基于PLC的自动化变压器继电保护装置设计戴金龙

基于PLC的自动化变压器继电保护装置设计戴金龙

戴金龙

（丹东供电公司辽宁丹东118000）

摘要：传统的继电保护装置是按照动作值的整定计算来进行的，灵敏度校验方面采用最小运行方式进行检验。这种继电保护装置的缺点主要是整定保护时间过长，继电保护时间有限以及保护故障检测比较困难等。上述问题的根源在于传统的微机保护并不能在动态运行中实现对继电保护运行系统状态的检测。本文浅析基于PLC的自动化变压器继电保护装置设计。

关键词：继电保护系统；PLC；多级代理机制

引言

在电力系统的继电保护装置中,通常要求其具有较好的选择性、较高的可靠性以及良好的使用稳定性。传统的继电保护装置是按照动作值的整定计算来进行的,灵敏度校验方面采用最小运行方式进行检验。但是这种传统的继电保护装置的缺点主要体现在整定保护时间过长,继电保护时间有限以及保护故障检测比较困难等。出现上述问题的根源就在于传统的微机保护并不能在动态运行过程中实现对继电保护运行系统状态的检测。目前基于自适应以PLC为基础的继电保护设计系统能够充分考虑到变压器继电保护系统的实际运行状况和具体问题的复杂性,从而实现电力系统的理想保护自动化系统选择。

1嵌入式PLC的原理

随着近代控制学的不断发展,尤其是最近十几年来嵌入式系统的发展,它以较小体积、动态稳定性以及低成本,能够实现与互联网的良好融合等优点得到了全世界的工业用电系统的青睐。PLC技术是在最新国际标准IEC61131-4的颁布的基础上逐渐发展起来,PLC在实现软件封装的同时,还可以实现“微机”的功能,已经广泛的应用在各个领域。随着工业化用电的不断发展,要求PLC处理的信息能力不断值增强,对其运算精度和实时性能要求越来越高。目前电力系统同经常采用嵌入式PLC控制系统,一方面可以采用PLC语言进行逻辑编程;同时还兼具着计算能力强和实时性优异的特点。

2基于PLC的继电保护系统特征

2.1可信性

PLC构件是否具备很高的可信任程度与用户之间相关，而这种通过可控制编程器来实现继电保护工作的系统中具备非常好的效果。通过此种构建的系统使用，将故障以及失效的发生频率控制在一定的范围。另外所产生的后果和损失也大都在用户能够接受的范围中，因此赢得了更多用户的信任。PLC构建控制下的继电保护系统能够满足用户各种需求，完成各种设置的任务后满意度非常高，同时在故障处理的过程中，所实现的用户服务非常优良，持续性较长，这都显示其可靠性。

2.2可重新性

PLC系统控制下的继电保护系统能够最大限度的避免任何修改，或者是稍微进行调整就可以对系统进行重新使用。这样对整个开发流程进行了简化，同时对开发中所需要用的费用和成本都很大程度的降低，这对于整个电力工程行业来说都是双赢，不仅提升了经济效益，也保证了社会效益的获得。

2.3可移植性

可移植性就是能够实现一种计算机环境再到另一种环境中的可行性。在PLC构件下的继电保护系统就能够实现移植之后还能够正常的工作，尽快投入到工作中，证明它所具备的更好的特质。一般来说，PLC构件的继电保护系统中所展出的这些特点中主要在进行工作量转移中所形成的成本有着非常大的联系，成本低说明可移植性更高。

2.4更加规范

PLC从硬件上来看，与其他控制器之间的对比也明显，所采用标准更加规范，对于用户来说也更加方便。根据系统需要，对编程程序进行改善和优化，实现对内部系统的诊断，保证在设备运行中出现更少的故障率。如果出现故障，系统能够实现自我诊断的方式，对发生故障的原因进行分析，便于技术人员排除PLC系统故障。

3PLC机继电保护装置的设计与可行性分析

3.1总体结构

工业用PLC继电保护对工厂的电力系统的安全性、可靠性以及实时性具有关键的作用。文章针对某工厂进行的基于PLC的某工厂降压变电所的继电保护设计，必须达到“选择性、灵敏性、瞬时动态性和稳定性”四个方面的基本要求。文章所使用的PLC是以三星公司的S3C2510芯片为虚拟机系统，该系统采用了ARM920T内核，具有低能耗、内设丰富和高速处理数据的基本功能，系统中的每一个操作任务都会有优先级别，是一个实时操作系统，能够满足该工厂继电器保护装置的设计要求。在工厂继电器保护设计中，由于保护的原理不同，需要使用PLC编程语言，所使用的算法也就不尽相同，根据工厂的实际情况来进行继电保护软件程序的编写。

3.2PLC多代理机制过电流继电保护设计

本系统采用的继电保护为PLC多代理机制,如果要实现对每个控制进出线断路器,仅需要对PLC控制器进行微调即可。在PLC的数据输出点上可以增减电压检测单元,电压的信号数值来自于PT两侧的电压值;其次可以调整PLC整定值,将电流值调整为最大允许电流值;电压值可以设置为母线电压的60%-70%。对于本设计中的6KV空压站进线断路器QF4而言,在带有PLC代理机制的过电流饱和情况下。基于多级代理的过电流继电保护装置的技术关键在于对现场的PLC以及PLC与上位机之间的信息交互进行设置,满足其一定的动态稳定性。早期的变电站采用的是串行网络通信技术,这种通信方式的主要缺点为传输的速率比较低,一般采用主从结构,会带来主机信息的共享的困难。目前比较流行的是现场总线技术,本设计中采用的CAN现场总线技术还具有全球的统一标准。假设在空压站6KV的母线上发生三相电压故障,通过与传统继电保护模式相对比可知,多级代理机制PLC,可以通过对QF4断路器的设置,让其处于未切断的短路状态,则其上级车间10KV出线断路器QF3自动调动,切断故障进行保护。在传统的过电流保护模式下,熔断器QF3会在QF4后备保护0.5S后进行跳闸,使得系统的拓扑结构发生变化。

3.3PLC多代理机制过电流

本系统采用的继电保护为PLC多代理机制，如果要实现对每个控制进出线断路器，仅需要对PLC控制器进行微调即可。在PLC的数据输出点上可以增减电压检测单元，电压的信号数值来自于PT两侧的电压值；其次可以调整PLC整定值，将电流值调整为最大允许电流值；电压值可以设置为母线电压的60%-70%。对于本设计中的6kV空压站进线断路器QF4而言，在带有PLC代理机制的过电流饱和情况下。基于多级代理的过电流继电保护装置的技术关键在于对现场的PLC以及PLC与上位机之间的信息交互进行设置，满足其一定的动态稳定性。早期的变电站采用的是串行网络通信技术，这种通信方式的主要缺点为传输的速率比较低，一般采用主从结构，会带来主机信息的共享的困难。目前比较流行的是现场总线技术，本设计中采用的CAN现场总线技术还具有全球的统一标准。假设在空压站6kV的母线上发生三相电压故障，通过与传统继电保护模式相对比可知，多级代理机制PLC，可以通过对QF4断路器的设置，让其处于未切断的短路状态，则其上级车间10kV出线断路器QF3自动调动，切断故障进行保护。在传统的过电流保护模式下，熔断器QF3会在QF4后备保护0.5S后进行跳闸，使得系统的拓扑结构发生变化。

结语

综上所述，随着经济的发展和进步，带动了科学技术的飞速提升，在自动化技术发展中更多应用了PLC控制技术实现对各种装置的保护工作，所取得的效果是非常明显的。当虽然能够满足设计的需求，但是还有以下问题需要进一步探索：①文章所涉及的PLC虚拟机指令相对比较简单，仅能实现比较常规的PLC编程需要，针对继电保护系统的多样性需求，需要进一步丰富；②所设计系统运行可靠性需要进一步验证，尤其是继电保护系统的实时动态性能需要验证。

参考文献

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