陆兴

【摘要】在电力系统中加入继电保护系统，可以大大提高电力系统的可靠性和自动化水平，继电保护系统的发展和应用，对电力系统的安全运行有着重要的意义，可以带来明显的经济效益和社会效益。所以，如何使继电保护适应电力系统的发展需求属于电力系统中的一个研究热点。当前，PLC，也就是可编程控制器，由于具有编程容易、调试简单、组态灵活、可靠性高等特点，被广泛应用在各行业的控制领域。本文就PLC在继电保护中的应用进行探讨。

【关键词】PLC设计 继电保护

1继电保护在电力系统中的应用原理

继电保护装置显然应该做到能够正确区分系统正常运行状态与故障状态或不正常运行状态之间的差别，以实现保护。

在电力系统出现故障时，工频变化的主要特征参量如下：（1）电流突增。也就是短路电流突然大大超过额定负载电流。（2）电压降低。当系统发生相间短路或接地短路故障时，系统各点的相间电压或相电压值均回产生一定程度的下降，理论上分析，越靠近短路点，电压下降越多，短路点电压最低时可降至0。（3）电压与电流之间的相对相位角发生改变。系统正常运行时，同相的电压与电流之间的相位角即负荷的功率因数角，一般维持在20°左右；但是发生三相金属性短路时，同相电压与电流之间相位角，在架空线路中会变为60°到85°；而在反方向三相发生短路时，反向电压与电流之间相位角会变为。（4）测量阻抗发生变化。测量阻抗也就是安装保护处的测量点的电压与电流相量间的比值。线路系统正常运行时，测量阻抗为负荷阻抗；但是发生金属性短路时，测量阻抗变为线路阻抗，故障后测量阻抗模值显著减小，而阻抗角增大。（5）当系统发生不对称短路时，线路中会出现相序分量，单相接地短路时，会出现负序分量和零序电流、电压分量；单相及两相接地短路时，会出现负序电流分量和负序电压分量。而系统正常运行时，只有正序分量，上述这些分量是不会出现的。

因此，可以系统正常运行与发生故障或不正常运行状态时系统中电气量或非电气量的参数变化为判定依据，从不同角度构成基于不同原理的继电保护装置。

通常情况下，当电力系统出现故障时，继电保护系统中的测量部分自动对被保护对象输入的有关信号进行检测并将其传递到系统中的比较部分；比较部分将该信号与整定值进行比较，根据比较结果判断保护装置是否启动；如果继电保护装置被启动，则逻辑部分根据比较部分输出信号的性质、大小、出现的次序或它们的组合，设定保护装置按一定的逻辑顺序进行工作，然后工作指令被传送到执行部分；执行部分通过相应的操作响应电力故障，完成保护装置所担负的任务。

2电力系统中应用PLC进行继电保护的优势分析

传统的继电保护以电磁式继电器为主，其性能和参数会根据制造厂商的不同而产生较大差别，即便是同型号的继电保护器件，其动作值也会由于材料或者制作工艺等原因参差不同，为继电保护的调试和整定带来许多不定因素。同时，由于传统的继电保护装置属于时间继电器，存在延时误差较大，带有随机性等问题，因而不能使继电保护装置的上下级之间在限定时间内进行很好地配合，易造成越级跳闸现象。再者，传统的继电保护装置金属消耗量大，导致其体积庞大笨重，不易移动，且接线较多，易造成直流操作系统多点接地故障进而引发继电保护装置的错误响应动作，该类型的继电器机械寿命不是很长，保护装置的可靠性较差。最主要的原因是传统采用的继电保护方式已经不能满足电力系统对自动化的需求。

随着计算机技术的快速发展，人们开始在电力系统的继电保护中应用微机技术。但是微机的编程及调试相对来说比较复杂，操作度不够方便，不易被广大的电气技术人员所接受。PLC器件结构简单，编程方便，性能优越，以其高可靠性而著称，被广泛地应用在工业生产过程的自动控制中。鉴于PLC的强大功能，如具有控制、定时、计数、运算、定位、通讯等，可以满足电力系统的在遥测、遥信、遥控、遥调等方面的要求，即使不具备微机知识的电气技术人员也能很快掌握；且PLC在硬件和软件两方面同时采用了隔离、屏蔽、自我故障诊断和恢复等技术和措施，具有非常强的抗干扰能力，所以在电力系统中应用PLC继电保护装置成为一种非常有效的方式。

3PLC继电保护装置的功能实现

PLC继电保护装置与电力系统微机保护典型作用流程大致相同，区别之处在于，该装置采用保护功能继电器组和PLC两部分组成“计算机继电器逻辑电路”。根据不同保护对象（主变差动保护、电容器保护、母线保护、电动机保护、线路保护等）确定继电器组组合，进而将保护装置区分成有限多个标准配备。其中所有的单一保护元件均遵循正逻辑法，在PLC其被定义为动作节点。举例如下，当一个过压元件发生动作，则PLC中就有一个相应的常开节点闭合，也就是其电位由0变为1；当一个失压元件发生动作，在PLC中相应的常开节点闭合，电位由1变为0。

PLC编程可以通过施耐德公司开发的专用编程软件包Logipam实现，程序实现方式采用与电力系统二次电路图最为相似的可视梯形图，程序存储器件EEPROM采用外插方式，可以随时对编程电路进行修改或者重新设计。装置中的PLC程序是循环执行的，循环周期由整个装置从采样到数字滤波到数据处理等诸多环节完成的所需的时间周期和电路时序联合确定，通常该时间为13.3毫秒。应用PLC可以节省大量继电器，由于许多功能可以通过PLC软件编程实现，又减少了大量的中间连线，避免许多干扰，使继电保护功能更加完善，整体提高了电力系统的稳定性能和时效性能。

4结语

PLC具有出色的管理、控制、时效等性能，随着电力系统对性能要求的不断增多，应用PLC对电力系统的继电保护装置进行设计有着广泛的应用前景。

参考文献：

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