沈明（南京六合中等專業(yè)學校，江蘇南京，211500）

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基于PLC構件的繼電保護系統(tǒng)核心分析

沈明
（南京六合中等專業(yè)學校，江蘇南京，211500）

電力系統(tǒng)當中應用繼電保護系統(tǒng)，可實現其自動化水平及可靠性的提升。當今繼電保護系統(tǒng)技術不斷進步，其對整個電力系統(tǒng)的安全、有效運用發(fā)揮著關鍵作用，不僅可帶來顯著的經濟效益，且社會效益更加凸顯。電力系統(tǒng)中繼電保護高效運用，促使其更佳適于電力系統(tǒng)的長遠發(fā)展，乃是當前電力系統(tǒng)領域研究的重點內容。本文研究了可編程控制器（PLC）組態(tài)靈活、可靠性高、便于調試及易編程等特征，結合繼電保護系統(tǒng)的需求，探討了應用PLC對繼電保護系統(tǒng)優(yōu)化調整的策略，以此為相關應用研究提供理論支撐。

PLC；繼電保護系統(tǒng)；二次設備

引言

伴隨裝備工業(yè)體系及應用技術的深入發(fā)展，智能化已然成為新時代的風向標。而對于當前電網體系而言，智能電網建設已然成為電力系統(tǒng)的發(fā)展趨勢和方向，智能變電站作為整個智能電網當中的重要構成部分，已然成為新世紀以來我國整體電網建設的核心趨勢。智能變電站繼電保護系統(tǒng)與傳統(tǒng)形式的變電站存在較大差別，而二者在數據處理、數據傳輸及數據采集方面表現更為明顯［1］。對于智能變電站而言，其電氣設備在構成上主要有網絡交換機、合并單元及智能終端等，而各個子系統(tǒng)在性能、特點及功能方面的具體狀況，則直接作用于智能變電站安全運行［2］。對于智能變電站繼電保護系統(tǒng)而言，其裝置下的安全可靠的過程層網絡及是否 同步的合并單元采樣，對整個系統(tǒng)的反應力及性能具有決定性。

1　基于PLC構件的繼電保護系統(tǒng)特征

應用PLC構件實施繼電保護系統(tǒng)優(yōu)化，有以下好處：

（1）可信性。PLC構件的可信性決定著用戶對系統(tǒng)的信任度，而基于PLC構件的繼電保護系統(tǒng)具有較高的可信性。基于PLC構件的繼電保護系統(tǒng)發(fā)生故障或失效的頻率保持在較低的范圍內，同時故障或失效所造成的損失也在用戶可接受的范圍內；基于PLC構件的繼電保護系統(tǒng)能夠滿足用戶的多種需求，用戶完成任務后普遍都能獲得較高的滿意度；基于PLC 構件的繼電保護系統(tǒng)從使用到發(fā)生故障時，持續(xù)服務可以堅持的時間較長，這意味著其具有較高的可靠性。

（2）可重新性?；赑LC 構件的繼電保護系統(tǒng)不做任何修改，或者稍微修改就能夠達到重復使用的目的，這可以極大地縮短開發(fā)流程并降低開發(fā)成本，對于提高電力部門的經濟效益和社會效益是十分重要的。

（3）可移植性。從一種計算機環(huán)境被移植到另外一種計算機環(huán)境后，基于PLC構件的繼電保護系統(tǒng)仍然可以正常工作，這表明其具有非常優(yōu)良的質量。一般而言，基于PLC構件的繼電保護系統(tǒng)可移植性與目標環(huán)境的數量、移植工作量和轉移成本相關，轉移成本越低，意味著系統(tǒng)的可移植性越高。

2　基于PLC構件智能變電站繼電保護系統(tǒng)基礎配置分析

智能變電站相應監(jiān)控系統(tǒng)在調試方面所用PLC結構為三層兩網結構，其三層即為站控層、過程層設備及間隔層；而兩網就是站控層網絡及過程層網絡。就智能變電站監(jiān)控系統(tǒng)通信網絡而言，其主要包括兩種方式，即為GOOSE和MMS。

2.1GOOSE交換機構成的網絡

GOOSE網絡將各個保護設備間所發(fā)出的控制分合、聯(lián)鎖及閉鎖等命令，向智能終端進行傳送。而繼電保護系統(tǒng)性能及反應能力，則由數據傳輸及網絡連接質量來決定，此點則相同于傳統(tǒng)變電站系統(tǒng)當中的二次回路。在整個網絡系統(tǒng)當中，交換機乃為其核心，其自帶有端口自由鏡像；另外其還具有諸多功能類型，諸如告警功能測試、安全功能測試、廣播風暴抑制、報文優(yōu)先級QoS及VLan劃分功能等；而這些功能在可靠程度方面的高低，則決定著智能變電站在穩(wěn)定性及安全水平的高低。智能變電站監(jiān)控系統(tǒng)結構見圖1所示。

圖1　智能變電站架構

2.2MMS網交換機

從PLC構件智能變電站結構圖當中可知：其間隔層網絡結構為雙星型拓撲，主要作用為對GOOSE及MMS報文開展實時傳送，利用其它形式的網絡設施，促使各個設備間隔及站控層之間完成PLC構件網絡通訊完成建立，最終促使人機交流的實現。對其中的過程層而言，其在具體的組網方式方面，則劃分依據為電壓級別，比如220kV及1lOkV電壓而言，在設置上，則由SV網及GOOSE網共同完成。

在PLC構件網絡構成方面，則采用星形結構，對于間隔智能終端和繼電保護設施而言，則采用的是GOOSE且采用直跳方式來實現，針對各種應用實現，如各項設備位置和狀態(tài)、啟動、失靈及閉鎖信息等，則采用GOOSE，于各自之間開展傳送及互換操作；而對于PLC構件合并單元和PLC構件繼電保護設施在信息采集而言，則采用SV并予以直采方式來完成，利用SV網絡，將諸如電流采樣信息、電壓采樣信息、故障錄波器及網絡分析儀等信息開展傳送工作［3］。對于站控層校而言，則采用方法為SNTP網絡校時，采用1588協(xié)議及硬接點的方式，實現過程層和間隔層在設備之間的有效銜接，此種接入方式可達到光纖B碼在同步校時方面的實現，然而，此種功能在實施方面需要相關設備給予支撐。

3　基于PLC構件智能變電站繼電保護系統(tǒng)核心內容的調試

3.1基于PLC構件繼電保護系統(tǒng)在電流采集及電壓檢測方面的調試

智能變電站采用數字化對測試儀施加保護，運用保護設備光纖直采口，將合并單元相應光數字量予以輸入，并對保護的靈敏性、可靠性及精確度進行校驗。此外，就繼電保護而言，其同樣要求跨間隔數據，可運用兩根光纜，將各種處于間隔狀態(tài)的相應合并單元光數字量同時輸入，以此對數字電壓及電流數據在采集方面得以完成。圖2為繼電化保護測試儀。

圖2　繼電化保護測試儀

3.2 基于PLC構件繼電保護輸出保護設備的調試

PLC構件機電保護系統(tǒng)相應保護設備光纜，始于直跳口處，且向智能終端實施傳送，且將系統(tǒng)跳閘命令予以下達，而后利用GOOSE組網口，將處于各級設備之間所存在的聯(lián)閉鎖信號進行輸送，采用保護設備，檢驗GOOSE報文所輸出的相應信號，從而促使傳送信號在及時性及準確性得以保證；采用GOOSE虛端子表，對GOOSE報文所輸出的相應信號提供支撐，促使各種信號在對應檢驗方面均可實現。本次研究所采用的PLC構件繼電保護測試系統(tǒng)，實質乃為單間隔保護，見圖3。

圖3　繼電保護測試系統(tǒng)

依據圖中連接線路PLC構成，運用已有的試驗儀，將一定量的電流及電壓，向合并單元進行輸送，在此期間，需對單間隔保護設備加壓后的相位角是否相同于相位角進行觀測。還需檢測電流采樣數據及電壓采樣數據，就二者與標準值的差距是否與非倍數周期相符進行觀測；依據設計圖當中的相應設備連接及電路構成，將定量的電流及電壓再次輸送，然后則采用網絡分析儀，就其電流及電壓在具體的波形方面突變狀況存在與否實施檢測。

另外對所存在差距在整數周期倍數方面是否相符進行觀測，采用此方法，對單間隔保護設備具體的電壓及電流同步與否實施檢測。通過對各種間隔數據在具體的同步性方面開展檢驗及校隊工作，可對保護跨間隔信息具有重要的促進作用。根據圖3裝置之間的PLC連接構成，選用傳統(tǒng)的保護測試儀，驗證各種間隔相應合并框架下的PLC單元電流量及其差值，在非倍數周期方面的符合情況進行檢測，從而可實現為電流采樣及電壓采樣在同步性方面提供保證的目的。

對于各種間隔合并單元，就其自不同步直至同步的整個過程進行觀測，在此過程當中，其母差保護及主變保護，在具體的動作性能方面將發(fā)生改變［4］。

3.3 基于PLC構件繼電保護在檢修狀態(tài)方面的測試分析

如若保護設備和智能終端在具體的檢測狀態(tài)存在差異狀況時，則智能終端就會自動鎖定在閉鎖狀態(tài)，如若二者檢修狀態(tài)相同，則此時的智能終端，在工作運行方面則為安全。如若保護設備和合并單元在具體的檢修狀態(tài)相同，則保護裝置在運行工作方面也為安全。若保護裝置、合并單元及PLC構件智能終端在具體的檢修狀態(tài)方面均存在差異，則系統(tǒng)當中的斷路器便會始終處于相應短路狀態(tài)，若三者相同，則保護裝置為安全，此時，斷路器便會完成自動跳閘操作。如若組合PLC構件保護設備、智能終端及合并單元，便可將PLC構件多種保護裝置相應試驗予以實現。針對PLC構件智能變電站而言，其主要采用光纜，對電流、電壓及指令等信息實施傳輸，而其在整個PLC構件繼電保護系統(tǒng)當中作用也同樣凸顯，對于系統(tǒng)當中的光纖回路試驗而言，其同樣具有突出作用，其類似于傳統(tǒng)變電站當中的電纜絕緣。

具體的操作內容為：首先，需對各個光纜芯，開展收發(fā)器件功率方面的測試工作，備用芯測試也包含其中；其次，測試誤碼率及光通道衰耗，且詳細記錄，核對各條光纜芯對應的斷鏈警告信號［5］。比如220kV線路間隔，合并單元乃為其線路保護，其中的接收母差，則會對設備異常、PLC構件智能終端GOOSE中斷及GOOSE中斷提供相應保護。對于母差保護而言，接收合并單元S中斷也包含其中，還有上述兩種中斷也包括其中。

測控、合并單元及智能終端，均包含接收保護GOOSE中斷、接收測控GOOSE中斷及接收母差保護GOOSE中斷。

4　結束語

伴隨電力設備及供電技術的不斷發(fā)展，對于傳統(tǒng)形式的變電站繼電保護設備而言，其在具體的調試方法方面，主要對PLC構件智能化變電站繼電保護系統(tǒng)具體性能開展檢驗，而在結果可靠性方面則難以保證，也不能對智能電網健康運行提供保證，至此，需將與PLC構件智能變電站繼電保護系統(tǒng)在具體的調試內容方面進行合理選擇。

本文通過對PLC構件智能變電站繼電保護系統(tǒng)在具體的調試方法進行分析，探討了電力系統(tǒng)機電保護的核心內容及關鍵環(huán)節(jié)，以此為后續(xù)PLC構件智能變電站中繼電保護系統(tǒng)有效更新及完善理論提供支持。

［1］羊世勇. 水電站繼電保護裝置管理存在的問題及核心對策分析［J］. 機電工程技術， 2015， 44（12）:26-28.

［2］韓緒鵬，李道霖. 基于職業(yè)能力的高職繼電保護與自動化專業(yè)課程體系構建探討［J］. 湖南工業(yè)職業(yè)技術學院學報， 2012，12（3）:99-101.

［3］李煒. 繼電保護故障信息系統(tǒng)中的故障分析專家系統(tǒng)的設計思路［J］. 電力系統(tǒng)保護與控制， 2005， 33（10）:53-56.

［4］張鵬飛， 王浩志. 電力系統(tǒng)繼電保護新技術發(fā)展趨勢分析［J］.電子技術與軟件工程， 2014（24）:149-149.

［5］焦玉杰. 基于繼電保護系統(tǒng)對一次設備可靠性的影響分析［J］.電子制作，2014（22）:215.

［6］高平立. 繼電保護系統(tǒng)對一次設備可靠性的影響［J］. 科技風，2015（03）:148.

Analysis of Relay Protection System Core Components Based on PLC

Ming Shen
（Nanjing Liuhe specialized secondary schools， Nanjing， Jiangsu， 211500， China）

Relay protection system used in power system can achieve greatly enhance their level of automation and reliability. With the continuous development of today's relay protection system and a wide range of applications， relay protection plays a key role in the power system security and application，it also can bring significant economic and social benefits inherent in more prominent.This paper，how to effectively use relay protection and promote their long-term development of the power system，studies the current study highlights in the power systems. Programmable logic controller （PLC） with its configuration flexibility，high reliability， ease of debugging and ease of programming and other advantages， are widely used in various industries related control field. In PLC member discussed based on the content protection system at the core of the applied testing， in order to provide theoretical support for relevant applied research.

PLC； Relay Protection System； Secondary Equipment

E-mail: 313691466@qq.com

TM581

A

2095-8412 （2016） 03-558-04

沈明（1976-），男，江蘇新沂人，漢族，大學本科學歷，電氣技術教育專業(yè)。