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PLC實現(xiàn)三段式電流保護和自動重合閘保護

張?zhí)烊?/p>

（天津工程職業(yè)技術(shù)學院，天津市 300280）

針對傳統(tǒng)的繼電保護方式已經(jīng)不能滿足電力系統(tǒng)的自動化要求，經(jīng)教學研究發(fā)現(xiàn)PLC構(gòu)成的繼電保護裝置，調(diào)試簡單，組態(tài)靈活，可以滿足電力系統(tǒng)的遙控的要求。

PLC；控制回路；組態(tài)王

繼電保護技術(shù)是隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展而逐漸興起發(fā)展的，繼電保護裝置是指安裝在保護元件故障或不正常運行狀態(tài)并作用于斷路器跳閘或發(fā)出信號的一種裝置。傳統(tǒng)的繼電保護和自動重合閘裝置大都采用電磁式繼電器和各種控制開關(guān)構(gòu)成，由于制造廠商的不同，其性能和參數(shù)差別較大，即使是同一型號的器件，其動作值也參差不同，給繼電保護的調(diào)試帶來不便；而且其連接導線繁多，繼電器的壽命有限，容易發(fā)生裝置的誤動和拒動，影響電力系統(tǒng)的可靠性?？偠灾?，傳統(tǒng)的繼電保護方式已經(jīng)不能滿足電力系統(tǒng)的自動化要求。

PLC構(gòu)成的繼電保護裝置，調(diào)試簡單，組態(tài)靈活，可以滿足電力系統(tǒng)的遙控的要求。因此，PLC構(gòu)成的繼電保護裝置具有廣闊的前景。

本文介紹利用可編程控制器和組態(tài)王實現(xiàn)單相三段式電流保護，及自動重合閘的功能。

一、輸電線路三段式電流保護與自動重合閘的理論基礎(chǔ)

1．三段電流保護與它們的作用

電流速斷保護又稱為第Ⅰ段電流保護，Ⅱ段是帶時限電流速斷保護，定時限過流保護即電流保護的第Ⅲ段。

電流速斷保護只能保護線路的一部分，帶時限的電流速斷保護只能保護本線路的全長，但不能作為相鄰下一級線路的后備保護，還必須采用過流保護作為本線路和下一級線路的后備保護。它不僅能保護本條線路全長，而且也能保護相鄰線路的全長。定時限過流保護不僅可作本級線路的近后備保護，還可以作相鄰線路的遠后備保護。輸電線路通常采用三段式電流保護，即由電流速斷保護作為第Ⅰ段保護，帶時限電流速斷保護作為第Ⅱ段保護，定時限過流保護作為第Ⅲ段保護，構(gòu)成一整套保護裝置。

2．三段式電流保護的時限特性

三段式電流保護的時限特性如圖1所示，第Ⅰ段電流保護只保護本線路中的一部分Ⅰ，其動作時限為繼電器的固有動作時間t′1QF；第Ⅱ段電流保護的保護范圍延伸到下一級線路的一部分Ⅱ，其動作時限為t″2QF。第Ⅰ、Ⅱ段電流保護構(gòu)成線路主保護。第Ⅲ段電流保護作為第Ⅰ、Ⅱ段電流保護的遠后備保護。它的保護范圍為線路A－B和B－C的全部，其動作時限為t”1QF。其中，2 QF和3 QF的配合同上。

3．自動重合閘的作用

在電力系統(tǒng)中的故障中，大多數(shù)的故障是“瞬時性故障”。故障消失后把斷開的斷路器再合上，就能恢復正常的供電。除此之外，也有“永久性故障”，在線路被斷開以后，短路依然存在。這時，即使再合上電源，由于故障依然存在，線路還要繼電保護再次斷開，因此就不能恢復正常的斷電。

由于送電線路上的故障具有以上的性質(zhì)，因此，在線路被斷開以后再進行一次合閘就有可能大大提高供電的可靠性。為此在電力系統(tǒng)中廣泛采用了當斷路器跳閘以后就能自動地將斷路器重新合閘的自動重合閘裝置。

二、輸電線路三段式電流保護裝置的設(shè)計

輸電線路三段式電流保護模擬裝置主要由輸電線路主回路、二次測量回路、PLC控制回路和組態(tài)王遠程控制系統(tǒng)構(gòu)成。

可以用滑線變阻器模擬主回路，將電流互感器串入主回路用于測量，再搭建I／V變換二次回路，將電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號送入A／D模塊用于判斷主回路的電流是否大于過流值。通過認為設(shè)定故障計算短路電流，整定PLC中的繼電器使主回路電流達到Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段的設(shè)定值，這樣可以達到模擬輸電線路三段式電流保護的目的。

主回路如圖2：

圖2 三段式電流保護主回路

其中，R0、R1、R2、R3都由滑線變阻器搭建，而且R2和R3由同一變阻器觸頭的滑動來決定。兩個斷路器由接觸器的常開觸頭代替，通過接觸器的是否帶電來決定回路是否接通，即是否跳閘。

K1點短路時，第Ⅰ段保護動作，即速斷保護，第一個斷路器動作于跳閘；同時啟動重合閘系統(tǒng)判斷是否是永久性故障，如果是瞬時故障在切除故障時自動重合。K2點短路時，第Ⅱ段保護動作，即限時速斷動作動作，第一個斷路器動作于跳閘；重合閘系統(tǒng)同速斷保護的自動重合閘系統(tǒng)。K3點短路時，第Ⅲ段保護動作，即定時限過流保護動作，第二個斷路器跳閘；重合閘系統(tǒng)同上。

Plc程序流程如圖3、圖4，可以根據(jù)要求編寫查詢，完成更多任務(wù)。

圖3 三段保護的流程圖

圖4 重合閘的流程圖

三、組態(tài)王主界面的設(shè)計

組態(tài)王主界面的設(shè)計如圖5，通過組態(tài)王軟件可以實現(xiàn)在計算機上得到實時電流、報警與事件，實時報表和實時曲線。可以制作實時數(shù)據(jù)報表，實時顯示數(shù)據(jù)，顯示值班人；以及制作實時報表的自動打印按鈕，實時打印等。

圖5 組態(tài)王主界面的設(shè)計

應(yīng)當指出，在電流互感器串入主回路后切忌將電流互感器當作變壓器，然后將信號進行橋式整流。因為，電流互感器雖然類似于變壓器，但是它卻不是變壓器，經(jīng)過變比為100／1的電流互感器后，其副邊電流信號已經(jīng)很弱小，直接通入整流橋整流效果很差，并且具有嚴重的過零點，過零將會將PLC運行程序中的計時器清零；即使加上平波電感，效果也不好，這因為，電感若很小，濾波不明顯，若電感很大，信號在濾波后將會很弱。則必須通過I／V變換將交流電流信號轉(zhuǎn)化為直流電壓信號通入A／D模塊。

三段式線路電流保護的PLC控制裝置，通過模擬可以實現(xiàn)線路的三段式線路電流保護，及自動重合閘（可根據(jù)具體情況選擇使用重合閘前加速保護或者重合閘后加速保護）；同時，還可通過組態(tài)王實現(xiàn)遠程監(jiān)控。在電力系統(tǒng)教學中適合使用，可以使學生深入理解電力系統(tǒng)及綜合自動化技術(shù)。

Thr ee－curr ent Pr otection and Auto matic Re－closure Pr otection of PLC

ZHANG Tian－ran

（Tianjin Engineering Technical Institute，Tianjin 300280 China）

The traditional way of relay protection can not meet the automation requirements of power systems．The study finds out that PLC relay device features a simple debugging and a flexible configuration with a remote power system．

PLC；control loop

T M588．5

A

1673－582 X（2011）10－0078－04

2011－05－23

張?zhí)烊唬?965－），女，天津市人，天津工程職業(yè)技術(shù)學院機電機電工程系教師，主要從事電氣自動化、電工電子等方面的研究和學生管理工作。