变电站用低压电源plc自投切系统设计
摘 要 将可编程控制器纳入到了变电站综合自动化系统中，有效解决了无人值守站所用低压系统备自投切不可靠问题，完善了所用低压系统投切时的遥信、遥测电气信号量，提高所用低压电源在各种工况下的智能备自投切成功率，提高了设备安全运行水平，为可编程控制器在电力系统中的应用提供参考。
目 录
第一章 绪论 1
1.1变电站用低压电源PLC自投切系统设计的研究背景和意义 1
1.2国内外发展状况 2
1.3变电站用低压电源PLC自投切系统设计的发展前景 2
第二章 系统总体设计方案 4
2.1设计理念 4
2.2设计的方案角度 4
2.3系统的整体作用 4
2.4变电站用低压电源PLC自投切系统的控制流程图 4
第三章 硬件设计 6
3.1硬件的总体概括 6
3.2 PLC的选择 10
3.3传感器的介绍 11
第四章 软件设计 12
4.1系统的输入和输出控制 12
4.2 I/O分配表 12
第五章 PLC控制系统设计 13
5.1电气控制系统原理图 13
5.2装置软件设计 14
5.3变电站备用电源自动投入工作原理 18
结束语 20
致 谢 21
参考文献 22
附录 23
第一章 绪论
1.1变电站用低压电源PLC自投切系统设计的研究背景和意义
改革开放以来,我国经济水平迅猛发展,2015年我国GDP总量达到67.67万亿元,仅次于美国位居世界第二。经济的迅猛发展使得我国对电能的需求越来越大,电网的规模也日益扩大。在经济建设和人民日常生活方面，电力系统有着举足轻重的作用,尤其是在矿场和医院等场合,电力系统进行不间断的供电显得异常重要。但是,随着电为系统的规模越来越大,电力系统的故障概率也随之增加,电力系统的稳定性和连续性遭到破坏导致大规模停电甚至系统瘫痪的概率也大大増加,给我国经济建设和人民的日常生活造成不可挽回的损失。所以,采取有效地措施避免电力系统发生大
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
规模故障对提高电力系统的稳定性和供电可靠性具有重要的意义。
在电力系统中,变电站对电力系统的供电稳定性具有重要的作用,基于PLC的变电站用低压备用电源自动投入装置(简称"备自投装置")便是保持变电站供电连续性的一种常用保护措施。这种装置不仅能够简化网络接线,还能优化继电保护装置的配置,减少设备投资和运行损耗。变电站用低压电源PLC自投切装置结构简单,并且成本低廉,在电力系统中具有广泛的应用前景。
随着用户对供电可靠性的要求不断提高和电力工业的发展，传统的备用电源自动投入装置已很难满足用户的要求。可编程控制器（PLC）是近年来发展迅速、应用面广的工业控制装置。该装置采用可编程控制的存储器存储用户指令，用软件编程实现确定的逻辑、顺序、定时、记数、运算和一些特定的功能，通过数字或模拟量的输入、输出来控制各种类型的生产过程。与传统继电控制系统相比，它的应用使得备用电源自动投入装置具有可靠性强、灵活性好、抗干扰性高等优点，有效提高了用户的供电安全和经济效益。
在110kV 无人值守变电站中，所用电源一般采用站内所用变压器和外接（站外）所用变压器2台所用变压器高压侧带电运行，低压侧1主1备的工作模式。主备的切换完全依靠所用工作电源进线开关辅助接点直接或经延时继电器启动备用电源投入。通过对站用变电气控制系统的调研，发现这种采用老式备自投装置的110kV 无人值守变电站均存在不能有效判别所用电气控制系统出现的缺相、欠压故障问题。标配的欠压脱扣线圈只能监控三相工频交流电源中的两相，且没有遥信等告警信号电路，当主供电源有一相发生欠压或缺相，而这一相又正好是它没有实现监控的那一相时，系统不能识别此故障，备用电源完全不会投入，老式备自投系统面对此类问题基本处于刚性失灵状态，完全不满足国标对主备切换电路可靠性的设计要求。而采用可编程控制器对所用电自动投切系统的控制回路进行技术改造，以最小的代价有效解决无人值守站所用低压系统备自投切不可靠问题，有效提高所用低压电源在各种工况下的智能备自投切成功率。
1.2国内外发展状况
国内南瑞、许继等保护大厂生产的站用电微机型备投装置，具有需单独组屏、控制回路复杂、对所控主回路断路器性能要求苛刻、费用较高等特点。而采PLC 作为备投系统的工控核心，只是对现存所用电源控制回路进行更改，主回路的断路器、空气开关、电力电缆等元件并不进行更换。在完全实现微机型备投装置全部功能的基础上，整体费用仅为微机型备投的1/4 左右，性价比高。
可编程备投装置，2009 年在河西等数座110kV 变电站综合自动化改造中得到成功应用。经过几年的运行考验，新型备自投切装置的功能适用性、应用先进性等技术指标已达到或超出同类产品相关性能，尤其在缺相投切、故障消除后自动恢复原方式运行、定期切换试验易用性等方面有相当的独特性，极为贴合现场实际。装置的应用有效提高了站用电源安全文明生产程度，高效解决了现场生产技术难题，具有极大推广价值。
设计和测试一种以可编程逻辑控制器（PLC）为工控核心的并辅以相关的外围电路、在有外接所变的变电站低压交流备用电源智能投切系统中，由PLC 采集设备的正常运行状态信号,作为备自投的启动条件和闭锁条件,通过编程来实现不同的软逻辑设定,以适应不同的备投要求。
1.3变电站用低压电源PLC自投切系统设计的发展前景
研究设计的以可编程控制器为核心并辅以相关的外围电路最终完全替代常规机电式继电器控制回路，可完全监测三相工频交流电源。特别适用于2 套或多套N+1 所用低压电源经常轮换工作的场所，可实现简单或复杂所用系统备用电源自投功能。可同时测量判断母线和多条线路的运行情况，并根据不同的方式和状态，智能执行不同的备用电源自投策略，在出现事故时至少有一路电源工作，在事故消除后系统自动恢复原方式运行，完全不需要人工干预就能有效、可靠保证供电系统的持续运行。未来技术水平的不断创新，计算机网络技术的迅猛发展，变电站用低压电源PLC自投切系统会朝以下几个方面发展：
（1）向着无主和零人值守的监控系统发展；
（2）独立的自动投入系统；
（3）发展“傻瓜式监控系统”；
(4) 发展移值性能强的系统。
第二章 系统总体设计方案
2.1设计理念
在110kV低压电力系统中, 最常见的是双电源互为备用的供电系统,如图1所示， 要求当一回路进线电压低压动作(电压消失)时, 另一回路能迅速投入, 并尽可能实现供电的断电时间最短, 实现该功能一般采用双电源备自投装置。针对这种类型的供电系统, 相比传统的继电器模式和专门的备自投装置, 基于工业PLC实现低压备用电源的自动切换不仅可提高可靠性, 而且价格低、调整灵活。
目 录
第一章 绪论 1
1.1变电站用低压电源PLC自投切系统设计的研究背景和意义 1
1.2国内外发展状况 2
1.3变电站用低压电源PLC自投切系统设计的发展前景 2
第二章 系统总体设计方案 4
2.1设计理念 4
2.2设计的方案角度 4
2.3系统的整体作用 4
2.4变电站用低压电源PLC自投切系统的控制流程图 4
第三章 硬件设计 6
3.1硬件的总体概括 6
3.2 PLC的选择 10
3.3传感器的介绍 11
第四章 软件设计 12
4.1系统的输入和输出控制 12
4.2 I/O分配表 12
第五章 PLC控制系统设计 13
5.1电气控制系统原理图 13
5.2装置软件设计 14
5.3变电站备用电源自动投入工作原理 18
结束语 20
致 谢 21
参考文献 22
附录 23
第一章 绪论
1.1变电站用低压电源PLC自投切系统设计的研究背景和意义
改革开放以来,我国经济水平迅猛发展,2015年我国GDP总量达到67.67万亿元,仅次于美国位居世界第二。经济的迅猛发展使得我国对电能的需求越来越大,电网的规模也日益扩大。在经济建设和人民日常生活方面，电力系统有着举足轻重的作用,尤其是在矿场和医院等场合,电力系统进行不间断的供电显得异常重要。但是,随着电为系统的规模越来越大,电力系统的故障概率也随之增加,电力系统的稳定性和连续性遭到破坏导致大规模停电甚至系统瘫痪的概率也大大増加,给我国经济建设和人民的日常生活造成不可挽回的损失。所以,采取有效地措施避免电力系统发生大
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
规模故障对提高电力系统的稳定性和供电可靠性具有重要的意义。
在电力系统中,变电站对电力系统的供电稳定性具有重要的作用,基于PLC的变电站用低压备用电源自动投入装置(简称"备自投装置")便是保持变电站供电连续性的一种常用保护措施。这种装置不仅能够简化网络接线,还能优化继电保护装置的配置,减少设备投资和运行损耗。变电站用低压电源PLC自投切装置结构简单,并且成本低廉,在电力系统中具有广泛的应用前景。
随着用户对供电可靠性的要求不断提高和电力工业的发展，传统的备用电源自动投入装置已很难满足用户的要求。可编程控制器（PLC）是近年来发展迅速、应用面广的工业控制装置。该装置采用可编程控制的存储器存储用户指令，用软件编程实现确定的逻辑、顺序、定时、记数、运算和一些特定的功能，通过数字或模拟量的输入、输出来控制各种类型的生产过程。与传统继电控制系统相比，它的应用使得备用电源自动投入装置具有可靠性强、灵活性好、抗干扰性高等优点，有效提高了用户的供电安全和经济效益。
在110kV 无人值守变电站中，所用电源一般采用站内所用变压器和外接（站外）所用变压器2台所用变压器高压侧带电运行，低压侧1主1备的工作模式。主备的切换完全依靠所用工作电源进线开关辅助接点直接或经延时继电器启动备用电源投入。通过对站用变电气控制系统的调研，发现这种采用老式备自投装置的110kV 无人值守变电站均存在不能有效判别所用电气控制系统出现的缺相、欠压故障问题。标配的欠压脱扣线圈只能监控三相工频交流电源中的两相，且没有遥信等告警信号电路，当主供电源有一相发生欠压或缺相，而这一相又正好是它没有实现监控的那一相时，系统不能识别此故障，备用电源完全不会投入，老式备自投系统面对此类问题基本处于刚性失灵状态，完全不满足国标对主备切换电路可靠性的设计要求。而采用可编程控制器对所用电自动投切系统的控制回路进行技术改造，以最小的代价有效解决无人值守站所用低压系统备自投切不可靠问题，有效提高所用低压电源在各种工况下的智能备自投切成功率。
1.2国内外发展状况
国内南瑞、许继等保护大厂生产的站用电微机型备投装置，具有需单独组屏、控制回路复杂、对所控主回路断路器性能要求苛刻、费用较高等特点。而采PLC 作为备投系统的工控核心，只是对现存所用电源控制回路进行更改，主回路的断路器、空气开关、电力电缆等元件并不进行更换。在完全实现微机型备投装置全部功能的基础上，整体费用仅为微机型备投的1/4 左右，性价比高。
可编程备投装置，2009 年在河西等数座110kV 变电站综合自动化改造中得到成功应用。经过几年的运行考验，新型备自投切装置的功能适用性、应用先进性等技术指标已达到或超出同类产品相关性能，尤其在缺相投切、故障消除后自动恢复原方式运行、定期切换试验易用性等方面有相当的独特性，极为贴合现场实际。装置的应用有效提高了站用电源安全文明生产程度，高效解决了现场生产技术难题，具有极大推广价值。
设计和测试一种以可编程逻辑控制器（PLC）为工控核心的并辅以相关的外围电路、在有外接所变的变电站低压交流备用电源智能投切系统中，由PLC 采集设备的正常运行状态信号,作为备自投的启动条件和闭锁条件,通过编程来实现不同的软逻辑设定,以适应不同的备投要求。
1.3变电站用低压电源PLC自投切系统设计的发展前景
研究设计的以可编程控制器为核心并辅以相关的外围电路最终完全替代常规机电式继电器控制回路，可完全监测三相工频交流电源。特别适用于2 套或多套N+1 所用低压电源经常轮换工作的场所，可实现简单或复杂所用系统备用电源自投功能。可同时测量判断母线和多条线路的运行情况，并根据不同的方式和状态，智能执行不同的备用电源自投策略，在出现事故时至少有一路电源工作，在事故消除后系统自动恢复原方式运行，完全不需要人工干预就能有效、可靠保证供电系统的持续运行。未来技术水平的不断创新，计算机网络技术的迅猛发展，变电站用低压电源PLC自投切系统会朝以下几个方面发展：
（1）向着无主和零人值守的监控系统发展；
（2）独立的自动投入系统；
（3）发展“傻瓜式监控系统”；
(4) 发展移值性能强的系统。
第二章 系统总体设计方案
2.1设计理念
在110kV低压电力系统中, 最常见的是双电源互为备用的供电系统,如图1所示， 要求当一回路进线电压低压动作(电压消失)时, 另一回路能迅速投入, 并尽可能实现供电的断电时间最短, 实现该功能一般采用双电源备自投装置。针对这种类型的供电系统, 相比传统的继电器模式和专门的备自投装置, 基于工业PLC实现低压备用电源的自动切换不仅可提高可靠性, 而且价格低、调整灵活。
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