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1、精选优质文档-倾情为你奉上XXXXXXXX学 院毕 业 设 计（论 文） 级 专业题 目 毕业时间： 学生姓名： 指导教师： 班 级： 2012 年2月10日专心-专注-专业XXXXXX学院 届各专业毕业论文（设计）成绩评定表姓名王敦旭班级09机电（5）班专业机电一体化指导教师第一次指导意见年 月 日指导教师第二次指导意见年 月 日指导教师第三次指导意见年 月 日指导教师评语及评分 成绩： 签字（盖章） 年 月 日答辩小组评价意见及评分成绩： 签字（盖章） 年 月 日教学系毕业实践环节指导小组意见签字（盖章） 年 月 日学院毕业实践环节指导委员会审核意见签字（盖章） 年 月 日说明：1、以上各
2、栏必须按要求逐项填写.。2、此表附于毕业论文 (设计)封面之后。PLC在10KV配电系统继电保护中的应用摘要：随着社会经济的发展，工业的迅速兴起，使得一些10KV配电系统大幅度增加，配电系统的简便性、可靠性、安全性、节能性、性价比显得尤其重要。目前，传统的10KV配电系统还是采用继电器系统和分布监测计量、分布控制方式，而采用PLC（可编程序控制器）系统集中控制和集中监测计量方式，有利于提高配电系统的运行管理自动化水平，保证配电的安全稳定，还能减少运行人员的工作强度提，安全可靠。 随着经济、科学技术的发展，为了顺应减人增效的经济效益，配电室从有人值班演变到无人值班，这是社会发展的必然，也是科技进
3、步的使然，带来了巨大的经济效益和社会效益。随着电力系统的不断发展，无人值班配电室的逐渐增多，为保障电网安全运行，并解决无人值班配电室的安全防范问题，有必要进行配电室远程监控系统的建设。针对10KV配电系统进行远程监控，不仅提高了运行的可靠性，减少了人为事故，而且保障了系统安全，提高了劳动生产率，降低了建设成本，从而推动了电力行业的科技进步。摘要主要说你设计了什么，怎么样设计的。并且要精练。关键词：配电；继电保护；PLC一、课题研究的内容和意义本课题主要采用PLC通过对10KV配电继电保护系统进行采样，实现参数的提取和传输，为了便于控制和管理，通过PLC和上位机的通讯，PLC将采集的数据，发送至
4、上位机，进行处理，应用组态软件，实现对系统的远程监控和管理。PLC技术在10KV配电系统远程监控系统中应用的主要内容如下： （1）对10KV配电系统的非正常运行进行报警。当10KV配电系统有非正常状态发生或设备异常时，监控系统能及时地发出事故报警，并在计算机显示器上自动推出报警画面，使运行人员能够进行相应处理来防止事件的扩大。 （2）对10KV配电系统事故报警的处理功能。报警处理一方面是通过对各种采集方式获取的相关数据进行逻辑组合，并对组合结果进行判别，然后输出异常报警信息；另一方面是对报警信息的分类和分层管理，有利于查阅和检索，方便了运行人员监视和事故故障分析。 （3）对10KV配电系统运行
5、状态的自恢复功能。当由于某种原因导致系统停机时，能自动产生恢复信号，对外围设备接口重新初始化，保留历史数据，实现无扰动的软、硬件自恢复，保障系统正常且可靠的运行。运行人员可以在中心控制室全面地实现掌握10KV配电系统运行状况并进行相应的操作，使运行人员在第一时间内可迅速了解故障信息，快速排除故障。不仅提高了运行管理水平，还实现了减员增效，并且可扩展性强，并使远程监控的技术水平不断提高，系统结构体系不断完善。10KV配电系统是配变电站中不可或缺的重要组成部分，其内部各种电器的正常工作对于配变电站的正常工作和检测十分重要，因此对于10KV配电继电保护系统的检测和管理的远程监控意义明显。二、10kv
6、配电系统继电保护的作用和基本组成部分（一）10kv配电在实际应用中的作用10kv配电是供电方与用电方联系的中枢，通常，把电压为35kV及以上的高压电力线路称为送电线路，把电压为10kV及以下的电力线路称为配电线路。配电线路将10kv配电直接将电能输送给用户或给用电设备提供消费的能源。电力是现代生活中不可缺少的动力和能源，按用电量多少，我国的主要电能用户为：工业、农业、交通运输、市政及商业、生活，其中工业用户是电力系统的最大用户。基于10kv配电的使用使命，对10kv配电的运行提出了严格的要求：10kv配电运行应确保安全可靠，保证良好的电能质量。因为供电中断将导致生产停顿、生活混乱、甚至危及人身
7、和设备的安全。 10KV配电系统是供电系统的神经中枢，配电系统的正常工作和我们的生活保障及工作秩序密不可分，这就要求它有更高的可靠性，同时配电系统的智能化、节能、操作简便、方便维护是经济高速发展的需要，配电系统操作和维护对工作人员的安全系数要求更高、劳动强度更低和设备的性价比更高是人们所希望的。监控技术的发展始终与最新技术的发展息息相关，使用者不断对远程监控的简便性及实时性提出了更高的要求，因此必须要更好地、更及时地应用最新技术，这样才能使得远程监控不断地发展，不断地满足人们的需求。（二）配电系统继电保护的作用10kv配电系统由高压断路器、高压接触器、变压器、母线、电容补偿系统、输配电线路及用
8、电设备组成，系统中各元件通过电或磁联系起来。10kv配电系统运行过程中任一元件发生故障都会立即在不同程度上影响到系统的正常运行，造成对用户的停电，电能质量严重下降，设备的毁坏及系统运行稳定的破坏和瓦解等。在没有故障发生，10kv配电系统处于异常运行状态时，例如过负荷，会使元件载流部分和绝缘材料的温度不断升高，加速绝缘的老化和损坏，极易发展为事故。电力工业的重要性和电力生产的连续性就要求在变配电系统中，除应采取各项积极措施消除或减少发生故障的可能性、防患于未然以外，还应采取有效措施，当变配电系统异常运行时及时发出报警信号提醒运行人员及时处理，一旦发生故障时，准确而迅速地将故障元件切除，避免事故的
9、延伸和扩大。这就要在电力系统的电气元件上装设自动保护装置。（三）10kv配电系统继电保护的基本结构柜体和断路器二大部分组成的高压开关柜是高压配电柜的一种，具有架空进出线、电缆进出线、母线联络等功能。柜内电器元件有：1、柜内常用一次电器元件（主回路设备）常见的有如下设备：电流互感器简称CT，电压互感器简称PT，接地开关，避雷器（阻容吸收器），隔离开关,电压接触器，高压熔断器，变压器，高压带电显示器，绝缘件，主母线和分支母线，高压电抗器，负荷开关，高压单相并联电容器等。2、柜内常用的主要二次元件常见的有如下设备：继电器，电度表，电流表，电压表，功率表，功率因数表，频率表，熔断器，空气开关，转换开关
10、，信号灯，电阻，按钮，微机综合保护装置等。图2. 高压配电室的一次系统框图三、系统的设计方案（一）PLC控制系统的设计思路PLC控制系统的主要目的是满足控制要求的前提下，最大限度地提高生产效率和产品质量，同时也要明确系统总体设计思路。 （1）熟悉和掌握被控对象的生产工艺、工作原理、控制要求以及实现的功能。（2）硬件系统设计，包括PLC的选型、确定输入/输出点数、选择通讯方式、输入/输出地址分配、绘制电气接线图等。（3）软件系统设计，包括程序结构设计（采用主程序、子程序和中断程序的模块化结构）、程序功能图设计、程序流程图设计、控制程序设计等。（4）硬件和软件系统调试，通过硬件系统和软件系统调试，
11、解决出现的问题，满足控制功能要求。评估控制任务PLC机型的选择控制柜设计及布线程序设计联机调试PLC安装程序检查、调试控制流程的设计程序备份修改软、硬件模拟运行投入使用是否满足要求 图1 PLC控制系统设计流程（a）根据工艺流程，要最大限度地满足被控对象要求。（b）满足工艺要求的前提下，要保证系统简单、经济、安全可靠、适用以及维护方便。（c）PLC选型时要留有适当的余量。(二)10KV配电继电保护系统的远程监控系统 当10KV配电系统中的设备出现故障或异常时会直接影响电能的传输、变换与分配等问题。目前，对电气设备的故障诊断主要依靠计划检修和平时巡检，如果设备突然出现异常或存在潜伏性故障，事实上
12、在大多情况下运行人员都不能及时处理，使电力系统供电可靠性降低。利用“远程监控技术”能够及时发现10KV配电系统中设备隐患，为迅速排除故障，节省检修时间，提高电力系统安全、稳定运行。该系统不受地理条件、气候条件的影响独立工作，解决通常人工巡检方式平时无法经常到达现场、紧急时刻无法及时到达远距离危险监控点现场的难题，实现了全天候的远程自动巡检。系统可远程在线监视高压输配电设备的运行状况及其参数和设备周围的环境状况及其参数。1.PLC远程监控的原理10KV配电系统内的电器设备的状态通常可以分为三种情况：正常状态、异常状态以及故障状态。正常状态时设备的整体或者局部没有缺陷，或者虽然有缺陷但是不影响设备
13、的正常运行。异常状态是指缺陷已有一定程度的扩展，使电器设备状态信号发生一定的变化，电器设备的性能已经劣化，但仍能维持工作，此时要注意设备性能发展的趋势，要制定相关的检修计划。故障状态则是指设备的性能指标已有明显的下降，设备已经不能维持正常工作，包括电器设备不能继续运行的严重故障以及已经导致灾害事故的破坏性故障等。应用PLC构成的10KV配电继电保护系统的远程监控系统的原理是分别监视10KV配电继电保护系统的总受柜、1#变压器配出柜及2#变压器配出柜的三相电压是否欠压和三相电流是否过流等。对10KV配电继电保护系统的非正常运行进行报警，当10KV配电系统有非正常状态发生或设备异常时，监控系统能及
14、时地发出事故报警，并在计算机显示器上自动推出报警画面，使运行人员能够进行相应处理来防止事件的扩大采用。PLC通过对10KV配电继电保护系统的各种电器进行采样，实现参数的提取和传输，为了便于控制和管理，通过PLC和上位机的通讯，PLC将采集的传感器数据，发送至上位机，进行处理，应用组态软件，实现对系统的远程监控和管理。2.10KV配电系统继电保护的远程监控系统可实现的功能（1）采集与处理功能主要是对生产过程的各种模拟或数字量进行检测、采样和必要的预处理，并且以一定的形式输出，为运行人员提供详实的数据，帮助他们进行分析，以便了解高压配电系统内设备的运行情况。（2）监督功能将检测到的实时数据进行分析
15、、归纳、整理、计算等二次加工，并分别作为实时数据和历史数据加以存储。（3）管理功能利用己有的有效数据、图像、报表等对工况进行分析、故障诊断、险情预测，并以声光电的形式对故障和突发事件报警。（4）控制功能在检测的基础上进行处理，根据事先决定的控制策略形成控制输出，便于配电室内的电器正常运行。（三）远程监控系统的设计1.系统工作流程图6 PLC控制系统框图图片中图2处理掉从图3.4中可知设计的10KV配电继电保护系统的远程监控先利用PLC对10KV配电继电保护系统的主要设备的参数进行采集，再进行远程遥控和保护。该装置需要控制的主要设备有：总受柜、1#变压器配出柜、2#变压器配出柜，采用器来检测连续
16、变化的模拟输入信号物理量，如电压和电流，通过具有2路模拟量输入通道的S7200 PLC的模拟量输入模块进行采集、滤波、放大、模/数转换后得到数字量信号，其中电压模拟量输入的编程元件为“AIW0”，电流模拟量输入的编程元件为“AIW2”。在断路器合闸的前提下，通过开关SA1、SA3、SA5来分别遥控总受柜、1#变压器配出室和2#变压器配出室的开，对总受室、1#变压器配出室和2#变压器配出室的U、V、W三相电压和电流分别进行采集后，若出现欠压和过流则对该现象发出相应的欠压、过流警报，当总受柜、1#变压器配出室和2#变压器配出室的三相电压出现欠压或者三相电流出现过流或者断路器跳闸时则停，也可以通过开
17、关SA2、SA4和SA56手动来控制总受柜、1#变压器配出柜和2#变压器配出柜的停。通过进行数据的采集，从而实现了自动监测和远程遥控，并进行相应的保护。2.上位监控管理机本系统介绍了采用PLC通过对10KV配电继电保护系统的各种电器进行采样，通过电缆将采集的参数进行提取，并传输给上位监控管理机进行处理，可以实时监测所控设备的运行状态，从而实现了对系统的远程监控和管理。（四）硬件部分的设计1.PLC的选择对于10KV配电继电保护系统的远程监控系统，利用PLC对10KV配电继电保护系统的各种电器进行采样，实现参数的提取和传输。PLC 的CPU是采用顺序逻辑扫描用户程序的运行方式，即如果一个输出线圈
18、或逻辑线圈被接通或断开，该线圈的所有触点（包括其常开或常闭触点）不会立即动作，必须等扫描到该触点时才会动作。本系统选用F2N系列，主机型号为CPU 224 XP，具有2个模拟输入点和1个模拟输出点，具有14个数字输入点和10个数字输出点。PLC编制程序克服了继电接触控制系统中的机械触点的接线复杂、可靠性低、功耗高、通用性和灵活性差的缺点，充分利用了微处理器的优点，又照顾到现场电气操作维修人员的技能与习惯，采用一套以继电器梯形图为基础的简单指令形式，使用户程序编制形象、直观、方便易，调试与查错也很方便。2.I/O分配表根据控制要求与设计方案，列出I/O分配表，如表4.2所示。表1 I/O分配表输
19、入点地址功能输出点地址功能I0.0总受柜开Q0.0总受柜开停I0.1总受柜停Q0.11#变压器配出柜开停I0.21#变压器配出柜开Q0.22#变压器配出柜开停I0.31#变压器配出柜停Q0.3总受柜欠压警示I0.42#变压器配出柜开Q0.4总受柜过流警示I0.52#变压器配出柜停Q0.51#变压器配出柜欠压警示Q0.61#变压器配出柜过流警示Q0.72#变压器配出柜欠压警示Q1.02#变压器配出柜过流警示3.主要监控设备中的电器元件10KV配电系统内主要的监控设备是总受柜、1#变压器配出柜及2#变压器配出柜，其内部由断路器、电压互感器、电流互感器、避雷器、移相电容器和接地开关等电器元件组成。
20、（1）断路器断路器是机械的分合设备，能够关合、承载或断开在正常运行情况下的电流，或者是特殊的在一定期限内的非正常电流，如短路电流。断路器可以用来连接母线，在多母线的配置接线中，允许功率从一条母线传输到另一条母线。断路器也被用于分合架空线、电缆馈线、变压器、电抗线圈和电容器。断路器的开断能力主要由以下四个关键因素决定： （1）由断路器操作机构驱动的触头移动速度，操作机构可能是弹簧驱动的、液压的，或者是二者的组合。如果断路器是吹气式的，其动力是压缩空气。 （2）由熄弧介质提供的吹弧压力，以及固定触点的形状。 （3）故障电流的幅值。 （4）暂态恢复电压的幅值和上升的速率。 前两个关键因素与断路器的运
21、行状况有关，后两个因素与故障和电网的状况有关。（2）电压互感器电压互感器是将高电压转换为统一的、可以安全测量的数值，并且损耗很小，几乎工作在开路的情况下。电压互感器将系统电压转化为可测量的二次电压，供表计和保护使用。其中感应式电压传感器有一个低的二次电压输出，这个输出与一次侧的电压成比例，并且相位一致，一次侧和二次侧是互相隔离的，且必须按照一次侧和二次侧的额定电压进行选型，并且二次绕组的精确等级和额定输出要与所连接的设备要求一致。（3）电流互感器电流互感器是将大电流转换为统一的、可以安全测量的数值，并且损耗很小，几乎工作在短路的情况下。电流互感器的一次侧和线路成一体，并有电网的电流流过，根据一
22、次侧绕组的设计不同，可以分为单匝和多匝。电流互感器设计为在预设的误差范围内转换一次侧电流，包括幅值和相角，主要的转换误差来源于自磁化电流。为了确保转换误差保持在很小的范围内，线圈的材料由镍铁合金做成，在一些特殊情况下，使用有空气间隙的线圈来改变暂态过程中的互感器的特性。（4）避雷器金属氧化物避雷器（简称MO避雷器）的工作原理是基于金属氧化物所具有的极端的非线性电压电流特性和很高的能量吸收能力，用于保护重要的设备，尤其是变压器，免受因雷击产生的大气过电压和操作过电压。避雷器连续运行电压为其能够承受的最大工频电压，连续运行电压的峰值必须高于运行电压的峰值。一方面，它是由与电网最大电压相对应的工频电
23、压决定；另一方面，必须考虑可能的谐波电压。在正常的电网中，超过系统电压5%的裕度就足够了。（5）移相电容器移相电容器主要是指额定频率为50HZ或60HZ的电容器，它可以用在需要大量无功功率补偿的电网或工业用户网络中，其无功功率是由它的电容、电网运行电压的有效值和系统频率决定的。将移相电容器安装在靠近最大无功负荷（电机、变压器）的地方，目的是为了减轻输电网络中包括变压器和发电机的无功负荷，并提供相应部分的无功电流。（6）接地开关接地开关是机械的分合设备，用来接地和短路回路电流，能在不正常的情况下，如短路时承受一定时间的电流（1S、3S），但是它们不要求通过连续的工作电流。（五）软件部分的设计1.
24、程序的流程图程序主要依据上断电控制用开关量，选用控制开关便可以实现，过流、欠压保护利用数据采集，进行自动检测来实现保护，具体10KV配电系统远程监控系统的流程图如图5.1所示。图8 10KV配电系统远程监控一个周期的流程图2.梯形图程序根据控制要求、I/O分配表，设计PLC梯形图，如图5.2所示。图 XXX图XXX图7梯形图程序（六）PLC的调试根据系统控制要求，利用编程软件进行编程，得到了如图5.2所示的梯形图程序，为了检验所编的程序能否满足该设计的控制要求，所以必须进行PLC调试。PLC调试前，先对该程序进行编译，编译显示没有错误后，将程序下载到PLC中，然后进行调试，用开关来模拟对10K
25、V配电继电保护系统的远程监控。上断电控制是开关量，选用控制开关便可以实现，过流、欠压保护利用数据采集，进行自动检测来实现保护。PLC的调试过程如下：1.在RUN运行方式下，开始对该系统进行数据采集、遥控和保护，当断路器QF2合闸时，拨动总受柜开控制的开关SA1，Q0.0输出为“1”。拨动总受柜停控制的开关SA2，Q0.0输出为“0”，当断路器QF1跳闸时，Q0.0输出为“0”。2.当检测到总受柜的U、V、W三相电压欠压或者过流时，发出相应的欠压及过流警报，则Q0.3和Q0.4输出为“1”，同时Q0.0输出为“0”。3.当断路器QF3合闸时，拨动1#变压器配出柜开控制的开关SA3，Q0.1输出为
26、“1”。拨动1#变压器配出柜停控制开关SA4，Q0.1输出为“0”，当断路器QF3跳闸时，Q0.1输出为“0”。4.当检测到1#变压器配出柜的U、V、W三相电压欠压或者过流时，发出相应的欠压及过流警报，则Q0.5和Q0.6输出为“1”，同时Q0.1输出为“0”。5.当断路器QF4合闸时，拨动2#变压器配出柜开控制的开关SA5，Q0.2输出为“1”。拨动2#变压器配出柜停控制开关SA6，Q0.2输出为“0”，当断路器QF4跳闸时，Q0.2输出为“0”。6.当检测到2#变压器配出柜的U、V、W三相电压欠压或者过流时，发出相应的欠压及过流警报，则Q0.7和Q1.0输出为“1”，同时Q0.2输出为“0
27、”。六、PLC与组态王通讯的控制系统设计（一）组态王6.53的介绍组态王开发监控系统，是新型的工业，它以标准的工业计算机软、硬件平台构成的集成系统取代传统的封闭式系统，具有人机界面友好、结果可视化等优点。它提供了集成、灵活、易用的开发环境和广泛的功能，能够快速建立、测试和部署自动化应用，来连接、传递和记录实时信息，使用户可以实时查看和控制工业生产过程。（二）组态王6.53的特点它具有适应性强、开放性好、易于扩展、经济、开发周期短等优点。通常可以把这样的系统划分为控制层、监控层、管理层三个层次结构。其中监控层对下连接控制层，对上连接管理层，它不但实现对现场的实时监测与控制，且在自动控制系统中完成
28、上传下达、组态开发的重要作用。尤其考虑三方面问题：画面、数据、动画。通过对监控系统要求及实现功能的分析，采用组态王对监控系统进行设计。也为试验者提供了可视化监控画面，有利于试验者实时现场监控。而且，它能充分利用Windows的图形编辑功能，方便地构成监控画面，并以动画方式显示控制设备的状态，具有报警窗口、实时趋势等，可便利的生成各种报表。它还具有丰富的和灵活的组态方式、数据链接功能。(三) F2N系列PLC的PPI通信协议F2N是什么系列？点到点接口协议（PPI）是西门子专门为F2N系列PLC开发的一个通信协议。主要应用于对F2N的编程、F2N之间的通信及F2N与HMI产品的通信，可以通过PC
29、/PPI电缆或两芯双绞线进行联网。PPI是一个主从协议，F2N为从站，可以响应多个主站的通信请求，只有当主站给从站发送申请时，从站才进行响应。如果用户程序将F2N设置为PPI主站模式，则F2NCPU在RUN模式下作为主站，当设置为PPI主站模式时便可以利用网络读（NETR）和网络写（NETW）指令来读写另一个F2N中的数据。结束语随着国民经济的持续发展，电力用户对供电质量的要求愈来愈高，加强电网建设和改造成为电力系统新的工作重点，而依靠科技的进步，采用先进的技术和现代化的管理手段是电网建设和改造的出发点，实现电网自动化则是重要手段。10KV配电系统是电力系统中的一个重要环节，它的运行情况直接影
30、响到电力系统的可靠、经济运行。要提高配电室运行的可靠性及经济性，一个最基本的方法就是要提高它运行管理的自动化水平，实现配电室的综合自动化。配电室的综合自动化利用计算机技术、现代控制技术、网络通信技术和图形显示技术，实现将常规变电站的控制、测量、信号、保护、计量、安全自动装置、远动等功能整合于一体的计算机监控系统，这项技术涉及多个技术领域，是自动化技术、计算机技术和通信技术等高科技在10KV配电系统远程监控中的综合应用。本课题采用PLC作为10KV配电系统远程监控系统的控制器，是充分考虑到PLC硬件柔性化、抗干扰能力强、控制能力强、构成控制系统简单、设计周期短以及可维护性好等特点，使得远程监控控
31、制系统功能强、可靠性高，和硬件结合即可应用于工业现场。本课题利用组态王6.53使用Siemens的PPI协议通过PPI/PC电缆与PLC进行通信，对10KV配电系统监控以及下位机数据采集、遥控以及保护等进行了设计。通过上位机与下位机的数据实时传输，实现了人机界面友好、运行可靠的监控系统。针对10KV配电系统进行远程监控，不仅提高了运行的可靠性，减少了人为事故，而且保障了系统安全，使运行人员不需要到10KV配电系统就能在第一时间内可迅速了解故障信息，快速排除故障，提高了运行管理水平。参考文献：1陈建明.电气控制与PLC应用M. 北京：电子工业出版社，2009.2徐建俊.PLC技术及应用M. 北京：机械工业出版社，2010.3赵国喜，张海峰，彭勇.无人值班变电站运行技术M.北京：中国电力出版社，2010.4刘介才.供配电技术M.北京：机械工业出版社，2010.5严盈富.监控组态软件与PLC入门M.北京：人民邮电出版社，2007.6廖常初.PLC编程及应用M.北京：机械工业出版社，2007.7国家电力监管委员会.电工经网作业许可考试-高压理论部分. 北京：中国财政经济出版社，2006.8吴中俊.可编程控制器原理及应用M. 北京：机械工业出版社，2003.9 袁任光. 可编程序控制器选用手册S. 北京：机械工业出版社，2002.