生短路故障的。然而，绝大多数情况下的线路故障都是暂时性的，断路器跳闸后线路的绝缘性能得到恢复，再次重合能成功，这就提高了电力系统供电的可靠性。其中的少数情况属永久性故障，自动重合闸装置动作后靠继电保护动作再跳开，查明事故原因后给予排除，然后继续送电。当然，重新合上继电器的工作可以由供电系统的值班人员手动操作进行，但是因为停电时间过长，输送给电力用户的电动机很可能停转，从而导致效果的不显著，因此，使用自动重合闸装置后，当断路器跳闸后，系统可以自动合闸，大大的节省了人力物力。除此之外，自动重合闸装置不能判别故障是暂时性的故障还是永久性的故障，因此重合闸后有可能恢复供电，也有可能不能恢复供电。即便如此，根据统计资料，重合闸的成功数与总动作次数之比在70%~90%之间，可见重合闸成功率是相当高的，非常值得人们大量的运用到输电线路中去[3]。2自动重合闸装置总体介绍2.1自动重合闸装置主要功能自动重合闸装置又称自动重合器，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。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，为下次故障的来临做好防备工作。自动重合闸装置可按预先设定的动作顺序进行多次分、合闸的循环操作[4]。2.2自动重合闸的分类按不同的特征来分类，一般的来说常用的自动重合闸分为以下几种：（1）按重合闸的动作性能来分类，可分为机械式和电气式。（2）按重合闸作用于断路器的方式，可分为三相重合闸、单相重合闸和综合重合闸三种。（3）按动作次数，可分为一次式和多次试。（4）按重合闸的使用条件，可分为单侧电源重合闸和双侧电源重合闸。双侧电源重合闸又可分为检定无压和检定同期重合闸、非同期重合闸[5]。2.3高压线路自动重合闸启动方式高压线路自动重合闸的两种启动方式为不对应启动方式以及保护启动方式。不对应启动方式的优点为简单而可靠，还能纠正断路器误碰或偷跳，可提高供电的可靠性和系统的稳定性，在各级电网中具有较为良好的运行效果。这是自动重合闸的基本启动方式。不对应启动方式对于传统的自动重合闸，是利用控制开关位置与断路器位置不相符合的原则启动自动重合闸。对于综合自动重合闸型的变电厂、变电站，已经不需要传统的控制屏，断路器合闸也不一定要通过控制开关，所以利用控制开关位置与断路器位置不相符合的原则启动自动重合闸已经不再适用于新型设施，而是利用跳闸位置继电器触点启动重合闸。保护启动方式是不对应启动方式的补充。由保护装置动作来启动的。其特点为：仅在保护装置动作情况下才启动自动重合闸装置。因此，这种方式不能自动恢复“误碰”使断路器跳闸后的供电[6]。2.4自动重合闸装置的基本要求自动重合闸装置的基本要求如下：（1）由值班人员手动跳闸或通过遥控装置跳闸时，重合闸不应动作。（2）手动合闸时，由于线路上有故障，而随即被保护跳闸时，重合闸不应动作。（3）当断路器由继电保护动作或其他原因跳闸后，重合闸均应动作。（4）自动重合闸装置的动作次数应符合预先的规定，如一次重合闸就只应实现重合一次，不允许第二次重合。（5）自动重合闸在动作后以后，一般应能自动复归，准备好下一次故障跳闸的再重合。（6）在双侧电源的线路上实现自动重合闸时，应考虑合闸时两侧电源间的同期问题，即能实现无压检定和同期检定。（7）当断路器处于不正常状态（如气压或液压过低等）而不允许实现重合闸时，应自动地将自动重合闸闭锁。（8）应能和继电保护配合实现前加速或后加速故障的切除。（9）自动重合闸宜采用控制开关位置与断路器位置不对应的原则来启动重合闸[7]。2.5自动重合闸与继电保护之间的配合自动重合闸与继电保护配合时，一般采用重合闸前加速保护和重合闸后加速保护两种方式。2.5.1重合闸前加速保护重合闸前加速保护一般简称为“前加速”。多用于单侧电源供电，它是指当线路发生短路时，第一次由无选择性电流速断保护瞬时切除故障，然后再重合闸，如果是暂时性故障，则重合闸恢复供电。如果是永久性故障，第二次保护动作按有选择性方式切除故障。前加速保护的优点是：（1）快速地切除瞬时性故障。（2）尽可能的防止出现瞬时性故障发展成永久性故障的情况，从而提高重合闸的成功率。（3）可以保证电力系统的母线电压的额定电压值，从而保证用户的电能质量。前加速保护的缺点是：断路器的工作条件较为恶劣，动作次数比较多。对于永久性故障，故障切除的时间可能会比较长。如果出现重合闸装置或断路器无法合闸的情况，则会使停电范围扩大，甚至在最末一级线路上故障时，可能会使连接在此条线路上的全部用户停电。2.5.2重合闸后加速保护重合闸后加速保护一般简称为“后加速”。意思是当线路出现第一次故障，继电保护有选择性的动作，然后进行重合。对于永久性故障的重合，则在断路器合闸以后，再进行加速保护动作，瞬时切除故障，值得注意的是，这与第一次动作是否带有时限是无关的。这样的配合方式被广泛应用于35KV及以上的网络和对重要负荷供电的送电线路上。毕竟在这些线路上通常都会安装有性能较为完善的保护装置，例如，距离保护和三段式电流保护等，故第一次选择性切出故障的时间都是系统运行所允许的，从而更好的切除永久性故障。后加速保护的优点是：（1）第一次有选择性的切除故障，不会扩大停电的范围，尤其在一些重要的高压电网中，一般不允许保护无选择性的动作以后又以重合闸来纠正。（2）保护了永久性故障能够瞬时切除，并依然具有选择性。（3）相比于前加速保护，其使用时不会受到网络结构和负荷条件的限制。后加速保护的缺点是：（1）每一个断路器都需配备一套重合闸装置，故比前加速要复杂。（2）第一次切除故障的时候可能带有延时[8]。2.6自动重合闸装置的动作原理在我国电力系统中，由电阻电容放电原理组成的重合闸继电器所构成的三相一次重合闸装置应用十分普遍。图2.1为常见的重合闸继电器的原理接线图。线路正常运行时，控制开关SA和断路器处在对应的合闸状态,SA21、22接通，KAR失磁，KAR接点(常开接点)断开，控制电源正极加到重合闸继电器的17端子上，电容器C经电阻4R充满电，其充电时间为15~25s，ARD处在准备动作状态，监视重合闸继电器运行状态的信号灯YE亮。当线路发生瞬时性故障或由于某种原因使断路器跳闸时，控制开关SA和断路器QF位置不对应，因断路器跳闸，KAR动作，KAR常开接点闭合启动重合闸继电器中的时间继电器KT，常闭接点KT瞬时断开，接进电阻5R，保证KT线圈的热稳定，其延时接点KT1延时闭合，接通了电容器C的中间继电器KT电压线圈的放电回路，KM动作，KM电流线圈经KM常开接点、KM线圈、断路器辅助接点QF1及合闸接触器KO通电，断路器合闸。重合成功后，KAR失磁，KT复归，电容器C再经15～25s时间又重新充满电，为下次动作做好准备。当线路上发生永久性故障时，断路器切除故障后由重合闸装置将断路器投入，其动作过程同前。以后保护装置再次动作，由于切除故障的时间远远小于15～25s，所以电容器C上充电电压很低，远未达到KM的动作电压值，当延时接点KT1接点闭合时，KM不能动作，此后电容器C上电压只能保持在很小的数值上(由4R和KM电压线圈电阻分压而定)，故不能使KM再次动作，从而保证重合在永久性故障上时，断路器只能重合一次，不会出现多次重合的现象。手动跳闸时，在预备跳闸位置，SA2、4接通，电容器C上电压通过电阻6R放电，在跳闸时间内，由于6R、C回路时间常数很小，已将电容器C上电荷放尽，跳闸后SA2、4仍然接通，电容器C仅仅保持很低的电压，因此当延时接点KT1接点闭合时，KM不可能动作，从而保证了手切断路器时，ARD不动作。值班人员利用控制开关进行手动合闸到故障线路时，由于通过SA21、22及电阻4R给电容器C充电的时间常数很大，电容器充满电需15～25s，在此期间保护装置动作早已将断路器跳闸。此后延时接点KT1接点闭合接通电容器C对KM的放电回路，由于C上电压很低，不足以启动KM，故KM不能动作，从而保证了手合断路器于故障线路上时，重合闸不动作。当闭锁重合闸的装置动作时，如低频减载装置动作，此时由闭锁重合闸的DZJ接点接通电容器C对6R的放电回路，将电容器C上的电荷放掉，保证了重合闸不动作。当重合闸继电器中的KM接点卡住不能返回时，如重合到永久性故障的线路上时，继电保护装置动作，第二次将断路器跳闸，断路器将第二次合上，如此反复即发生通常所说的开关跳跃，这样断路器会因发生多次重合而损坏，此时，跳跃闭锁继电器KLB能防止断路器的多次重合，当断路器第二次跳闸时，KLB的电流线圈通电，KLB动作，KLB的常开接点闭合，使KLB自保持，KLB的常闭接点断开，从而断开了合闸线圈KO回路，断路器就不能多次重合。当手动合闸于故障线路上时，KLB同样能防止因合闸脉冲信号过长而引起断路器多次重合现象。2.7重合闸方式的选择原则自动重合闸方式必须根据具体的系统结构及运行条件，经分析后选定。如果选用简单的三相重合闸方式能满足具体系统实际需要的线路，都应当选用三相重合闸方式。尤其对于那些处于集中供电地区的密集环网中，线路跳闸后不进行重合闸也能稳定运行的线路，更宜采用整定时间适当的三相重合闸。对于这样的换网线路，能否快速切除故障是首要考虑的问题。一旦发生单相接地故障时，若使用三相重合闸不能保证系统稳定，会导致局部地区系统出现停电或对重要负荷停电的线路造成影响，这个时候应选用单相或综合重合闸方式。单相重合闸方式和综合重合闸方式适用于220KV及以上的电网系统中，其对系统恢复供电有较好的效果。此外，检定无压或检定同期重合闸方式适用于两端均有电源的线路和不允许非同期合闸的线路。双回线路上可直接检定另一回线路上有无电流通过来判定是否同期。非同期重合闸方式并列运行的发电厂或电力系统之间应有三条或三条以上紧密联系的线路并且非同期重合闸时产生的冲击电流未超过规定的允许值。重合后电力系统可以很快恢复同期运行时。这样非同期重合闸所产生的振荡过程中，对重要负荷的影响较小[9]。2.8重合闸可能会造成的不良后果很多事物都具有两面性，自动重合闸装置也不例外。在采用自动重合闸装置后，对于永久性故障后的重合闸，可能会造成以下不良后果：（1）使得断路器的负担加重，因为其要在很短的时间内连续跳闸2次。（2）使得电力系统再一次受到短路大电流的冲击，从而引起电力系统的振荡[10]。2.9自动重合闸装置的控制方式自动重合闸装置的控制方式主要有两种：一种是采用单片机来控制自动重合闸，另一种是用PLC来控制自动重合闸。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,噪音又很大。目前随着可编程逻辑控制器价格下降，其应用不断普及，同时，其本身所具有的可靠性高、抗干扰能力强、编程简单、体积小、功耗低、便于维护等特点使得它成为工控领域的首选控制器。所以利用可编程逻辑控制器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,还有和计算机联网进行远程集中控制等优点[11]。3自动重合闸控制系统设计方案3.1自动重合闸的配置原则技术规程规定自动重合闸的配置原则如下：（1）1KV及以上架空线路及电缆与架空混合线路，在具有断路器的条件下，当用电设备允许且无备用电源自动投入时，应装设自动重合闸装置。（2）旁路断路器和兼作旁路母线断路器或分段断路器，应装设自动重合闸装置。（3）低压侧不带电源的降压变压器，可装设自动重合闸装置。（4）必要时，母线故障也可采用自动重合闸装置。3.2设计主要实现功能本次设计的自动重合闸的功能主要包括：PLC的采集电压信号，判断当电流过大时自动断闸，当电流恢复安全电流时自动合闸的功能。3.3装置部分简单介绍本次设计的自动重合闸装置硬件部分如下：（1）合闸接触器：主要负责电源通断作用，由PLC输出点控制打开与关闭。（2）按钮：手动控制分闸合闸。（3）指示灯：显示系统运行时的当前状态。（4）熔断器：防止装置短路时电流过大损坏设备。3.4自控部分介绍本装置应用了PLC实现电动机的运行控制。可实现起、停控制。自动重合闸的工作流程由PLC进行数字量处理，运算，判断电流是否安全信号。对装置进行合闸，分闸操作。3.5控制过程介绍系统采用了较为流行和先进的PLC控制技术来控制整个工作过程，具体过程如下：

（1）采集信号。对电压信号进行采集，判断是否为安全电流。（2）自动控制。当电流大于安全信号以后进行断闸操作，电流达到安全电流及以下时进行合闸操作。

（3）手自动切换。选择系统手动时，可以手动通过按钮控制合闸、分闸。自动状态时，PLC根据采集信号进行合闸、分闸。4自动重合闸控制系统的硬件设计4.1PLC在本设计中的具体介绍及其特点先进PLC的发展代表着国家的综合科技实力和水平，目前许多先进工业国家都已将PLC技术列为21世纪高科技发展计划。PLC的发展呈现两个突出特点：一个是在横向上，PLC的应用领域在不断的扩大，正从传统的制造向人类工作和生活的各种领域扩展，PLC的种类日趋增多；另一方面是在纵向上，随着需求范围的扩大，PLC的结构和形态发展多样化，高端系统呈现明显的仿生和智能特征，其特性不断提高，功能不断扩展和完善，各种PLC向更智能化和人类社会更密切的融合方向发展，PLC就是专为工业生产自动化控制设计的，一般而言，无需任何保护措施就可以直接在工业环境中使用。然而，当生产环境过于恶劣，电磁干扰特别强烈，或安装使用不当，就可能造成程序错误或运算错误，从而产生无输入并引起无输出，这将会造成设备的失控和误动作，从而不能保证PLC的正常运行。要提高PLC控制系统可靠性，一方面生产厂家要提高PLC的抗干扰能力；另一方面，要在设计、安装和使用维护中引起高度重视，多方配合，减少及消除干扰对PLC的影响[12]。PLC从其产生到现在，实现了接线逻辑到存储逻辑的飞跃；其功能从弱到强，实现了逻辑控制到数字控制的进步；其应用领域从小到大，实现了单体设备简单控制到胜任运动控制、过程控制及集散控制等各种任务的跨越。PLC在处理模拟量、数字运算、人机接口和网络的各方面能力强大，是工业控制领域的主流控制设备，在各行各业发挥着越来越大的作用。目前，PLC的应用，解决了存在的诸多问题。PLC内部大量的软继电器可以替代众多的实物元件，可在实现原有控制电路功能的途径上有更好的选择。简而言之，PLC实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同，基本构成为：（1）电源。可编程逻辑控制器的电源在整个系统中起着十分重要的作用。如果没有一个良好的、可靠的电源系统是无法正常工作的，因此，可编程逻辑控制器的制造商对电源的设计和制造也十分重视。与普通电源相比，可编程逻辑控制器的电源稳定性好、抗干扰能力强，对电网提供的电源稳定度要求不高，一般交流电压波动在±15%范围内，可以不采取其它措施而将PLC直接连接到交流电网上去。PLC一般使用AC220V电源或DC24V电源。内部的开关电源为各模块提供不同电压等级的直流电源，小型PLC可以为输入电路和外部的电子传感器提供DC24V电源，驱动PLC负载的直流电源一般由用户去提供。（2）中央处理单元(CPU)。中央处理单元是可编程逻辑控制器的控制中枢。它按照可编程逻辑控制器系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据；检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误。当可编程逻辑控制器投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O映象区或数据寄存器内。等所有的用户程序执行完毕之后，最后将I/O映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停止运行。为了进一步提高可编程逻辑控制器的可靠性，近年来对大型可编程逻辑控制器还采用双CPU构成冗余系统，或采用三CPU的表决式系统。这样，即使某个CPU出现故障，整个系统仍能正常运行。（3）存储器。存储器主要有两种，一种是随机存储器（RAM），另一种是只读存储器（ROM）。在PLC中，存储器主要用于存放系统程序、用户程序及工作数据。其中，系统程序是由PLC制造厂家编写的，和PLC的硬件组成有关，完成系统诊断、命令解释、功能子程序调用管理、逻辑运算、通信及各种参数设定等功能，提供PLC的运行平台，由于系统程序关系到PLC的性能，所以是由制造厂家固化在只读存储器中，用户不能修改。用户程序是视PLC的控制对象而定的，由用户根据对象生产工艺的控制要求而编制的，为了方便读出、检查和修改，用户程序一般存于CMOS静态RAM中，用锂电池作为后备电源以免信息的丢失，当用户程序经过运行正常，不需要改变的时候，可将其固化在只读存储器EPROM中。工作数据是PLC运行过程中经常变化、存取的一些数据，存放在RAM中以适应随机存取的要求，在PLC的工作数据存储器中，设有存放输入输出继电器、辅助继电器、定时器和计数器等逻辑期间的存储区，这些器件的状态都是由用户程序的初始设置和运行情况而确定的。根据需要，部分数据会在断电后用后备电池维持现有状态，这部分在断电时可保存数据的存储区域称为保持数据区。（4）输入/输出单元。输入/输出单元也称I/O单元或I/O模块，是PLC与工业生产现场之间的连接部件。PLC通过输入接口可以检测被控对象的各种数据，以这些数据作为PLC对被控制对象进行控制的依据，同时PLC又通过输出接口将处理结果送给被控制对象，以实现控制目的。I/O接口的主要类型有：数字量输入、数字量输出、模拟量输入和模拟量输出等。常用的开关量输入接口按其使用的电源不同有三种类型：直流输入接口、交流输入接口和交/直流输入接口。常用的开关量输出接口按输出开关器件不同有三种类型：继电器输出、晶体管输出和双向晶闸管输出。PLC的I/O接口所能接受的输入信号个数和输出信号个数称为I/O点数。I/O点数是选择PLC的重要依据之一，当系统的I/O点数不够时，可通过PLC的I/O扩展接口对系统进行扩展。（5）功能模块。如计数、定位等功能模块。（6）通信模块。当可编程逻辑控制器投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，可编程逻辑控制器的CPU以一定的扫描速度重复执行三个阶段，分别为：输入采样阶段、用户程序执行阶段和输出刷新阶段[13]。如图4.1所示为PLC的基本结构图。输输入接口中央处理单元CPU输出接口电源存储单元图4.1PLC基本结构图4.2PLC型号的选择日本三菱公司生产的FX2N系列PLC是当中的先进系列。由于FX2N系列具备如下特点：最大范围的包容了标准特点、程式执行更快、全面补充了通信功能、适合世界各国不同的电源以及满足单个需要的大量特殊功能模块，它可以为工厂自动化应用提供最大的灵活性和控制能力[14]。三菱FX2N系列PLC的实物图如图4.2所示，三菱FX2N系列PLC技术参数如表4.1。图4.2三菱FX2N-32MR表4.1三菱FX2N系列PLC技术参数名称性能规格运算控制方式存储程序反复运算方式、中断命令输入输出控制方式批处理方式程序语言继电器符号+步进梯形图方式程序存储器最大存储容量16K步，有磁盘保护功能内置存储器容量9K步可选存储卡盒RAM8K指令种类顺控先进梯形图顺控指令27条步进梯形图指令2条应用指令128种298个运算处理速度基本指令0.08/指令应用指令1.52-数百/指令输入输出点数扩展并用时输入点数X0-X287184点（8进制）扩展并用时输出点数Y0-Y287184点（8进制）扩展并用时总点数256点辅助继电器一般用500点保持用524点保持用2048点特殊用156点4.3接触器的选择交流接触器利用主接点来开闭电路，辅助触点导通控制回路。主接点一般是常开接点，而辅助接点常有两对常开接点和常闭接点，小型的接触器也经常作为中间继电器配合主电路使用。交流接触器的接点由银钨合金制成，具有良好的导电性和耐高温烧蚀性。交流接触器动作的动力源于交流通过带铁芯线圈产生的磁场，电磁铁芯由两个“山”字形的幼硅钢片叠成，其中一个固定铁芯，套有线圈，工作电压可多种选择。为了使磁力稳定，铁芯的吸合面加上短路环。交流接触器在失电后，依靠弹簧复位。另一半是活动铁芯，构造和固定铁芯一样，用以带动主接点和辅助接点的闭合断开。20安培以上的接触器加有灭弧罩，利用电路断开时产生的电磁力，快速拉断电弧，保护接点。接触器具可高频率操作，做为电源开启与切断控制时，最高操作频率可达每小时1200次。接触器的使用寿命很高，机械寿命通常为数百万次至一千万次，电寿命一般则为数十万次至数百万次。本次设计选用型号为CJX2-9的交流接触器，该型号交流接触器具有体积小、重量轻、寿命长及功耗小的优点[15]。如图4.3所示为CJX2-9交流接触器。图4.3CJX2-9交流接触器4.4PLC系统的硬件连接本自动重合闸装置设计的硬件部分由交流接触器、熔断器及数个按钮和相应指示灯组成。PLC分为继电器输出及晶体管输出的。区别有以下几点：（1）继电器输出负载可以是交流负载，也可以是直流负载，而晶体管输出，负载只能是直流负载；（2）继电器输出要求的线圈工作电流比较大，而晶体管输出对电源要求比较小；（3）继电器输出工作频率不能很高，否则继电器会很快损坏，而晶体管输出可以工作在高频状态；（4）继电器输出控制部分和负载部分是完全隔离的，而晶体管输出则控制和输出没有电路上的隔离。晶体管输出这个电压不需要外接电压。继电器输出就是一个开关闭合了，要工作肯定要自己的电源。晶体管输出就是负载是Rc电阻或者是Re电阻。鉴于晶体管输出的电流不高，无法直接带动交流接触器，故PLC选择了三菱系列产品继电器输出FX2N-32MR。其主要性能有：数字量有十六个输入点和十六个输出点；用的是交流220V电压源；其允许以极快的速度对过程信号的上升沿作出响应；其六个高速计数器（30KHz）具有可编程并能够复件输入，2个独立的输入端口可同时作为加、减计数，可连接两个相位差为90°的A/B相增量编码器；FX2N-32MR的PLC可方便地用数字量和模拟量拓展模块进行扩展，可使用仿真器（选件）对本机输入信号进行仿真，用于调试用户程序。FX2N-32MR支持本机的RS422和扩展的485自由口协议的通讯能力。如图4.4所示为PLC电气控制图。图4.4PLC电气控制图如图4.5所示为PLC的本机接线图。图4.5PLC本机接线图

5自动重合闸控制系统的软件设计5.1可编程序控制器I/O分配开关量I/O模块的选择：开关量I/O模块的不同，直接关系到I/O点数的多少，对PLC的应用范围会产生影响，选择时主要考虑点数、外部电路的性质和结构、电压的形式和范围等。如表5.1所示为系统的I/O分配表。表5.1系统I/O分配表输入输出元件端口地址功能元件端口地址功能DLX000断路器状态HCY000分闸继电器LJX001过流保护继电器TQY001合闸继电器XK1X002开关XJY002自动合闸显示XK2X003开关BJY003报警SA1X004闭锁复位按钮SA2X005手动跳闸按钮SA3X006手动合闸按钮如图5.1所示为PLC的外部接线图。图5.1PLC的外部接线图如果是无源输入信号例如按钮、行程开关等，可以根据现场与PLC的距离远近来选择电压的高低。输出模块所起的作用是将PLC内部低电平的控制信号隔离、转换为外部所需的输出信号，以驱动PLC的外部负载。在选择时应注意，模块与外部接线的方式、输出电压的额定限度、外部输出点同时接通的影响、选择输出方式等。I/O地址分配目的是让主CPU模块能够访问其他的模块，进行数据的交换。在进行I/O地址分配时，要特别注意不要产生地址冲突的错误。5.2PLC的控制程序设计如图5.2所示为自动重合闸装置设计的梯形图。图5.2自动重合闸装置设计的梯形图5.3工作原理分析梯形图如图5.2所示。其工作原理如下:当断路器合闸时，其常开辅助触点DL(X0)闭合；线路发生故障时，过流保护继电器LJ(X1)常开触点闭合。（1）当开关XK2(X3)闭合，自动重合闸工作于前加速保护状态，线路发生故障时，X1闭合，Y1通过X3和M201的常闭触点得电跳闸，断路器辅助常闭触点X0接通T0，经过T0延时，M202的线圈得电，M202的常开触点闭合经T3延时后Y0得电合闸；合闸后M201得电并自锁，其常闭触点断开快速跳闸回路；如故障消除，经T1延时时间到后，自动复归快速跳闸回路；如永久性故障，则在本级T2过流保护延时到后，接通Y1跳闸，同时置位M101，闭锁延时合闸T0回路并报警。（2）当开关XK2(X3)断开，自动重合闸工作于后加速保护状态，线路发生故障时，X1闭合，在本级T2过流保护延时到后，接通Y1跳闸，随后延时合闸，合闸后M201得电并自锁，同时M201与X003的常闭触点接通快速跳闸回路，如故障消除，自动复归快速跳闸回路；如永久性故障，当过流保护继电器X1再次闭合后，Y1得电快速跳闸，同时置位M101，闭锁延时合闸T0回路并报警。（3）当开关XK1(X2)闭合时，程序工作在自动重合闸方式，并闭锁手动控制方式；反之亦然。此信号和手动操作信号可来自主控室，对自动重合闸装置进行远程控制。（4）当自动重合闸装置闭锁和报警后，必须按开关SA1复位，自动重合闸装置才能再次工作。复位信号可来自主控室。控制系统中的自动重合闸控制方式控制信号和复位信号均可以接收来自远程控制的信号，从而实现自动重合闸的远距离控制，满足变电站无人值班的技术要求。

6系统调试PLC采用循环扫描的工作方式，即每一次状态变化需一个扫描周期。其循环扫描时间一般为几毫秒至几十毫秒。整个过程分为内部处理、通讯、输入处理、执行程序和输出处理几部分。首先对硬件的电源进行调试，按照PLC电源的接入方式，“L”、“N”端子接入交流220V电源，三菱PLC上面的POWER指示灯变绿，表明接入电源方式正确。接着将硬件与PLC连接上，打开PLC编程软件GXDeveloper。通过PLC编程软件将程序写入PLC中。其次进行系统调试，接通电源后，PLC对硬件和软件作初始化工作，系统对电压信号进行采集，判断是否为安全电流。若是安全电流，合闸指示灯亮。该自动重合闸装置设计加入了手动工作方式，手动工作方式时，通过按钮控制合闸、分闸，这样可以单独对每个步骤进行验证，从而缩小出现故障后查找故障源的范围，起到提高调试效率的目的。对于自动工作方式，就是通过调节装置上的2档按钮，一档表示危险电压，一档表示安全电压，经过PLC采集程序的运算，电压过大时，分闸指示灯亮，表示装置处于分闸状态。按下安全电压按钮，电压恢复安全值时，合闸指示灯亮，表示装置重新合闸。达到了原计划中的预定效果。7结论本次毕业设计的选题是针对目前PLC自动重合闸的使用现状，以这次设计为契机，本着从理论上、从学科建设角度去探寻一种比较规范的PLC自动重合闸装置的使用和设计思想，遵循共性与特性相结合的原则。理论介绍部分：理论是实践的指导。只有在储备足够量的理论基础之上，才能在分析和解决各种问题上自由的发挥。通过对基于PLC控制自动重合闸的学习与分析，可以掌握任何一种PLC应用都有共同的一面，不同的只是具体的控制与执行的差别。在PLC方面，可以通过其现有的资源，再配备必要的外围芯片，可以设计一个以PLC为核心的各种各样的控制器系统。软硬件设计部分：这是本论文的核心部分。由以上的理论的储备，利用PLC完全可以设计一个复杂的控制器系统。在此基础上，通过对于自动重合闸系统的具体分析，首先确定系统的各个单元的组成。然后，针对各个单元，分析原理、选择器件。最后设计出各个系统的原理图。软件的设计向来是建立在硬件的基础之上的。以原理为基础，设计出系统的梯形图，构成一个完整的自动重合闸控制系统。传统的自动重合闸装置与PLC构成的重合闸装置相比之下,不难看出,基于PLC控制的自动重合闸装置具有以下优点：（1）PLC除了要进行简单的I/O外接线外,其所完成的逻辑功能是由软件完成的,因此PLC构成的自动重合闸装置可节省许多继电器,减少大量的中间连线,从而减少了故障点,提高了系统的可靠性。（2）由于PLC内部有许多辅助继电器,利用这些软继电器可充分施展各种连锁保护,使系统的控制功能更加完善,控制精度进一步提高。（3）由PLC构成的重合闸装置是靠内部软件完成各种逻辑控制的,因此使用寿命远远高于由传统继电器硬件构成的重合闸装置,况且通过PLC进行编程容易,调试简单,使用方便。现代工业是计算机运用、信息技术、线代管理技术和先进工艺技术等多学科交叉综合的结果，是科学技术知识应用的高度体现，同时更关乎着祖国的发展和社会的进步，加强高校相关专业学生在这个领域的竞争力，培养掌握PLC技术以及PLC网络技术相关人才，具有十分重大的国家战略意义和现实意义。本次设计利用了三菱公司开发的系列PLC通过软件程序的编写，由于水平有限，所做的研究、开发工作不够深入，本次设计的确存在一定的缺点：此梯形图设计比较简单，实现功能也比较单一，并且只是理论构想，并没有运用于实际的自动重合闸控制中，在实际运用中可能会存在很多不足之处，所以，有很多地方还需改进。参考文献[1]张保全,尹项根.电力系统继电保护[M].北京:中国电力出版,2010.[2]韩顺杰,蔡长青.电气控制技术[M].北京:北