摘 要：電力系統(tǒng)過電流保護(hù)（Over Current Protection）是指當(dāng)系統(tǒng)工作電流超過設(shè)定閾值時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)斷開，給出報(bào)警信號(hào)并啟動(dòng)保護(hù)裝置的一種系統(tǒng)保護(hù)方式。因此，過流保護(hù)裝置對(duì)于保障電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行起到重要的作用?；赑LC技術(shù)的過流保護(hù)裝置解決了傳統(tǒng)繼電保護(hù)裝置無法在極短的時(shí)間內(nèi)檢測(cè)出故障的問題，通過PLC技術(shù)實(shí)現(xiàn)電力傳輸過程中的實(shí)時(shí)監(jiān)控與保護(hù)，對(duì)于電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行非常重要。

關(guān)鍵字：PLC;繼電保護(hù)裝置;過流保護(hù);故障判斷

0引言

電力系統(tǒng)是日常生活和社會(huì)發(fā)展的一個(gè)組成部分。電力系統(tǒng)在運(yùn)行過程中，容易發(fā)生各種運(yùn)行故障，對(duì)系統(tǒng)的安全運(yùn)行造成一定的影響。其中，電流不穩(wěn)定造成的系統(tǒng)短路是最常見的電路運(yùn)行故障，主要是由于電流過大進(jìn)而影響了整個(gè)電路系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，給社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來了巨大的損失，因此，過電流保護(hù)裝置是電力系統(tǒng)中的重要組成部分。主要作用是當(dāng)監(jiān)測(cè)到電路系統(tǒng)中的電流超過設(shè)定的電流閾值時(shí)，進(jìn)行保護(hù)動(dòng)作，主要分為短路保護(hù)和過載保護(hù)，其穩(wěn)定性、可靠性與靈敏性是保護(hù)裝置的重要評(píng)定指標(biāo)。

隨著社會(huì)的發(fā)展，繼電保護(hù)裝置已經(jīng)成為電力系統(tǒng)的主要組成部分。PLC裝置因其具有較高的穩(wěn)定性和靈敏性在目前應(yīng)用范圍最廣，并且PLC保護(hù)裝置維修簡(jiǎn)單，可以對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行中的故障做出快速的響應(yīng)，可以避免造成不必要的損失，對(duì)維持電力系統(tǒng)的穩(wěn)定發(fā)展起到了重要作用。

1 PLC技術(shù)及特點(diǎn)

PLC（Programmable Logic Controller）是一種可編程的邏輯控制器，是一種在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用最為廣泛的一種微電子系統(tǒng)，其本質(zhì)是一種可編程的控制存儲(chǔ)器，可以進(jìn)行自動(dòng)控制、算術(shù)運(yùn)算或模擬信號(hào)的輸入或輸出做出相應(yīng)的判斷，內(nèi)部存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)接近于一臺(tái)微型電腦，因具有良好的擴(kuò)展性、易于編程、組態(tài)靈活、安裝方便、運(yùn)行速度快、抗干擾性和穩(wěn)定性，被廣泛應(yīng)用于目前各類自動(dòng)控制領(lǐng)域。主要包括：中央處理單元、存儲(chǔ)器、輸入裝置、輸出裝置和執(zhí)行裝置。

1.1 整體結(jié)構(gòu)及工作原理

PLC主要包括：中央處理器（CPU）、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、輸入裝置、輸出裝置。當(dāng)PLC運(yùn)行時(shí)，主要分為3個(gè)工作階段，并且重復(fù)以上3個(gè)工作步驟。首先是輸入采樣，中央處理器對(duì)外界變化信息進(jìn)行集中獲取與處理，并將各類信號(hào)轉(zhuǎn)換到各個(gè)執(zhí)行程序，這種集中輸出的工作方式，可以提高PLC的抗干擾能力，維持系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性;接下來是執(zhí)行裝置，對(duì)響應(yīng)的信息進(jìn)行動(dòng)作執(zhí)行，最后是輸出刷新，將各類信息進(jìn)行實(shí)時(shí)刷新存儲(chǔ)。

1.2 PLC的特點(diǎn)

1.2.1通用性強(qiáng)

PLC裝置的設(shè)計(jì)對(duì)所有的工業(yè)產(chǎn)品與環(huán)境的考慮通用性強(qiáng)，具有靈活（Flexibility in Use）、簡(jiǎn)單（Simple and Intuitive Use）、容錯(cuò)能力強(qiáng)（Tolerance for Error）的特點(diǎn)，在編程設(shè)計(jì)過程中，基于梯形圖并伴隨簡(jiǎn)單的指令形式，不需要特定、復(fù)雜的編程語言，在各類控制中用戶使用方便簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)單易學(xué)，當(dāng)需要按照特定要求進(jìn)行更換程序時(shí)，可以現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行程序改變，并且對(duì)于外界環(huán)境要求低，可以適應(yīng)各類工作環(huán)境，PLC通用性較強(qiáng)是PLC系統(tǒng)目前廣泛使用的主要原因。

1.2.2功能強(qiáng)大

PLC兼具邏輯和數(shù)學(xué)運(yùn)算，并且具有計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)、無線通信、自檢自查、信息記錄存儲(chǔ)等功能，小小地一個(gè)PLC便可以完成對(duì)一臺(tái)機(jī)械、一條自動(dòng)生產(chǎn)線的

自動(dòng)控制，因此，PLC功能強(qiáng)大，可以控制一個(gè)完整的生產(chǎn)過程。

1.2.3可靠性高

PLC主要應(yīng)用范圍就是在各類工業(yè)設(shè)計(jì)與控制系統(tǒng)中。工業(yè)生產(chǎn)大多環(huán)境惡劣、且氣候因子變化和各類電磁波的干擾頻發(fā)，因此PLC在設(shè)計(jì)時(shí)就需要具有較強(qiáng)的抗干擾能力。傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)需要進(jìn)行大量電線進(jìn)行連接，安裝繁瑣，且易于受到外界環(huán)境的干擾，使用壽命短，安裝復(fù)雜。PLC屬于一種微電子，體積小、重量輕，大量的動(dòng)作由一個(gè)微電子存儲(chǔ)器完成，可靠性大大提高，并且具有故障自檢自查，進(jìn)行自我修復(fù)，可以適應(yīng)各種復(fù)雜的天氣變化，目前市面上的PLC能抗>1000V、0.5ms的脈沖干擾，工作濕度可以在極度干旱和水中使用，溫度適應(yīng)范圍為0～80℃，因此具有將強(qiáng)的工作穩(wěn)定性。

1.2.4控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試和維修方便

PLC最重要的工業(yè)設(shè)計(jì)特點(diǎn)就是體積小、結(jié)構(gòu)緊湊簡(jiǎn)單，且運(yùn)行過程中能耗低，在運(yùn)行過程中調(diào)試方便，調(diào)試周期短，用戶可以很快的進(jìn)行控制與調(diào)試;在維修方面，PLC運(yùn)行穩(wěn)定性好，故障率低，而且PLC具有良好的自我故障檢測(cè)功能，可以自查故障后查明原因進(jìn)行自我修復(fù)，大大減少了用戶的維修工作量，因此可以逐步替代傳統(tǒng)的工業(yè)電子元件，成為目前機(jī)電一體化系統(tǒng)的重要、理想的控制設(shè)備。

2 PLC在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用

2.1 PLC系統(tǒng)在開關(guān)量控制中的應(yīng)用

“開”、“關(guān)”是電力系統(tǒng)最基本的功能，對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行開啟和關(guān)閉。開關(guān)量是電力系統(tǒng)接通和斷開的對(duì)應(yīng)值，對(duì)應(yīng)為“1”和“0”。是對(duì)外界連續(xù)信號(hào)進(jìn)行采集、處理，最后傳遞給電力系統(tǒng)的執(zhí)行裝置控制相應(yīng)的電路動(dòng)作，屬于數(shù)字電路系統(tǒng)中的開關(guān)信號(hào)，主要分為：開關(guān)量、數(shù)字量、模擬量和脈沖量[4]。

2.2 PLC系統(tǒng)在順序控制中的應(yīng)用

順序控制在電力控制系統(tǒng)中是指對(duì)信號(hào)順序進(jìn)行先后取分，可以維持電力系統(tǒng)中的各項(xiàng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行有序控制，主要分為：時(shí)序控制、邏輯控制和條件控制，主要工作要素為轉(zhuǎn)移條件、轉(zhuǎn)移目標(biāo)和工作任務(wù)。時(shí)序控制主要是以時(shí)間為主要特點(diǎn)進(jìn)行先后控制，各個(gè)機(jī)構(gòu)以時(shí)間為控制變量，運(yùn)行和停止都以時(shí)間為界限;邏輯控制是以邏輯順序?yàn)樘攸c(diǎn)進(jìn)行各個(gè)機(jī)構(gòu)的控制，對(duì)PLC存儲(chǔ)記憶功能進(jìn)行控制，模仿人的邏輯思考能力進(jìn)行控制，與時(shí)間無關(guān);條件控制是邏輯順序的一種，主要是依靠判斷上一個(gè)執(zhí)行步驟是否完成而決定是否進(jìn)行下一個(gè)步驟，如果上一個(gè)步驟沒有完成則無法進(jìn)行下一項(xiàng)[6]，對(duì)于整個(gè)電力系統(tǒng)穩(wěn)定、有序的運(yùn)行具有重要的意義。

2.3斷路器的控制

斷路器（Breaker）是能夠維持正常電力系統(tǒng)運(yùn)行的重要保障，是電力系統(tǒng)中電力輸送、分配與使用的重要組成部分，在傳統(tǒng)電力系統(tǒng)中主要利用繼電器來控制電路的開關(guān)，但是斷路器對(duì)環(huán)境要求高，周圍溫度不能超過37℃，海拔高度不能超過2100m，大氣濕度不能超過85%，污染等級(jí)<3級(jí)，因此大大地限制了斷路器在電力系統(tǒng)中的使用。PLC開始逐步拓展斷路器的使用功能，極大地提高了電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，并且在電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)靈敏度高、反應(yīng)快，可以快速對(duì)電力系統(tǒng)做出動(dòng)作反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電力系統(tǒng)的控制，提高電力系統(tǒng)的工作效率與安全性能，大大降低了人力投入與維修頻率。

3過流保護(hù)的繼電保護(hù)裝置電路設(shè)計(jì)

3.1 PLC遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)

電力系統(tǒng)以PLC為設(shè)備的控制核心，選取PLC遠(yuǎn)程網(wǎng)關(guān)和PLC通信模塊為數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程輸送系統(tǒng)，基于Wifi、4G和5G等多種電子通信方式將PLC遠(yuǎn)程采集的數(shù)據(jù)輸送至控制終端，用戶可以在控制終端實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)控與程序調(diào)試，進(jìn)而完成對(duì)電力系統(tǒng)的控制與調(diào)試（如下圖1所示）。遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)可以讓用戶在異地也得到資源的充分利用，進(jìn)行遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)處理，當(dāng)遇到惡劣天氣環(huán)境時(shí)，操作人員可以在遠(yuǎn)程對(duì)電力系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，從而完成對(duì)電力系統(tǒng)各項(xiàng)參數(shù)的調(diào)整，遇到故障時(shí)，也可以進(jìn)行遠(yuǎn)程修復(fù)與調(diào)控，大大地減少了人力投入，提高工作效率。

3.2 PLC多代理機(jī)制過電流

多代理（Multi-agent，MAS）技術(shù)是目前電力系統(tǒng)中的主要發(fā)展方向，主要對(duì)電力系統(tǒng)中的智能保護(hù)、電路穩(wěn)定及遠(yuǎn)程監(jiān)控發(fā)揮了重要的作用，可以彌補(bǔ)繼電器在電力系統(tǒng)中無法彌補(bǔ)的一些問題，如響應(yīng)慢，保護(hù)時(shí)間過長(zhǎng)，無法適應(yīng)動(dòng)態(tài)變化、故障檢測(cè)能力有限等問題。將PLC系統(tǒng)應(yīng)用到多代理控制中有利于完善電力系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)，可以直接與Agent網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信息傳遞，基于多代理機(jī)構(gòu)，可以將電力系統(tǒng)保護(hù)分為3個(gè)層次結(jié)構(gòu)，即：中央控制層、控制代理層和執(zhí)行代理層。每一層之間可以實(shí)現(xiàn)相互通信，信息互通，可以保障電力系統(tǒng)中對(duì)故障反應(yīng)的可靠性和快速性，使電力系統(tǒng)中各執(zhí)行機(jī)構(gòu)時(shí)刻保持較高的靈敏度和最快的反應(yīng)速度。

4系統(tǒng)的測(cè)試

4.1繼電保護(hù)輸出保護(hù)設(shè)備的調(diào)試

繼電保護(hù)裝置主要是針對(duì)電路系統(tǒng)中故障發(fā)生時(shí)及時(shí)做出反應(yīng)并發(fā)出報(bào)警，及時(shí)快速的反應(yīng)給工作人員，PLC裝置也可以直接對(duì)所控制的電路系統(tǒng)及時(shí)反應(yīng)并作出跳閘保護(hù)，是保障電路系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行的重要部分。基于PLC控制系統(tǒng)的繼電保護(hù)設(shè)備的調(diào)試基于我國(guó)頒布《繼電器保護(hù)測(cè)試裝置條件》的基礎(chǔ)上，PLC采用16位的DAC模塊進(jìn)行測(cè)試，直接與pc電腦連接，測(cè)試結(jié)果表明，當(dāng)電路電流超過設(shè)置閾值時(shí)，PLC可以自動(dòng)進(jìn)行跳閘保護(hù)并以輸出信號(hào)及時(shí)傳遞至pc終端，反應(yīng)速度<0.01s，調(diào)試結(jié)果表明，PLC控制反應(yīng)迅速，體積微小但是操作功能強(qiáng)大，測(cè)試精度和靈敏程度高。

4.2繼電保護(hù)系統(tǒng)在電流采集及電壓檢測(cè)方面的調(diào)試

基于4.1的PLC控制系統(tǒng)，對(duì)遠(yuǎn)程控制與調(diào)試功能進(jìn)行在線測(cè)試，并針對(duì)電力系統(tǒng)中發(fā)生故障時(shí)或其它異常情況時(shí)的電流、電壓及電路功率進(jìn)行采集，調(diào)試結(jié)果表明對(duì)系統(tǒng)各項(xiàng)變量采集精度較高，誤差低于0.5%，可以滿足各項(xiàng)電力系統(tǒng)的精度要求，進(jìn)而作出相應(yīng)的處理，發(fā)出報(bào)警信號(hào)并自己進(jìn)行電路跳閘的電路保護(hù)。

4.3繼電保護(hù)設(shè)備的狀態(tài)檢測(cè)

本研究主要對(duì)電路系統(tǒng)中的電流保護(hù)（電流速斷保護(hù)、過電流保護(hù)、定時(shí)限制電流保護(hù)）、電壓保護(hù)（過電壓保護(hù)、欠電壓保護(hù)）進(jìn)行狀態(tài)檢測(cè)。其中，電流、電壓保護(hù)以各項(xiàng)狀態(tài)下設(shè)定的閾值進(jìn)行判定，超過設(shè)定閾值后進(jìn)行斷電保護(hù)并啟動(dòng)報(bào)警裝置，記錄超過閾值時(shí)的動(dòng)作時(shí)間，保護(hù)時(shí)間越短代表PLC靈敏度越高。

5結(jié)語

本研究對(duì)PLC控制系統(tǒng)的特點(diǎn)及應(yīng)用范圍進(jìn)行研究，基于PLC控制系統(tǒng)的特點(diǎn)分析在電路系統(tǒng)中的過電流保護(hù)裝置的應(yīng)用。通過分析可知，目前PLC控制系統(tǒng)在電力系統(tǒng)中應(yīng)用較為簡(jiǎn)單，后續(xù)發(fā)展我們應(yīng)該對(duì)PLC電力系統(tǒng)中的過電流保護(hù)裝置的穩(wěn)定性和可靠性進(jìn)行進(jìn)一步研究，以期為提高電力系統(tǒng)中的過電流保護(hù)裝置的穩(wěn)定性和安全性提供理論基礎(chǔ)。

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作者簡(jiǎn)介：艾述亮，1969.9，漢族，湖南省郴州市蘇仙區(qū)，本科，副教授，研究方向：電氣工程