论文总字数：17604字

摘 要

当架空输电线路由于故障而跳闸时，相关电力公司和用户可能会因为停电而遭受巨大的经济损失。但是从供电线路长期运行经验看，绝大多数故障都属于瞬时性故障，只需要让跳开的断路器重新合闸，供电线路便能恢复正常供电，能够实现该功能的装置称为自动重合闸装置。传统电磁型的自动重合闸装置触点容易氧化、卡住，且存在电器拒动，可拓展性差等不足，而专门用于工业环境实现自动化控制的可编程逻辑控制器（PLC）能在强干扰情况下正常工作且执行效率高、成本低，因此本文基于西门子S7-1200系列PLC设计并实现了电力线路中的自动重合闸装置，并对涉及到的软硬件进行了详细介绍。另外，在设计程序时，添加了重合闸次数可设置、加速保护模式可选择等功能，以方便该装置可以根据现场情况选择合适的工作方式，并加入报警记录功能方便工作人员进行故障统计，然后绘制了HMI组态界面用来实现断路器工作状态实时显示、参数设置和数据展示等功能，最后利用实验室硬件完成了仿真，仿真结果表明该装置能对线路中故障做出正确的响应来保证线路安全、正常运行。

关键词：输电线路 自动重合闸 PLC HMI

Design and realization of automatic reclosure device for power line

based on PLC

Abstract

When overhead transmission lines trip due to faults, the power companies and users may suffer huge economic losses due to power failure. However, from the experience of long-term operation of power supply lines, most of the faults are transient faults, and the power supply lines can resume normal power supply only if the circuit breaker is re-closed. The device that can realize this function is called automatic reclosing device. Traditional electromagnetic type automatic reclosing device contact oxidation and easily gets stuck, and there are electrical refused to move, but lack of poor expansibility, specially used for industrial environment to realize the automation control of the programmable logic controller (PLC) can work normally under strong interference and high execution efficiency, low cost, so this article is based on Siemens S7-1200 series PLC was designed and implemented the automatic reclosing device of electric power line, and involves the hardware and software is introduced in detail. In addition, in the design application, add the reclosing times can be set up, accelerate the protected mode choice, and other functions, to facilitate the device can select appropriate way of working, according to the site and add alarm record function convenient fault statistics personnel, then draw the HMI configuration interface is used to implement circuit breaker working state real time display, parameter Settings and data display functions, such as the use of laboratory hardware completes the simulation, the simulation results show that the device can fault in the circuit to make the right response to ensure safe and normal operation of the line.

Key words: transmission line; automatic reclosing; PLC; HMI

目录

摘要 I

Abstract II

目录 III

第一章 绪论 1

1.1 本课题的研究背景和意义 1

1.2 本文主要研究内容 3

第二章 自动重合闸装置概述 4

2.1自动重合闸装置应满足的要求及其分类 4

2.1.1自动重合闸装置应满足的要求 4

2.1.2 自动重合闸装置的分类 4

2.2 三相自动重合闸 4

2.2.1 三相自动重合闸应用于单侧电源线路中 5

2.2.2 三相自动重合闸应用于双侧电源线路中 5

2.3 单相自动重合闸 6

2.4 综合自动重合闸 6

2.5 自动重合闸与继电保护的配合 6

2.5.1 重合闸前加速保护 7

2.5.2 重合闸后加速保护 7

第三章 硬件设计 9

3.1硬件概述 9

3.2 可编程逻辑控制器PLC 9

3.2.1 PLC简介及选型 9

3.2.2 PLC控制电路及变量表 11

3.3 HMI 12

3.4 电流互感器、电流变送器和电阻 14

3.5 继电器和接触器 15

第四章 PLC程序设计及仿真 16

4.1 程序控制流程图 16

4.2 程序说明 17

4.3 PLC仿真结果 24

第五章 总结与展望 28

5.1总结 28

5.2综合评价 28

5.3展望 28

致谢 29

参考文献 30

第一章 绪论

1.1 本课题的研究背景和意义

近年来，我国社会经济迅速发展，电网的建设也得到了相应的重视，其容量及电压等级均得到了明显的提高，由此相关工业企业及用户便对供电质量提出了越来越高的要求^[1]。某些工厂若遭遇停电事故，则可能停工停产甚至遭受巨大损失，增强供电系统的可靠性和稳定性便尤为重要。在电力系统中，故障发生率较高的是输电线路，特别是架空输电线路，因此提高输电线路供电的可靠性便尤为重要^[2]。如果在输电线路中使用自动重合闸装置便可改善供电不稳定的情况，进而提高供电质量。当输电线路中发生故障导致继电保护装置动作使得断路器跳闸，然后经过一定时间延时能够自动地使断路器重新合闸的装置称为自动重合闸装置。

发生在输电线路中使断路器跳闸的故障类型包括瞬时性和永久性两种。从供电系统多年运行经验看，瞬时性故障在架空输电线路中发生的特别频繁（在故障总数中占比约为80%），包括雷雨天气下线路绝缘子表面闪络、大风天气下线路之间相碰以及鸟类停歇在导线上等各种原因引起的短路。这种类型的故障发生后，继电器迅速跳闸，使故障快速消失，从而保证输电线路安全，待电弧熄灭、短路处绝缘能力恢复后重新合闸^[3]，输电线路供电便能恢复正常^[4]。而少数情况的永久性故障是由输电线路线杆倒落、导线断裂以及绝缘子损坏失去绝缘能力等原因引起。在这种情况下，重新合闸后断路器依然会跳闸，需要人为进行检查修理，将故障成功排除后才能合闸恢复供电。

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