PLC設(shè)計思想在繼電保護裝置中的應(yīng)用

陸興

【摘要】在電力系統(tǒng)中加入繼電保護系統(tǒng)，可以大大提高電力系統(tǒng)的可靠性和自動化水平，繼電保護系統(tǒng)的發(fā)展和應(yīng)用，對電力系統(tǒng)的安全運行有著重要的意義，可以帶來明顯的經(jīng)濟效益和社會效益。所以，如何使繼電保護適應(yīng)電力系統(tǒng)的發(fā)展需求屬于電力系統(tǒng)中的一個研究熱點。當(dāng)前，PLC，也就是可編程控制器，由于具有編程容易、調(diào)試簡單、組態(tài)靈活、可靠性高等特點，被廣泛應(yīng)用在各行業(yè)的控制領(lǐng)域。本文就PLC在繼電保護中的應(yīng)用進行探討。

【關(guān)鍵詞】PLC設(shè)計 繼電保護

1繼電保護在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用原理

繼電保護裝置顯然應(yīng)該做到能夠正確區(qū)分系統(tǒng)正常運行狀態(tài)與故障狀態(tài)或不正常運行狀態(tài)之間的差別，以實現(xiàn)保護。

在電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，工頻變化的主要特征參量如下：（1）電流突增。也就是短路電流突然大大超過額定負載電流。（2）電壓降低。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生相間短路或接地短路故障時，系統(tǒng)各點的相間電壓或相電壓值均回產(chǎn)生一定程度的下降，理論上分析，越靠近短路點，電壓下降越多，短路點電壓最低時可降至0。（3）電壓與電流之間的相對相位角發(fā)生改變。系統(tǒng)正常運行時，同相的電壓與電流之間的相位角即負荷的功率因數(shù)角，一般維持在20°左右；但是發(fā)生三相金屬性短路時，同相電壓與電流之間相位角，在架空線路中會變?yōu)?0°到85°；而在反方向三相發(fā)生短路時，反向電壓與電流之間相位角會變?yōu)?。?）測量阻抗發(fā)生變化。測量阻抗也就是安裝保護處的測量點的電壓與電流相量間的比值。線路系統(tǒng)正常運行時，測量阻抗為負荷阻抗；但是發(fā)生金屬性短路時，測量阻抗變?yōu)榫€路阻抗，故障后測量阻抗模值顯著減小，而阻抗角增大。（5）當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生不對稱短路時，線路中會出現(xiàn)相序分量，單相接地短路時，會出現(xiàn)負序分量和零序電流、電壓分量；單相及兩相接地短路時，會出現(xiàn)負序電流分量和負序電壓分量。而系統(tǒng)正常運行時，只有正序分量，上述這些分量是不會出現(xiàn)的。

因此，可以系統(tǒng)正常運行與發(fā)生故障或不正常運行狀態(tài)時系統(tǒng)中電氣量或非電氣量的參數(shù)變化為判定依據(jù)，從不同角度構(gòu)成基于不同原理的繼電保護裝置。

通常情況下，當(dāng)電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，繼電保護系統(tǒng)中的測量部分自動對被保護對象輸入的有關(guān)信號進行檢測并將其傳遞到系統(tǒng)中的比較部分；比較部分將該信號與整定值進行比較，根據(jù)比較結(jié)果判斷保護裝置是否啟動；如果繼電保護裝置被啟動，則邏輯部分根據(jù)比較部分輸出信號的性質(zhì)、大小、出現(xiàn)的次序或它們的組合，設(shè)定保護裝置按一定的邏輯順序進行工作，然后工作指令被傳送到執(zhí)行部分；執(zhí)行部分通過相應(yīng)的操作響應(yīng)電力故障，完成保護裝置所擔(dān)負的任務(wù)。

2電力系統(tǒng)中應(yīng)用PLC進行繼電保護的優(yōu)勢分析

傳統(tǒng)的繼電保護以電磁式繼電器為主，其性能和參數(shù)會根據(jù)制造廠商的不同而產(chǎn)生較大差別，即便是同型號的繼電保護器件，其動作值也會由于材料或者制作工藝等原因參差不同，為繼電保護的調(diào)試和整定帶來許多不定因素。同時，由于傳統(tǒng)的繼電保護裝置屬于時間繼電器，存在延時誤差較大，帶有隨機性等問題，因而不能使繼電保護裝置的上下級之間在限定時間內(nèi)進行很好地配合，易造成越級跳閘現(xiàn)象。再者，傳統(tǒng)的繼電保護裝置金屬消耗量大，導(dǎo)致其體積龐大笨重，不易移動，且接線較多，易造成直流操作系統(tǒng)多點接地故障進而引發(fā)繼電保護裝置的錯誤響應(yīng)動作，該類型的繼電器機械壽命不是很長，保護裝置的可靠性較差。最主要的原因是傳統(tǒng)采用的繼電保護方式已經(jīng)不能滿足電力系統(tǒng)對自動化的需求。

隨著計算機技術(shù)的快速發(fā)展，人們開始在電力系統(tǒng)的繼電保護中應(yīng)用微機技術(shù)。但是微機的編程及調(diào)試相對來說比較復(fù)雜，操作度不夠方便，不易被廣大的電氣技術(shù)人員所接受。PLC器件結(jié)構(gòu)簡單，編程方便，性能優(yōu)越，以其高可靠性而著稱，被廣泛地應(yīng)用在工業(yè)生產(chǎn)過程的自動控制中。鑒于PLC的強大功能，如具有控制、定時、計數(shù)、運算、定位、通訊等，可以滿足電力系統(tǒng)的在遙測、遙信、遙控、遙調(diào)等方面的要求，即使不具備微機知識的電氣技術(shù)人員也能很快掌握；且PLC在硬件和軟件兩方面同時采用了隔離、屏蔽、自我故障診斷和恢復(fù)等技術(shù)和措施，具有非常強的抗干擾能力，所以在電力系統(tǒng)中應(yīng)用PLC繼電保護裝置成為一種非常有效的方式。

3PLC繼電保護裝置的功能實現(xiàn)

PLC繼電保護裝置與電力系統(tǒng)微機保護典型作用流程大致相同，區(qū)別之處在于，該裝置采用保護功能繼電器組和PLC兩部分組成“計算機繼電器邏輯電路”。根據(jù)不同保護對象（主變差動保護、電容器保護、母線保護、電動機保護、線路保護等）確定繼電器組組合，進而將保護裝置區(qū)分成有限多個標(biāo)準(zhǔn)配備。其中所有的單一保護元件均遵循正邏輯法，在PLC其被定義為動作節(jié)點。舉例如下，當(dāng)一個過壓元件發(fā)生動作，則PLC中就有一個相應(yīng)的常開節(jié)點閉合，也就是其電位由0變?yōu)?；當(dāng)一個失壓元件發(fā)生動作，在PLC中相應(yīng)的常開節(jié)點閉合，電位由1變?yōu)?。

PLC編程可以通過施耐德公司開發(fā)的專用編程軟件包Logipam實現(xiàn)，程序?qū)崿F(xiàn)方式采用與電力系統(tǒng)二次電路圖最為相似的可視梯形圖，程序存儲器件EEPROM采用外插方式，可以隨時對編程電路進行修改或者重新設(shè)計。裝置中的PLC程序是循環(huán)執(zhí)行的，循環(huán)周期由整個裝置從采樣到數(shù)字濾波到數(shù)據(jù)處理等諸多環(huán)節(jié)完成的所需的時間周期和電路時序聯(lián)合確定，通常該時間為13.3毫秒。應(yīng)用PLC可以節(jié)省大量繼電器，由于許多功能可以通過PLC軟件編程實現(xiàn)，又減少了大量的中間連線，避免許多干擾，使繼電保護功能更加完善，整體提高了電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性能和時效性能。

4結(jié)語

PLC具有出色的管理、控制、時效等性能，隨著電力系統(tǒng)對性能要求的不斷增多，應(yīng)用PLC對電力系統(tǒng)的繼電保護裝置進行設(shè)計有著廣泛的應(yīng)用前景。

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