【正文】 到了 90 年代后期，隨著真空泡制造技術(shù)的飛速發(fā)展，真空重合閘裝置已逐步成為國(guó)內(nèi)外重合閘裝置市場(chǎng)上的主流產(chǎn)品。油重合閘裝置有兩個(gè)固有缺點(diǎn)：因油屬非自恢復(fù)絕緣介質(zhì)，故其維修較頻繁，至少 3年需要換油、檢修一次；有火災(zāi)危險(xiǎn)。 所謂分布式是指重合閘裝置采用積木式結(jié)構(gòu)，例如本體、操動(dòng)機(jī)構(gòu)、控制電路是分開的 3 個(gè)部分。兩者動(dòng)作原理類似，使用時(shí)根據(jù)配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)不同而進(jìn)行選擇，對(duì)于三相中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)，一般不宜采用單相重合閘裝置，否則造成非三相運(yùn)行；單相重合器主要用于中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)，允許電氣設(shè)備作為單相運(yùn)行。 對(duì)斷路器本身由于機(jī)構(gòu)不良或繼電保護(hù)誤動(dòng)作而引起的誤跳閘，也能起糾正的作用。 自動(dòng)重合閘作用 : 在電力系統(tǒng)中采用了自動(dòng)重合閘裝置，即是當(dāng)斷路器由繼電保護(hù)動(dòng)作或其它非人工操作而跳閘后，能夠自動(dòng)控制斷路器重新合上的一種裝置。當(dāng)遇到永久性的故障，在完成預(yù)定復(fù)位才能解除閉鎖。而且 PLC 構(gòu)成的自動(dòng)重合閘裝置調(diào)試簡(jiǎn)單 ,組態(tài)靈活 ,可靠性高 ,具有擴(kuò)展性，且具有連線簡(jiǎn)單 ,工作可靠 ,便于調(diào)試、調(diào)整和維護(hù) ,可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程通訊。而且 PLC 構(gòu)成的自動(dòng)重合閘裝置調(diào)試簡(jiǎn)單 ,組態(tài)靈活 ,可靠性高 ,具有擴(kuò)展性，且具有連線簡(jiǎn)單 ,工作可靠 ,便于調(diào)試、調(diào)整和維護(hù) ,可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程通訊 PLC 是一種性能較好的控制器，在惡劣的工作環(huán)境下能可靠地工作，其平均故障時(shí)間間隔 (MTBF)在 510000h 以上。 PLC 控制系統(tǒng)特點(diǎn) : PLC 是一種性能較好的控制器，在惡劣的工作環(huán)境下能可靠地工作，其平均故障時(shí)間間隔 (MTBF)在 510000h 以上。隨著微電子及控制技術(shù)的發(fā)展， PLC 系統(tǒng)和 DCS 系統(tǒng)在不斷吸收彼此的特點(diǎn)，逐步地走向同化 在新時(shí)代， PLC 會(huì)有更大的更大的發(fā)展，產(chǎn)品的品種會(huì)更豐富、規(guī)格更齊全，通過(guò)完美的人機(jī)界面、完備的通信設(shè)備、成熟的現(xiàn)場(chǎng)總線通信能力會(huì)更好地適應(yīng)各種工業(yè)控制場(chǎng)合的需求， PLC作為自動(dòng)化控制網(wǎng)絡(luò)和國(guó)際通用網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分，將在我國(guó)發(fā)電廠的電氣自動(dòng)化建設(shè)中發(fā)揮越來(lái)越大的作用。然而，當(dāng)生產(chǎn)環(huán)境過(guò)于惡劣，電磁干擾 特別強(qiáng)烈，或安裝使用不當(dāng)，就可能造成程序錯(cuò)誤或運(yùn)算錯(cuò)誤，從而產(chǎn)生誤輸入并引起誤輸出，這將會(huì)造成設(shè)備的失控和誤動(dòng)作，從而不能保證 PLC的正常運(yùn)行。另外，對(duì)裝置的調(diào)試維護(hù)也很方便， 通過(guò)離線仿真可以測(cè)試軟件，不影響設(shè)備的安全運(yùn)行，而且可以通過(guò)改變程序來(lái)適應(yīng)不同的運(yùn)行方式。為了加強(qiáng)供電可靠性，備用電源自動(dòng)投入裝置，早期應(yīng)用的電磁型備用電源自投裝置是由若干繼電器根據(jù)不同的運(yùn)行方式構(gòu)成相應(yīng)的備自投回路，其缺點(diǎn)是改變運(yùn)行方式困難，邏輯回路設(shè)計(jì)復(fù)雜，繼電器易損，可靠性低，運(yùn)行維護(hù)極為不便，由 PLC 構(gòu)成的備用電源投入裝置可根據(jù)變電站的運(yùn)行方式，通過(guò)編程完 成各種復(fù)雜的邏輯和功能，適應(yīng)各種運(yùn)行方式，滿足電網(wǎng)一次接線要求。 對(duì)于斷路器的操動(dòng)機(jī)構(gòu)而言，其輔助開關(guān)數(shù)目也可簡(jiǎn)化。 PLC 本身的可靠性很高 ,用來(lái)控制斷路器也具有高可靠性。 PLC 程序輸出油泵的啟動(dòng)命令后與優(yōu)先權(quán)繼電器配合來(lái)選擇啟動(dòng)相應(yīng)的油泵 斷路器控制 ,在傳統(tǒng)的發(fā)電廠和變電所中，高壓斷路器控制及信號(hào)電路均采用電磁型繼電器為主要 元件。自動(dòng)啟動(dòng)條件為調(diào)速器壓油罐壓力下降到時(shí)啟動(dòng)主用泵，如果壓油罐壓力繼續(xù)下降到整定值時(shí)，備用泵跟著啟動(dòng)，向壓油罐打油。各 PLC 生產(chǎn)廠家推出的中、小型 PLC 模塊均提供了 PID 指令，可以實(shí)現(xiàn) PID 控制，這種模塊的 PID控制程序是 PLC 生產(chǎn)廠家設(shè)計(jì)的，并存放在模塊中，用戶使用時(shí)序只需要設(shè)置一些參數(shù)，使用起來(lái)非常方便，一個(gè)模塊可以控制幾路甚至幾十路閉環(huán)回路。所以今后的發(fā)展趨勢(shì)大體上是分散型控制系統(tǒng) DCS 將逐漸更新?lián)Q代為全數(shù)字現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng) FCS。然而目前 DCS 的發(fā)展開始減緩和停滯。要提高 PLC 控制系統(tǒng)可靠性，一方面生產(chǎn)廠家要提高 PLC 的抗干擾能力；另一方面，要 在設(shè)計(jì)、安裝和使用維護(hù)中引起高度重視，多方配合，減少及消除干擾對(duì) PLC 的影響。傳統(tǒng)的技術(shù)和管理手段已無(wú)法適應(yīng)新的形勢(shì)，PLC自動(dòng)重合閘就是為了這一目的而提出來(lái)的這給自動(dòng)重合閘裝置提供了良好的發(fā)展平臺(tái)。由于計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展 , 一些大型工業(yè)企業(yè)已實(shí)現(xiàn)了對(duì)其各級(jí)變電站進(jìn)行遠(yuǎn)方集中控制 , 企業(yè)內(nèi)部的分散 變電站實(shí)現(xiàn)了無(wú)人值班。電網(wǎng)容量和電壓等級(jí)也不斷擴(kuò)大，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)也變得越來(lái)越復(fù)雜。軟件的設(shè)計(jì)向來(lái)是建立在硬件的基礎(chǔ)之上的。由以上的理論的儲(chǔ)備，利用 PLC完全可以設(shè)計(jì)一個(gè)復(fù)雜的控制器系統(tǒng)。只有在儲(chǔ)備足夠量的理論基礎(chǔ)之上，才能在分析和解決各種問(wèn)題上自由的發(fā)揮。況且 PLC采用繼電器輸出時(shí)其較大容量的節(jié)點(diǎn)可直接應(yīng)用于跳閘回路等。采用的元件是集成運(yùn)放比較器。交流采樣 ,信號(hào)變換回路是把由系統(tǒng)而來(lái)的 100 V、 5 A交流信號(hào)進(jìn)一步變換至 15 V,2 A 左右。采用 PLC 控制后，僅用 KA KA2 的無(wú)源常開觸點(diǎn)接到合閘線圈和跳閘線圈的控制回 路中，通過(guò)編程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)重合閘功能及其他保護(hù)功能，復(fù)雜的邏輯關(guān)系大大簡(jiǎn)化了，接線簡(jiǎn)單，系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)方便。 為了防止萬(wàn)一 KM 的兩對(duì)觸點(diǎn) KM34 和 KM56 同時(shí)唄粘住時(shí)斷路器仍可能“跳動(dòng)”，故在斷路器的跳閘線圈 YR 回路中，又串接了防跳繼電器 KM1的 電流線圈。在斷路器 QF合閘后，其輔助觸點(diǎn) QF34斷開而使 KM 得自保持解除。 KT 動(dòng)作后，其動(dòng)斷觸點(diǎn) KT 12斷開，串入電阻 R5，使 KT 保持動(dòng)作狀態(tài)。 電氣式一次自動(dòng)重合閘裝置示例 :（如圖 310） WC控制小母線； SA1控制開關(guān)； SA2 選擇開關(guān)； KAR─ DH2 型重合閘繼電器（內(nèi)含 KT時(shí)間繼電器、 KM 中間繼電器、 HL指示燈及電阻 R、電容 C 等）； KM1防跳繼電器（ DZB115 型中間繼電器）； KM2后加速繼電器（ DZS145 型中間繼電器）； KSDX11 型信號(hào)繼電器； KO合閘接觸器； YR跳 閘繼電器； XB連接片； QF短路器輔助觸點(diǎn)。 當(dāng)一次電路發(fā)生短路故障時(shí)，保護(hù)裝置動(dòng)作，其出口觸點(diǎn) KM 閉合，接通跳閘線圈 YR 回路，使斷路器 QF 自動(dòng)跳閘。若為瞬時(shí)性故障 ,重合成功，恢復(fù)供電；若為永久性故障，斷路器將再次跳閘，之后不再進(jìn)行重合。 實(shí)際斷路器 (簡(jiǎn)稱 QF)由合閘線圈、合閘電磁機(jī)構(gòu)；分閘線圈、脫扣機(jī)構(gòu)、主觸頭、輔助觸頭等組成。轉(zhuǎn)子中的偶次諧波也將在定子繞組中感應(yīng)出偶次電動(dòng)勢(shì)，與基波疊加，有可能產(chǎn)生危險(xiǎn)的高電壓，允許長(zhǎng)期非全相運(yùn)行的系統(tǒng)應(yīng)考慮其影響。接地短路，再由選相元件判別 d、 d。 不允許非全相運(yùn)行 —— 再次跳三相不重合。 （五）單相自動(dòng)重合閘 220KV500KV 系統(tǒng)中，由于線間距離大，經(jīng)驗(yàn)表明，絕大多數(shù)故障為單 14 相接地故障 d。 例： 1 2 3永 久 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)。 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。 根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，采用 1” 左右。 ○ 2 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。 （ 5）具有同步檢定和無(wú)壓檢定的重合閘：（如圖 33） 12 MdN無(wú) 壓無(wú) 壓同 步同 步++++U U UZ C HU U UZ C H 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)電源線路的 ZCH 外，在一側(cè)（ M側(cè)）裝有低電壓繼電器，用以檢查線路上有無(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)）。 ○ 3 沖擊電流 允許值。 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。 （ 2）延時(shí)元件。 （ 5）手動(dòng)合閘于故障線路不重合（多屬于永久性故障） （二）三相自動(dòng)重合閘 ： 當(dāng)線路上故障（單相接地短路、相間短路） —— 保護(hù)動(dòng)作跳開三相 —— 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)再次跳開三相，不再重合，如圖 31。 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。 ZCH 本身不能判斷故障是瞬時(shí)性的，還是永久性的。 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）大風(fēng)時(shí)的短時(shí)碰線。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，以保證用戶獲得安全、經(jīng)濟(jì)、優(yōu)質(zhì)的電能。 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)。 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。 （ 1）按重合閘的控制器安裝方式分類 ①室外就地安裝：安裝在斷路器下面的水泥杠上。 （ 2）按結(jié)構(gòu)分類 —— 整體式和分布式 。 對(duì)斷路器本身由于機(jī)構(gòu)不良或繼電保護(hù)誤動(dòng)作而引起的誤跳閘，也能起糾正的作用。 自動(dòng)重合閘作用 : 在電力系統(tǒng)中采用了自動(dòng)重合閘裝置，即是當(dāng)斷路器由繼電保護(hù)動(dòng)作或其它非人工操作而跳閘后，能夠自動(dòng)控制斷路器重新合上的一種裝置。當(dāng)遇到永久性的故障，在完成預(yù)定復(fù)位才能解除閉鎖。 PLC 的微電腦屬性使得各保護(hù)裝置之間、裝置與主控機(jī)之間能夠按計(jì)算機(jī)通訊方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞，配以主機(jī)監(jiān)控平臺(tái)從而構(gòu)成整個(gè)變電站自動(dòng)化系統(tǒng)。此次設(shè)計(jì)主要討論基于 PLC的自動(dòng)重合閘的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)。隨著微電子及控制技術(shù)的發(fā)展， PLC 系統(tǒng)和 DCS 系統(tǒng)在不斷吸收彼此的特點(diǎn)，逐步地走向同化 5 在新時(shí)代， PLC 會(huì)有更大的更大的發(fā)展，產(chǎn)品的品種會(huì)更豐富、規(guī)格更齊全，通過(guò)完美的人機(jī)界面、完備的通信設(shè)備、成熟的現(xiàn)場(chǎng)總線通信能力會(huì)更好地適應(yīng)各種工業(yè)控制場(chǎng)合的需求， PLC作為自動(dòng)化控制網(wǎng)絡(luò)和國(guó)際通用網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分，將在我國(guó)發(fā)電廠的電氣自動(dòng)化建設(shè) 中發(fā)揮越來(lái)越大的作用。然而，當(dāng)生產(chǎn)環(huán)境過(guò)于惡劣，電磁干擾特別強(qiáng)烈，或安裝使用不當(dāng)，就可能造成程序錯(cuò)誤或運(yùn)算錯(cuò)誤，從而產(chǎn)生誤輸入并引起誤輸出，這將會(huì)造成設(shè)備的失控和誤動(dòng)作，從而不能保證 PLC的正常運(yùn)行。另外，對(duì)裝置的調(diào)試維護(hù)也很方便，通過(guò)離線仿真可以測(cè)試軟件，不影響設(shè)備的安全運(yùn)行，而且可以通過(guò)改變程序來(lái)適應(yīng)不同的運(yùn)行方式。為了加強(qiáng)供電可靠性，備用電源自動(dòng)投入裝置，早期應(yīng)用的電磁型備用電源自投裝置是由若干繼電器根據(jù)不同的運(yùn)行方式構(gòu)成相應(yīng)的備自投回路，其缺點(diǎn)是改變運(yùn)行方式困難，邏輯回 路設(shè)計(jì)復(fù)雜，繼電器易損，可靠性低，運(yùn)行維護(hù)極為不便，由 PLC 構(gòu)成的備用電源投入裝置可根據(jù)變電站的運(yùn)行方式，通過(guò)編程完成各種復(fù)雜的邏輯和功能，適應(yīng)各種運(yùn)行方式，滿足電網(wǎng)一次接線要求。對(duì)于斷路器的操動(dòng)機(jī)構(gòu)而言，其輔助開關(guān)數(shù)目也可簡(jiǎn)化。 PLC 本身的可靠性很高 ,用來(lái)控制斷路器也具有高可靠性。 PLC 程序輸出油泵的啟動(dòng)命令后與優(yōu)先權(quán) 繼電器配合來(lái)選擇啟動(dòng)相應(yīng)的油泵 斷路器控制 ,在傳統(tǒng)的發(fā)電廠和變電所中，高壓斷路器控制及信號(hào)電路均采用電磁型繼電器為主要元件。自動(dòng)啟動(dòng)條件為調(diào)速器壓油罐壓力下降到時(shí)啟動(dòng)主用泵，如果壓油罐壓力繼續(xù)下降到整定值時(shí)，備用泵跟著 啟動(dòng)，向壓油罐打油。各 PLC 生產(chǎn)廠家推出的中、小型 PLC 模塊均提供了 PID 指令，可以實(shí)現(xiàn) PID 控制，這種模塊的 PID控制程序是 PLC 生產(chǎn)廠家設(shè)計(jì)的，并存放在模塊中，用戶使用時(shí)序只需要設(shè)置一 些參數(shù)，使用起來(lái)非常方便，一個(gè)模塊可以控制幾路甚至幾十路閉環(huán)回路。所以今后的發(fā)展趨勢(shì)大體上是分散型控制系統(tǒng) DCS 將逐漸更新?lián)Q代為全數(shù)字現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng) FCS。然而目前 DCS 的發(fā)展開始減緩和停滯。要提高 PLC 控制系統(tǒng)可靠性，一方面生產(chǎn)廠家要提高 PLC 的抗干擾能力；另一方面，要在設(shè)計(jì)、安裝和使用維護(hù)中引起高度重視，多方配合，減少及消除干擾對(duì) PLC 的影響。傳統(tǒng)的技術(shù)和管理手段已無(wú)法適應(yīng)新的形勢(shì)，PLC自動(dòng)重合閘就是為了這一目的而提出來(lái)的這給自動(dòng)重合閘裝置提供了良好的發(fā)展平臺(tái)。由于計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展 , 一些大型工業(yè)企業(yè)已實(shí)現(xiàn)了對(duì)其各級(jí)變電站進(jìn)行遠(yuǎn)方集中控制 , 企業(yè)內(nèi)部的分散變電站實(shí)現(xiàn)了無(wú)人值班。電網(wǎng)容量和電壓等級(jí)也不斷擴(kuò)大，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)也變得越來(lái)越復(fù)雜。 220kV 輸電線路，由于其具有電能輸送效率高、輸送距離較適中等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用到區(qū)域配電網(wǎng)建設(shè)中，成為區(qū)域經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)發(fā)展的重要能源支柱。但在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中發(fā)現(xiàn)， 220KV 輸電線路所發(fā)生的絕大部分故障均是臨時(shí)或者瞬時(shí)性的，對(duì)于這類瞬時(shí)性故障而跳閘的線路 , 如能在故障消失后迅速恢復(fù)送電 , 則可大大提高供電的可靠性。 先進(jìn) PLC 的發(fā)展代表著國(guó)家的綜合科技實(shí)力和水平，目前許多先進(jìn)工業(yè)國(guó)家都已將 PLC 技術(shù)列為 21 世紀(jì)高科技發(fā)展計(jì)劃。 （二）課題研究背景 傳統(tǒng)的自動(dòng)重合閘裝置由各種繼電器及控制開關(guān)構(gòu)成 ,由于連接導(dǎo)線繁多 ,繼電器的壽命有限 , 容易發(fā)生裝置的誤動(dòng)和拒動(dòng) , 影響電力