席宇鵬

（錫林郭勒電業(yè)局，內(nèi)蒙古 錫林浩特026000）

0 引言

主變壓器的高、中、低壓側(cè)后備保護(hù)邏輯較為復(fù)雜，不同類(lèi)型保護(hù)的不同時(shí)限對(duì)應(yīng)的跳閘矩陣邏輯各不相同，在新主變壓器保護(hù)投運(yùn)和舊主變壓器保護(hù)裝置定檢工作中，校驗(yàn)保護(hù)裝置的動(dòng)作及跳閘邏輯的正確性非常重要[1-2]。以220 kV電壓等級(jí)的主變壓器保護(hù)為例，通常除了配置比率差動(dòng)保護(hù)的主保護(hù)外，在高、低、中壓側(cè)配置復(fù)壓（方向）過(guò)流保護(hù)、零序（方向）過(guò)流保護(hù)、距離保護(hù)等多種類(lèi)型的后備保護(hù)。其中，每種類(lèi)型的保護(hù)又可以分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段，每段一般又分為1、2、3時(shí)限，每種類(lèi)型不同時(shí)限的保護(hù)動(dòng)作后跳閘邏輯不同，導(dǎo)致主變壓器保護(hù)跳閘矩陣的測(cè)量較為復(fù)雜。

為了驗(yàn)證主變壓器各類(lèi)保護(hù)動(dòng)作后，保護(hù)裝置所對(duì)應(yīng)的跳閘矩陣邏輯是否與定值單一致，傳統(tǒng)的跳閘矩陣邏輯測(cè)量有兩種方法。一種是利用萬(wàn)用表的直流電壓檔測(cè)量電位法[3-5]。由于保護(hù)裝置的跳閘節(jié)點(diǎn)動(dòng)作時(shí)間一般都是ms級(jí)的（100 ms左右），致使每次試驗(yàn)最多只能對(duì)2—3個(gè)跳閘出口進(jìn)行測(cè)量，這樣就必須重復(fù)2—3次試驗(yàn)才能完成某類(lèi)保護(hù)的某個(gè)時(shí)限保護(hù)動(dòng)作后跳閘矩陣的校驗(yàn)，要想完成主變壓器所有保護(hù)跳閘矩陣邏輯校驗(yàn)十分耗時(shí)，且測(cè)量的準(zhǔn)確性難以保障。另一種方法是利用繼電保護(hù)試驗(yàn)儀的無(wú)源開(kāi)入節(jié)點(diǎn)[6]。由于保護(hù)試驗(yàn)儀的無(wú)源節(jié)點(diǎn)只有4個(gè)，無(wú)法將所有的跳閘節(jié)點(diǎn)接入試驗(yàn)儀內(nèi)，而且采用無(wú)源節(jié)點(diǎn)方式，要求拆除保護(hù)跳閘線，易導(dǎo)致運(yùn)行間隔跳閘。

目前通常采用第一種方法，對(duì)于兩套主變壓器保護(hù)，保護(hù)邏輯多達(dá)數(shù)十種，至少需要兩人配合對(duì)保護(hù)跳閘矩陣的邏輯進(jìn)行數(shù)十次的測(cè)量，既耗時(shí)費(fèi)力，又存在漏測(cè)的可能。文獻(xiàn)[4]提出了一種以單片機(jī)為核心的保護(hù)裝置跳閘出口校驗(yàn)方法，但是單片機(jī)的抗干擾能力較差，限制了測(cè)量?jī)x的可靠運(yùn)行。文獻(xiàn)[7]對(duì)一種保護(hù)壓板快速測(cè)量的方法進(jìn)行了闡述，但并未給出具體的實(shí)施方案。本文基于可編程邏輯控制器（PLC）抗干擾能力強(qiáng)、易于維護(hù)、穩(wěn)定性好和易于編程等特點(diǎn)，研制了以PLC為核心的主變壓器保護(hù)跳閘矩陣測(cè)量?jī)x。

1 測(cè)量?jī)x設(shè)計(jì)原理

主變壓器保護(hù)的跳閘矩陣定義及邏輯情況見(jiàn)表1、表2。將相應(yīng)跳閘出口設(shè)為橫坐標(biāo)，各種保護(hù)動(dòng)作設(shè)為縱坐標(biāo)，某個(gè)保護(hù)動(dòng)作與繼電器出口交點(diǎn)為“1”，則說(shuō)明該保護(hù)動(dòng)作，啟動(dòng)該繼電器出口。

表1 跳閘矩陣定義表

為保證研制的測(cè)量?jī)x具有通用性，能適應(yīng)各種電壓等級(jí)和多跳閘出口的主變壓器保護(hù)的要求，實(shí)現(xiàn)模擬一次故障就能校驗(yàn)一種保護(hù)動(dòng)作的跳閘矩陣邏輯，裝置需要滿足以下需求：（1）脈沖電壓的檢測(cè)范圍為90~130 V；（2）監(jiān)測(cè)輸入端口6個(gè)以上，滿足多出口跳閘壓板測(cè)量的需求；（3）能夠測(cè)量跳閘出口動(dòng)作時(shí)間；（4）測(cè)量跳閘出口時(shí)，不能發(fā)生直流接地故障。

對(duì)此，采取了以下設(shè)計(jì)方法：（1）測(cè)試儀的控制元件采用S7-200 SMART系列中的ST-20型PLC控制器，掃描周期為5 ms，滿足所測(cè)的脈沖電壓精度要求；（2）多數(shù)變電站的跳閘出口數(shù)量為6個(gè)，本文在此基礎(chǔ)上增設(shè)了1個(gè)計(jì)時(shí)啟動(dòng)輸入端口，共計(jì)7個(gè)跳閘輸入檢測(cè)口；（3）基于PLC控制器的計(jì)時(shí)功能，對(duì)動(dòng)作的跳閘出口進(jìn)行計(jì)時(shí)；（4）將200 kΩ電阻與12 V額定電壓的中間繼電器串聯(lián)，作為跳閘出口的輸入回路，保證在極端情況下直流系統(tǒng)不會(huì)發(fā)生接地故障。

1.1 硬件電路設(shè)計(jì)

測(cè)量?jī)x硬件電路原理如圖1所示，中間繼電器與電阻串聯(lián)接到壓板下端口進(jìn)行跳閘出口電壓檢測(cè)，當(dāng)某個(gè)跳閘出口動(dòng)作后，其相應(yīng)壓板的下端口會(huì)流過(guò)直流正電流，此時(shí)與跳閘壓板對(duì)應(yīng)的中間繼電器線圈帶電、常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，這時(shí)PLC對(duì)應(yīng)的輸入點(diǎn)收到跳閘開(kāi)入信號(hào)，將跳閘信息（動(dòng)作開(kāi)關(guān)和動(dòng)作時(shí)間）顯示到觸摸屏。

圖1 硬件電路原理

1.2 軟件程序設(shè)計(jì)

采用梯形圖語(yǔ)言編程，測(cè)量?jī)xPLC內(nèi)的軟件工作流程如圖2所示。

圖2 軟件程序流程

PLC編程采用STEP7-Micro/WIN SMART軟件，程序語(yǔ)言采用梯形圖，其程序如圖3所示。

圖3 梯形圖程序

使用WinCC flexible SMART軟件進(jìn)行人機(jī)界面的組態(tài)，繪制畫(huà)面并對(duì)各個(gè)控制進(jìn)行數(shù)據(jù)鏈接，主畫(huà)面如圖4所示。

圖4 人機(jī)界面主畫(huà)面

對(duì)PLC和人機(jī)界面設(shè)備進(jìn)行組態(tài)，設(shè)置PLC和人機(jī)界面的IP為同一個(gè)網(wǎng)段的不同地址，新建變量連接，通過(guò)以太網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換與信息通信。

2 測(cè)量?jī)x應(yīng)用效果

2.1 使用方法

該測(cè)量?jī)x的接線比較簡(jiǎn)單，共有7個(gè)輸入端，分別為計(jì)時(shí)啟動(dòng)輸入、跳高壓側(cè)開(kāi)關(guān)、跳中壓側(cè)開(kāi)關(guān)、跳低壓側(cè)開(kāi)關(guān)、跳高壓側(cè)母聯(lián)、跳中壓側(cè)母聯(lián)和跳低壓側(cè)分段，將6個(gè)跳閘輸入用試驗(yàn)線和試驗(yàn)夾子接到相應(yīng)的跳閘壓板的下端口，計(jì)時(shí)啟動(dòng)輸入端需要接至繼電保護(hù)測(cè)試儀的開(kāi)出端，當(dāng)開(kāi)始模擬故障時(shí)，測(cè)量?jī)x的開(kāi)出端閉合，當(dāng)某一跳閘脈沖發(fā)送至PLC的輸入端口時(shí)，PLC會(huì)對(duì)相應(yīng)的跳閘脈沖到來(lái)的時(shí)間進(jìn)行計(jì)時(shí)，并在顯示屏上將動(dòng)作時(shí)間顯示在對(duì)應(yīng)開(kāi)關(guān)下面。

圖5 為應(yīng)用測(cè)量?jī)x在110 kV東郊變電站2號(hào)主變壓器高壓側(cè)零序（方向）過(guò)流Ⅰ段1、2時(shí)限的測(cè)量接線，圖6為顯示結(jié)果。由顯示結(jié)果可以看出，顯示屏上的高壓側(cè)母聯(lián)和高壓側(cè)開(kāi)關(guān)由紅變綠，并且高壓側(cè)母聯(lián)下方顯示的動(dòng)作時(shí)間為1520 ms，高壓側(cè)開(kāi)關(guān)下方顯示的動(dòng)作時(shí)間為2093 ms。可以得出：零序（方向）過(guò)流Ⅰ段1時(shí)限動(dòng)作跳的是高壓側(cè)母聯(lián)開(kāi)關(guān)，2時(shí)限動(dòng)作跳的是高壓側(cè)開(kāi)關(guān)，將測(cè)試結(jié)果與定值單要求的跳閘邏輯和跳閘時(shí)間進(jìn)行比較，如相同則判斷跳閘矩陣邏輯及跳閘時(shí)間正確，否則為不正確。

圖5 測(cè)量?jī)x使用接線圖

該測(cè)量?jī)x設(shè)計(jì)了Run和Simulation兩種工作模式，Simulation模式主要是通過(guò)手觸方式演示測(cè)量?jī)x動(dòng)作和時(shí)間顯示效果；在正常測(cè)量時(shí)使用Run模式才能測(cè)量出主變壓器保護(hù)跳閘矩陣動(dòng)作情況。

2.2 應(yīng)用效果

表3 統(tǒng)計(jì)了錫林郭勒電業(yè)局所轄部分變電站主變壓器保護(hù)跳閘矩陣校驗(yàn)所需時(shí)間（采用萬(wàn)用表測(cè)量電壓法）。

表3 采用萬(wàn)用表測(cè)量法校驗(yàn)時(shí)間統(tǒng)計(jì)結(jié)果

為了更好地統(tǒng)計(jì)和計(jì)算主變壓器保護(hù)跳閘出口的校驗(yàn)時(shí)間，本文所指的單個(gè)保護(hù)邏輯具體到某段某時(shí)限保護(hù)，例如：過(guò)流Ⅰ段1時(shí)限為一個(gè)保護(hù)邏輯，過(guò)流Ⅰ段2時(shí)限為另一個(gè)保護(hù)邏輯。定義計(jì)算模型：跳閘矩陣校驗(yàn)時(shí)間=保護(hù)裝置套數(shù)×（單個(gè)邏輯平均校驗(yàn)時(shí)間×保護(hù)邏輯數(shù)量/每套）。

采用主變壓器保護(hù)跳閘矩陣測(cè)量?jī)x對(duì)錫林郭勒電業(yè)局部分變電站的主變壓器保護(hù)跳閘矩陣校驗(yàn)時(shí)間進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，結(jié)果如表4所示。

表4 采用主變壓器保護(hù)跳閘矩陣測(cè)量?jī)x校驗(yàn)時(shí)間統(tǒng)計(jì)結(jié)果

可以看出：采用跳閘矩陣測(cè)量?jī)x對(duì)主變壓器保護(hù)跳閘矩陣進(jìn)行校驗(yàn)所需時(shí)間比采用萬(wàn)用表測(cè)量所需時(shí)間短得多，220 kV主變壓器保護(hù)跳閘矩陣平均校驗(yàn)時(shí)間縮短了60.42%，110 kV主變壓器保護(hù)跳閘矩陣平均校驗(yàn)時(shí)間縮短了54.81%。同時(shí)，采用主變壓器保護(hù)跳閘矩陣測(cè)量?jī)x提高了測(cè)量的準(zhǔn)確性，避免了漏測(cè)、錯(cuò)測(cè)情況的發(fā)生，且該測(cè)量?jī)x還能對(duì)每個(gè)跳閘出口的動(dòng)作時(shí)間進(jìn)行測(cè)量，通過(guò)動(dòng)作時(shí)間的長(zhǎng)短可以辨別跳閘繼電器的先后動(dòng)作關(guān)系。

3 結(jié)語(yǔ)

本文所研制的跳閘矩陣測(cè)量?jī)x采用PLC作為儀器的CPU，顯示屏作為跳閘信息顯示界面，依靠梯形圖編程語(yǔ)言完成跳閘矩陣邏輯和跳閘出口動(dòng)作時(shí)間測(cè)量，依靠組態(tài)軟件完成跳閘出口動(dòng)作和跳閘時(shí)間顯示的編程，應(yīng)用該測(cè)量?jī)x不僅能縮短主變壓器保護(hù)跳閘矩陣校驗(yàn)時(shí)間，提高工作效率，而且還提高了校驗(yàn)的準(zhǔn)確性。該測(cè)量?jī)x還可應(yīng)用于其他多出口跳閘保護(hù)裝置和安自等裝置，例如小電流接地選線裝置的跳閘矩陣的測(cè)量，具有靈活的可操作性和較強(qiáng)的實(shí)用性。