【正文】 PLC的干擾能力強(qiáng)，可靠性高的特點(diǎn)能滿(mǎn)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?xún)r(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)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(xiàn)保護(hù)、電容器保護(hù)、線(xiàn)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21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(lái)控制故障的系統(tǒng)。（2）下面是本系統(tǒng)中各部分組成。①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(guò)發(fā)電動(dòng)力裝置轉(zhuǎn)化成電能，再經(jīng)輸電、變電和配電將電能供應(yīng)到各用戶(hù)。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(guò)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(hù)獲得安全、經(jīng)濟(jì)、優(yōu)質(zhì)的電能。②A(yíng)D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(lèi)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、ΣΔ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(kāi)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21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(jiǎn)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(lài)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(guò)逐次比較邏輯構(gòu)成，從MSB開(kāi)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(chēng)FLash(快速)型。由于轉(zhuǎn)換速率極高，n位的轉(zhuǎn)換需要2n1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(chēng)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(chēng)為流水線(xiàn)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(lèi)AD速度比逐次比較型高，電路 規(guī)模比并行型小。ΣΔ調(diào)制型ΣΔ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(chēng)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(guò)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(wú)限增加，只要采樣的時(shí)間能夠滿(mǎn)足輸出頻率分辨率要求的累積脈沖個(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(mǎn)刻度與n/2的比值。分辯率又稱(chēng)精度，通常以數(shù)字信號(hào)的位數(shù)來(lái)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Msps，表 示每秒采樣千/百萬(wàn)次。量化誤差由于A(yíng)D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(xiàn)與無(wú)限分辯率AD（理想AD）的轉(zhuǎn)移特性曲線(xiàn)（直線(xiàn)）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(mǎn)刻度誤差滿(mǎn)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(xiàn)性度實(shí)際轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)移函數(shù)與理想直線(xiàn)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(xiàn)性，單調(diào)性和無(wú)錯(cuò)碼，總諧波失真（Total Harmonic Distotortion縮寫(xiě)THD）和積分非線(xiàn)性。AD轉(zhuǎn)換器原理A/D轉(zhuǎn)換器是用來(lái)通過(guò)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(yíng)/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三種方法：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(lái)說(shuō)的。所以通訊接口一般有以下幾種：RS23RS48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、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。三、重合閘系統(tǒng)設(shè)計(jì)（一）自動(dòng)重合閘（ZCH）裝置自動(dòng)重合閘（ZCH）裝置是將因故障跳開(kāi)后的斷路器按需要自動(dòng)投入的一種自動(dòng)裝置。運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，架空線(xiàn)路大多數(shù)故障是瞬時(shí)性的，如：（1）雷擊過(guò)電壓引起絕緣子表面閃絡(luò)。（2）大風(fēng)時(shí)的短時(shí)碰線(xiàn)。（3）通過(guò)鳥(niǎo)類(lèi)身體（或樹(shù)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(zhǎng)）效果不顯著，自動(dòng)重合，效果明顯。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(xiàn)路，可提高系統(tǒng)并列運(yùn)行的穩(wěn)定性，從而提高線(xiàn)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(xiàn)路或電纜與架空線(xiàn)路的混合線(xiàn)路上，只要裝有斷路器，一般應(yīng)裝設(shè)ZCH。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6090%，經(jīng)濟(jì)效益很高——廣泛應(yīng)用。對(duì)自動(dòng)重合閘的基本要求：（1）動(dòng)作迅速一般“”。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(xiàn)路不重合（多屬于永久性故障）（二）三相自動(dòng)重合閘：當(dāng)線(xiàn)路上故障（單相接地短路、相間短路）——保護(hù)動(dòng)作跳開(kāi)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(kāi)三相，不再重合，如圖31。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(kāi)關(guān)KK執(zhí)行元件圖31單側(cè)電源線(xiàn)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，控制開(kāi)關(guān)KK位置與斷路器位置不對(duì)應(yīng)（優(yōu)先采用），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：?jiǎn)?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)。：應(yīng)考慮的兩個(gè)問(wèn)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(wèn)題：重合時(shí)兩側(cè)系統(tǒng)是否同步的問(wèn)題以及是否允許非同步合閘的問(wèn)題。兩側(cè)電源線(xiàn)路上的主要合閘方式：（1）快速自動(dòng)重合方式：當(dāng)線(xiàn)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(xiàn)路兩側(cè)均裝有全線(xiàn)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(xiàn)另一回線(xiàn)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(xiàn)。（圖32）圖32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(wú)壓后重合，若成功，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(wú)壓檢定的重合閘：（如圖33）圖33具同步檢定和無(wú)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(xiàn)路的ZCH外，在一側(cè)（M側(cè)）裝有低電壓繼電器，用以檢查線(xiàn)路上有無(wú)電壓（檢無(wú)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(guò)程：當(dāng)線(xiàn)路短路時(shí)，兩側(cè)DL斷開(kāi)，線(xiàn)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(kāi)M側(cè)DL不再重合，N側(cè)不重合。(7)兩點(diǎn)說(shuō)明：有上述分析可見(jiàn)，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(wú)壓側(cè)（M側(cè)）誤跳閘時(shí)，因線(xiàn)路上仍有電壓，無(wú)法進(jìn)行重合（缺陷），為此，在檢無(wú)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(wú)壓檢定繼電器。（三）重合閘動(dòng)作時(shí)限的選擇原則單側(cè)電源線(xiàn)路的三相重合閘：原則上越短越好，但應(yīng)力爭(zhēng)重合成功，保證：（1）障點(diǎn)電弧熄滅、絕緣恢復(fù)；（2）斷路器觸頭周?chē)^緣強(qiáng)度的恢復(fù)及消弧室重新充滿(mǎn)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跳閘時(shí)間。根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，采用1”左右。兩側(cè)電源線(xiàn)路的三相重合閘:（如圖34）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34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)（四）自動(dòng)重合閘與繼電保護(hù)的配合兩者關(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(jiǎn)稱(chēng)“前加速”如圖35）圖35自動(dòng)重合閘前加速保護(hù)示意圖LLL3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(zhǎng)；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)。重合閘后加速保護(hù)簡(jiǎn)稱(chēng)（“后加速”如圖36）每條線(xiàn)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36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，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。（五）單相自動(dòng)重合閘220KV500KV系統(tǒng)中，由于線(xiàn)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(kāi)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)：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(wú)I0、U0，直接三相。接地短路，再由選相元件判別d、d。選相元件：在d時(shí)，選出故障相。應(yīng)考慮潛供電流的影響：（如圖37）圖37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(zhǎng)，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