毕业论文7.5

I学科代码:080601学号：081401010067贵州师范大学（本科）毕业论文论文题目：基于PLC220KV变电站的自动化控制及其继电保护学院：机械与电气工程学院专业：电气工程及其自动化年级：2008级姓名：姚昌兵指导老师：吴楠（讲师）完成时间：2012年5月5日II题目：基于PLC220KV变电站的自动化控制及其继电保护姓名：姚昌兵摘要变电站综合自动化对于保证供电可靠性和电能质量，对于电力系统的安全、稳定运行具有极其重要的作用。本毕业设计以车江变电站现有设备为参考，通过引入PLC设计了一个变电站综合自动控制和继电保护系统。本设计在学习变电站综合自动化系统的基本概念，学习数据通信、可编程控制器和触摸屏相关知识的基础上，对基于SIMATICS7-300PLC的变电站综合自动化实际系统进行初步的硬件结构设计和软件设计。并以断路器控制、中央信号系统为具体研究对象，由SIMATICS7-300PLC和计算机、触摸屏组成硬件系统，实现了PLC和触摸屏之间的通信，编写了PLC和触摸屏程序，实现了断路器控制和中央信号系统的基本功能，以及通过对继电保护的电气元件的选择实现其保护的功能。关键词变电站；综合自动化；可编程控制器；触摸屏；继电保护AbstractIntegratedsubstationautomationplaysanimportantroleinguaranteeingthepowersupplyreliabilityandqualityofelectricenergy,thesecurityandstableoperationofpowersystems.ThegraduationdesigninthetransformersubstationequipmentfortheCHEJIANG,throughtheintroductionofPLCdesignedasubstationintegratedautomaticcontrolandrelayprotectionsystem.Onthebasisofstudyingthebasicconceptsofintegratedsubstationautomationsystem,therelevantknowledgeofdatacommunication,PLCandtouchpanel,theinitialhardwarestructureandsoftwareofintegratedsubstationautomationsystembasedonSIMATICS7-300PLCisdesigned.Andcircuitbreakercontrol,thecentralsignalsystemforspecificsubjects,bySIMATICS7-300PLCandcomputer,touchpanelconsistinghardwaresystem,thecommunicationbetweenPLCandtouchpanelisimplemented,theproceduresofPLCandTouchpanelareprepared,circuitbreakercontrolandthecentralsignalsystem'sbasicfunctionsareimplemented，Andthroughtotherelayprotectionofelectricalcomponentschoicetorealizeitsprotectionfunction.Keywordstransformersubstation,integratedautomation,programmablecontroller,Touchpanel，Relayprotection序言本文是关于220KV榕江县车江变电站现有设备为参考，对其自动控制系统及继III电保护系统设计。该系统是尽量实现少人的值班，通过对变电站内的二次设备及控制系统软、硬件的重新组合、优化，实现对变电站全部设备的运行情况执行监视、测量和自动化的管理。提高安全可靠性和运行管理水平。该理念是采用变电站的综合自动化、数据通信、可编程控制器和触摸屏的相关技术及其继电保护的设计方法，通过对PLC和计算机、触摸屏之间的连接和相互通信，实现自动化的管理。本文第一部分主要讲述了对变电站的综合自动化的设计、PLC的选择及其与计算机通信连接的设计、触摸屏的选择与PLC和计算机的通信设计、断路器的控制及选择与PLC和计算机通信以及连接；第二部分主要讲述了通过对继电保护的电气元件计算对其进行选择。通过其有机高效的结合，实现管理的自动化，增加运电的效率，降低生产成本。本设计可实现少人的管理，在未来可实现无人化管理。4第一部分变电站综合自动化第一章绪论1.1变电站实现自动化控制的目的和意义1.1.1传统变电站的缺点众所周知，变电站是电力系统中不可缺少的重要组成部分，它担负着电能转换和电能重新分配的繁重任务，对电网的安全和经济运行起着举足轻重的作用。尤其是现在大容量发电机组的不断投运、超高压远距离输电和大电网的出现，使电力系统的安全控制更加复杂，如果仍依靠原来的人工抄表、记录、人工操作为主，依靠原来变电站的旧设备，而不进行技术改造的话，必然没法满足安全、稳定运行的需要，更谈不上适应现代电力系统管理模式的需求。传统变电站存在如下的缺点[1]：（1）安全性、可靠性不能满足现代电力系统高可靠性的要求。（2）供电质量缺乏科学的保证。（3）占地面积大，增加了征地投资。（4）不适应电力系统快速计算和实时控制的要求。（5）维护工作量大，设备可靠性差，不利于提高运行管理水平和自动化水平。1.1.2变电站实现自动化控制的优越性随着微电子技术、计算机技术和通信技术的发展，变电站自动化控制技术得到了迅速发展。近几年来，变电站自动化控制已成为热门话题，引起了电力工业各部门的注意和重视，并成为当前我国电力工业推进技术进步的重点之一。变电站自动化控制是将变电站的二次设备(包括测量仪表、信号系统、继电保护、自动装置和远动装置等)经过功能的组合和优化设计，利用先进的计算机技术、现代电子技术、通信技术和信号处理技术，实现对全变电站的主要设备和输、配电线路的自动监视、测量、自动控制和微机保护，以及与调度通信等综合性的自动化功能。变电站实现自动化控制的基本目标是提高变电站全面的技术水平和管理水平，提高电网和设备的安全、可靠、稳定运行水平，降低运行维护成本，提高经济效益，提高供电质量，促进配电系统自动化。变电站实现自动化控制的优越性主要有以下几方面[1]：（1）提高变电站的安全、可靠运行水平。（2）提高供电质量，提高电压合格率。（3）简化了变电站二次部分的硬件配置。5（4）提高电力系统的运行、管理水平。（5）缩小变电站占地面积，降低造价，减少总投资。（6）减少维护工作量，减少值班人员劳动量，实现减人增效。（7）有利于提高变电站无人值班管理水平。1.2变电站自动化控制的发展过程和现状1.2.1国内变电站自动化控制的发展过程和现状我国变电站自动化控制的研究工作开始于20世纪80年代中期。1987年，清华大学电机工程系研制成功第一个符合国情的变电站综合自动化系统，在山东威海望岛变电站成功地投入运行，1988年通过技术鉴定。鉴定结论为国内首创，填补了国内一项空白，并达到国际80年代先进水平。20世纪80年代后期，不少高等院校、研究单位和生产厂家投入到变电站综合自动化的研究中。90年代，变电站自动化控制已成为热门话题，研究单位和产品如雨后春笋般蓬勃发展。规模比较大的单位有南瑞公司、四方公司等。近几年来，大规模集成电路技术和通信技术的迅猛发展，网络技术、现场总线技术等的出现，为提高变电站自动化控制水平提供了技术支持。90年代中，变电站自动化控制实际上成为电力系统自动化最亮丽的热点，其功能和性能也不断完善。变电站自动化控制已成为新建变电站的主导技术[1]。目前国内无人值班与变电站自动化控制系统基本应用在110kV和35kV中低压变电站中，已投入了相当数量，发挥了积极作用。各地区，特别是经济发达地区对新建110kV变电站大多要求按无人值班设计。无人值班变电站按实现的自动化水平可分为两类：一种是远动RTU方式，另一种为全新的综合自动化。较早推行无人值班的地区，由于受当时自动化水平和经济能力的限制往往采用第一种方式，该方式仅在原常规有人值班变电站的基础上在RTU中增加了遥控、遥调功能，站内仍保留原有的控制屏、指示仪表、光字牌等设备。所有信号由RTU集中采集，遥控、遥调指令通过RTU装置硬接点输出，由控制电缆引入二次回路控制，与控制保护不能交换信息，保护动作信号仍需通过继电器接点采集。采用这种方式所需二次电缆比常规有人值班变电站更多，二次回路也更复杂。第二种方式，即为现在广为流行的变电站自动化控制方式。其最大的特征是将站内监控功能、SCADA信号采集、远动功能以及数字保护信息结合为一个统一的整体，完全取消了传统的集中控制屏，二次回路极为简单，控制电缆大量减少，既可有人值班运行，也可无人值班运行。我国220kV和500kV电压等级的变电站基本上为有人值班运行方式，除发遥测、遥信信号外，变电站一般具有站内监控系统。几年前投运的变电站监控系统与远动系统完全是彼此独立、互不相关的，数据各自分别采集，信息不能共享，6硬件设备重复设置，重复投资。近几年设计的站内监控系统已把站内监控系统与远动功能综合在一起，可向几个不同级别的调度中心发送各自需要的远动信息，所有遥测、遥信集中采集。这种方式带控制功能，可对断路器和电动操作隔离开关进行控制操作，并可与数字保护交换信息，可分析数字保护运行状态，动作行为，远方定值修改，提供了更加详细的信息资料，方便运行管理。1.2.2国外变电站自动化控制的发展概况国外变电站自动化控制的研究工作开始于20世纪70年代中后期。80年代以后，研究变电站综合自动化系统的国家和大公司越来越多，包括德国西门子公司、ABB公司、AEG公司，美国GE公司、西屋公司，法国阿尔斯通公司等。这些公司都有自己的综合自动化系统的产品。西门子公司于1985年在德国汉诺威正式投运其第一套变电站自动化系统LSA678，至1993年已有300多套同类型的系统在德国本土及欧洲其他国家不同电压等级的变电站投入运行，至1995年，该公司在中国也陆续得到十几个工程项目，基本上是110kV城市变电站。LSA678系统的结构有全分散式和集中与分散相结合两种类型。ABB公司的变电站自动化控制系统SCS100，在芬兰生产，用于中、低压变电站。CSC200在瑞典生产，用于高压变电站[1]。由此可见，国外研究变电站自动化控制系统始于20世纪70年代后期，80年代发展较快。著名的制造厂商颇多，但他们彼此间一开始就十分注意这一领域的技术规范和标准的制定与协调，避免各自为政造成不良后果，这是很值得我们学习的。1.3变电站自动化控制系统的内容、功能和特点1.3.1变电站自动化控制系统的主要内容变电站自动化控制系统是利用多台微型计算机和大规模集成电路组成的自动化系统，该系统代替常规的测量和监视仪表，代替常规控制屏、中央信号系统和远动屏，用微机保护代替常规的继电保护屏，改变常规的继电保护装置不能与外界通信的缺陷。变电站自动化控制系统可以采集到比较齐全的数据和信息，利用计算机的高速计算能力和逻辑判断功能，可方便地监视和控制变电站内各种设备的运行和操作。一般来说，变电站自动化控制的内容应包括变电站电气量的采集和电气设备(如断路器等)的状态监视、控制和调节。通过变电站自动化控制技术，实现变电站正常运行的监视和操作，保证变电站的正常运行和安全。当发生事故时，由继7电保护和故障录波等完成瞬态电气量的采集、监视和控制，并迅速切除故障，完成事故后的恢复操作。此外，变电站自动化控制系统的内容还应包括监视高压电器设备本身的运行(如断路器、变压器和避雷器等的绝缘和状态监视等)，并将变电站所采集的信息传送给调度中心，必要时送给运行方式科和检修中心等，以便