基于PLC的输电线路重合闸控制系统的制作方法

基于plc的输电线路重合闸控制系统
技术领域
1.本实用新型涉及基于plc的输电线路重合闸控制系统的技术领域，具体是一种基于plc的输电线路重合闸控制系统。


背景技术：

2.由于实际应用中的故障绝大多数都是瞬时性的故障，这类短路故障一旦出现，在断路器跳闸之后，如果能够迅速地闭合断路器而使得线路恢复到正常的供电状态，那么将会很大程度地改善电力系统的供电可靠性。这给了重合闸系统的问世提供了一个契机。自动重合闸系统能够在高电压电力线路因故障而使重合闸跳闸后，延时运行断路器对其进行重合闸操作来快速地恢复供电状态，提高了线路的输出电能质量与也使得运行更加稳定可靠。
3.目前普遍采用的主要是由继电器构成内部回路的电磁式重合闸，这类重合闸装置可能会出现误动、拒动等造成重合闸可靠性降低的现象。并且外部复杂的接线方式可能会使检修工作、调试工作变得困难重重，也对重合闸的扩展造成了限制，并且多级动作的控制方式也使电力系统运行的可靠性降低。传统的重合闸还有误差大、功能单一、有色金属消耗大、噪音大等一些不利于环境的保护以及社会的可持续发展的缺点。


技术实现要素：

4.为解决上述问题，即解决上述背景技术提出的问题，本实用新型提出了一种基于plc的输电线路重合闸控制系统，包括10kv输电线路和控制系统，所述10kv输电线路的三相线路a、b和c上分别安装有断路器qf1、断路器qf2和断路器qf3，所述10kv输电线路的三相线路a、b和c上分别安装有电流互感器l1、电流互感器l2和电流互感器l3；
5.所述控制系统包括qf状态检测电路、电流检测电路、输入电路、qf合闸驱动电路、报警电路、plc、通讯电路和上位机，所述plc分别与qf状态检测电路、电流检测电路、输入电路、qf合闸驱动电路和报警电路信号连接，所述plc通过通讯电路与上位机信号连接；
6.所述qf状态检测电路分别与断路器qf1、断路器qf2和断路器qf3信号连接，所述qf合闸驱动电路分别与断路器qf1、断路器qf2和断路器qf3电性连接，所述电流检测电路分别与电流互感器l1、电流互感器l2和电流互感器l3信号连接。
7.本实用新型的进一步设置为：述qf状态检测电路包括继电器隔离电路、消噪声电路、光电隔离电路；
8.所述继电器隔离电路包括220v交流电路、断路器qf1的辅助触点qf1-1、继电器k1和r1，所述辅助触点qf1-1、继电器k1和r1连接到220v交流电路上；
9.所述消噪声电路包括5v交流电源、继电器k1的触点k1-1、滤波电路和施密特触发器，所述继电器k1的触点k1-1、滤波电路和施密特触发器接在5v交流电源上，所述光电隔离电路设置在5v交流电源的输出端，且5v交流电源的输出端与plc连接。
10.本实用新型的进一步设置为：所述报警电路包括闪光灯和蜂鸣器，且闪光灯和蜂
鸣器分别与报警电路信号连接。
11.本实用新型的进一步设置为：所述电流检测电路包括电阻r17、一阶低通滤波电路、双向限幅电路、fx2n-4ad和扩展电缆，所述所述10kv输电线路通过电流互感器l1与电阻r17一侧耦合，所述一阶低通滤波电路、双向限幅电路和fx2n-4ad电性相连，fx2n-4ad通过扩展电缆与plc电性相连。
12.本实用新型的进一步设置为：所述电流互感器l1二次侧额定电流值取1a，设定值取0.08a。
13.本实用新型的有益技术效果为：通过利用plc内部软件编程代替硬件接线的方式，将传统的重合闸的硬件接线转化为plc内部的程序，使得重合闸系统的外部接线变得简单，简化了外部复杂的接线，且系统在动作的正确率方面比传统的重合闸系统有了大幅度的提升，提高了系统的安全性、稳定性与灵活性,大大减小了可能因重合闸错误动作而造成的损失。plc与重合闸系统的结合使重合闸更加智能化，在功能的扩展上也更加有优势，这样就既克服了传统电磁式重合闸的各种缺点，又将传统的设计方案与plc结合在一起,检修与调试变得更加方便，使用的场合变得更加灵活。
附图说明
14.图1示出了总体系统框图。
15.图2示出了qf状态检测电路图。
16.图3示出了电流检测电路图。
17.图4示出了输入电路图。
18.图5示出了qf合闸驱动电路接触器回路图。
19.图6示出了qf合闸驱动电路qf1线圈回路图。
20.图7示出了闪光灯电路图。
21.图8示出了蜂鸣器电路图。
22.图9示出了主电路部分流程图。
23.图10示出了准备部分流程图。
具体实施方式
24.下面参照附图来描述本实用新型的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本实用新型的技术原理，并非旨在限制本实用新型的保护范围。
25.本实用新型提出了一种基于plc的输电线路重合闸控制系统，因为电力系统中发生的故障为瞬时故障的可能性较大，所以为了提高供电的可靠性以及提高电能的质量，需要通过重合闸系统对发生故障导致断路器跳闸的输电线路进行重合闸操作。本设计通过将plc与重合闸系统相结合，解决了传统的重合闸接线复杂，检修困难等问题，提高了重合闸的灵活性与扩展性。
26.因为本设计是基于三相一次重合闸进行设计的，所以断路器跳开时为三相一起跳开，合闸时也为三相一起合闸。当线路上发生故障时，断路器跳开，因为断路器处在10kv的输电线路上,电压电流都很大，所以不直接对断路器的状态进行检测，而是对与断路器同时
动作的辅助触点的状态进行检测。当利用qf状态检测电路对断路器的辅助触点的状态进行检测时，检测到辅助触点的状态，就能够判断断路器的状态是处在断开还是闭合状态。利用三个断路器qf状态检测电路同时对三相输电线路上的三个断路器进行状态检测，如果检测到三个断路器中任意一个辅助触点处于断开状态，即可判断断路器qf处在断开状态，接下来由三个电流检测电路对10kv输电线路上的三相的电流同时进行检测，通过判断电流互感器二次侧电流大小来判断三相输电线路上是否有电流，断路器是否处在断开状态，输电线路上是否有故障。如果检测到电路互感器二次侧的电流小于8％的二次侧额定电流(电流互感器二次侧额定电流取1a，则二次侧额定电流的8％为0.08a)时，则需要利用plc控制qf合闸驱动电路进行断路器的三相一次重合闸操作，使断路器进行三相合闸，恢复供电。如果只检测到断路器处于断开状态而二次侧电流值未低于电流互感器二次额定电流值的8％时，则断路器可能为完全断开，plc不控制驱动电路进行合闸操作，并且驱动报警电路进行报警。plc还与通信电路相连，进行系统状态信息的双向传递，然后连接上位机，进行信息的传递。
27.在对断路器的状态进行检测之前，需要对输入的按钮进行检测，只有plc的开始工作的按钮按下并且plc的停止工作按钮没有被按下才能开始执行程序，如果plc的开始工作的按钮没有被按下但是plc的停止工作按钮被按下，这时不能执行plc程序。当plc的手动合闸按钮按下时，需要plc直接控制qf合闸驱动电路进行三相一次合闸，当plc的手动分闸按钮按下时，plc不能启动qf合闸驱动电路。
28.如图1所示，通过将10kv输电线路上断路器的状态以及电流值进行检测，并将信号传送至plc，plc通过内部程序决定是否对断路器进行重合闸操作，是否进行报警动作。plc还可以通过通信电路与上位机进行信息传送。
29.如图2所示，qf状态检测电路：由继电器隔离电路、消噪声电路、光电隔离电路构成。利用10kv输电线路上的断路器qf1的辅助触点qf1-1的通断去启动小信号继电器k1，将辅助触点qf1-1连接到220v交流电上，再连接继电器进行继电器隔离，r1使电平维持在高电平且形成小电流。例如，当将一个开关量转换成作为输入信号的时候，因为空间或者是长线的干扰，产生一些干扰信号时，可能就会导致传递错误的状态。所以，需要增设一个消噪声的电路来进行滤波和抗干扰。将继电器k1的触点k1-1接在5v交流电源上，经过滤波电路和施密特触发器构成的消噪声电路后，输出就消除了这种干扰。再通过光电耦合电路，当存在两个输入信号时，左侧的二极管呈现饱和导通的状态，并且向右侧发出光束，使右侧的光敏三极管也向左侧呈现饱和导通的状态，这样就使得输出端显示出一定的电位，这样就使得对信息的转换和传递过程都必须处在完全密闭的环境下才能进行，没有电的直接相互联系，不会受到电磁信号的影响，这就提高了电路的抗干扰能力，提高隔离效果。最后将输出端与plc相连，形成qf状态检测电路，检测10kv输电线路上的断路器qf的状态，由于断路器处在10kv电压的线路上，无法用plc进行直接检测，所以通过检测断路器的辅助触点状态进而检测断路器是处于闭合还是断开状态。因为是三相重合闸，所以当一相断开时，另外两相也处于断开状态。当检测到任意一相断开时，plc均需启动重合闸。
30.如图3所示，电流检测电路：由电流互感器、一阶低通滤波电路、双向限幅电路和fx2n-4ad和扩展电缆组成。10kv输电线路通过电阻r17将电流互感器二次侧引来的交流电流变成交流电压，再经过一阶低通滤波电路滤除线路中的高频分量，再通过双向限幅电路
进行稳压限幅，将转换后的电压变成后面环节中fx2n-4ad所允许通过的电压。fx2n-4ad模块通过扩展电缆与plc芯片相连。其中电流互感器二次侧额定电流值取1a，设定值取0.08a，则当检测值小于0.08a时，可以认为是线路处在无电流状态，对输电线路上的电流进行监测，电流值低于电流互感器二次额定电流值的8％(电流互感器二次额定电流为1a时，低电流动作值为0.08a)，则可以确定输电线路上的断路器处于断开状态，需要plc控制启动重合闸系统。若有电流值未低于电流互感器二次额定电流值的8％，则断路器可能处于虚接状态，并未完全跳开，此时plc不需要启动重合闸系统，需要启动报警电路进行报警。
31.如图4所示，控制输入电路：控制输入电路为按钮原件。按钮是主令元件，只能向plc发送信号，当plc接收到按钮的电压变化(通断变化)后，根据plc中的逻辑控制程序，输出相对应的控制结果，当运行人员操作plc启动或者停止时，可以利用输入电路对plc进行控制。或者当运行人员想要手动来控制断路器进行分闸或者合闸操作时，如果运行人员按下手动分闸按钮时，应该通过plc控制断路器qf合闸驱动电路不动作，断路器不进行重合闸操作；如果运行人员按下手动合闸按钮时，应该通过plc控制断路器qf合闸驱动电路动作，断路器进行重合闸操作。
32.如图5-6所示，qf合闸驱动电路：plc通过控制接触器km1的得电与失电来控制qf1线圈的得电与失电通过qf1线圈的得电与失电进而控制断路器qf1的闭合与断开，当通过qf状态检测电路和电流检测电路分析得到断路器已经处于断开的状态时，应该通过plc来控制驱动电路，使重合闸系统进行三相重合操作。
33.如图7-8所示，报警电路：当qf状态检测电路检测到断路器断开时，报警电路发出指令，控制灯和蜂鸣器进行报警。当qf状态检测电路检测到断路器断开，但电流检测电路未检测到输电线路上的电流低于设定值时，则需要通过plc启动报警电路，控制灯闪烁和蜂鸣器响进行报警。
34.通信电路：将plc与通信电路相连，把系统的状态与通信电路进行双向信息传递，在与上位机相连，进行信息的传递。
35.如图9所示，从输电线路开始投入运行时，plc程序就要开始为重合闸做准备。通常通过对重合闸“充电”时间(重合闸的复归时间)进行计时来判断重合闸是否已经准备完成，当“充电”计时达到20s时，即充电完成，重合闸已准备就绪，随时都可以投入使用；如果计数器计时未满时20s时，即使其余条件均满足合闸条件，也不允许进行重合闸操作。如果在计数器进行计时的期间，或者计数器完成20s计时后，线路上有闭锁重合闸的条件出现，那么程序将会将计数器进行清零，并且使计数功能禁止。程序检测到计数器的计时未满20s时，也需要禁止重合闸进行重合。
36.主电路部分的设计。利用qf断路器检测电路对10kv输电线路上的断路器的辅助触点的状态进行检测，判断断路器qf1、qf2和qf3处在断开还是闭合的状态，因为本设计研究的对象是三相一次重合闸，所以当a相、b相、c相中任意一相或者两相的输电线路出现短路故障，a相、b相、c相上的断路器均要断开，即断路器的辅助触点也处在断开状态。当qf断路器检测电路检测到辅助触点没有断开时，需要返回，继续检测。如果检测到辅助触点断开，那么需要进行下一步，通过电流互感器和ad模数转换模块对输电线路上的电流大小进行判断，判断其是否低于设定值。当输电线路上的电流没有低于所设定的值时，则需要对“充电”计数器进行清零，并且禁止计数器计时，同时启动报警电路的灯和蜂鸣器进行报警，并结束
程序；如果检测到的电流低于设定的值，则需要检测“充电”计时是否计满20s，若未满20s，则“充电”计数器清零，禁止计时，当“充电”计时满20s时，启动重合闸动作时限计时，当计时时限到时，发送合闸命令，使断路器进行合闸操作，重合三相，并且对“充电”计数器进行清零处理，清零之后重新开始计时，并且返回到对断路器qf状态进行检测的那一步。
37.如图10所示，当输电线路发生故障时，重合闸动作一次，表示断路器完成了一次由跳闸状态转化为合闸状态的过程。为了保障断路器能够成功进行二次合闸，就需要使第一次完成由跳闸状态转化为合闸状态到第二次完成由跳闸状态转化为合闸状态中间相间隔足够的时间(即为重合闸的复归时间)，这样才能使第二次合闸成功。重合闸的复归时间一般取15～20s，在本设计中，重合闸复归时间选取20s。
38.检测是否按下plc停止工作按钮，即sb2，如果按下，则返回继续检测，如果没有按下，则检测是否按下plc工作按钮，即sb1，如果没有按下，则重新继续检测，如果按下，则plc开始变为工作状态。继续检测是否按下手动合闸按钮，即sb4，若按下，则需要plc控制qf合闸驱动电路，使断路器进行三相合闸操作，即闭合qf1、qf2和qf3,若sb4没有按下，则需要检测手动分闸(跳闸)按钮，即sb3是否被按下，若没有按下，则返回，若按下，则不用通过plc启动qf合闸驱动电路进行断路器合闸操作，即为闭锁qf合闸驱动电路。设定延时时间。
39.虽然已经参考优选实施例对本实用新型进行了描述，但在不脱离本实用新型的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件，尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本实用新型并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。
40.在本实用新型的描述中，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
41.此外，还需要说明的是，在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
42.术语“包括”或者任何其它类似用语旨在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、物品或者设备/装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其它要素，或者还包括这些过程、物品或者设备/装置所固有的要素。
43.至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本实用新型的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本实用新型的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本实用新型的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本实用新型的保护范围之内。