沈明（南京六合中等專業(yè)學(xué)校，江蘇南京，211500）

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基于PLC構(gòu)件的繼電保護(hù)系統(tǒng)核心分析

沈明
（南京六合中等專業(yè)學(xué)校，江蘇南京，211500）

電力系統(tǒng)當(dāng)中應(yīng)用繼電保護(hù)系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)其自動(dòng)化水平及可靠性的提升。當(dāng)今繼電保護(hù)系統(tǒng)技術(shù)不斷進(jìn)步，其對整個(gè)電力系統(tǒng)的安全、有效運(yùn)用發(fā)揮著關(guān)鍵作用，不僅可帶來顯著的經(jīng)濟(jì)效益，且社會效益更加凸顯。電力系統(tǒng)中繼電保護(hù)高效運(yùn)用，促使其更佳適于電力系統(tǒng)的長遠(yuǎn)發(fā)展，乃是當(dāng)前電力系統(tǒng)領(lǐng)域研究的重點(diǎn)內(nèi)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(diào)試及易編程等特征，結(jié)合繼電保護(hù)系統(tǒng)的需求，探討了應(yīng)用PLC對繼電保護(hù)系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)整的策略，以此為相關(guān)應(yīng)用研究提供理論支撐。

PLC；繼電保護(hù)系統(tǒng)；二次設(shè)備

引言

伴隨裝備工業(yè)體系及應(yīng)用技術(shù)的深入發(fā)展，智能化已然成為新時(shí)代的風(fēng)向標(biāo)。而對于當(dāng)前電網(wǎng)體系而言，智能電網(wǎng)建設(shè)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(gè)智能電網(wǎng)當(dāng)中的重要構(gòu)成部分，已然成為新世紀(jì)以來我國整體電網(wǎng)建設(shè)的核心趨勢。智能變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)與傳統(tǒng)形式的變電站存在較大差別，而二者在數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)傳輸及數(shù)據(jù)采集方面表現(xiàn)更為明顯［1］。對于智能變電站而言，其電氣設(shè)備在構(gòu)成上主要有網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、合并單元及智能終端等，而各個(gè)子系統(tǒng)在性能、特點(diǎn)及功能方面的具體狀況，則直接作用于智能變電站安全運(yùn)行［2］。對于智能變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)而言，其裝置下的安全可靠的過程層網(wǎng)絡(luò)及是否 同步的合并單元采樣，對整個(gè)系統(tǒng)的反應(yīng)力及性能具有決定性。

1　基于PLC構(gòu)件的繼電保護(hù)系統(tǒng)特征

應(yīng)用PLC構(gòu)件實(shí)施繼電保護(hù)系統(tǒng)優(yōu)化，有以下好處：

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

（2）可重新性?；赑LC 構(gòu)件的繼電保護(hù)系統(tǒng)不做任何修改，或者稍微修改就能夠達(dá)到重復(fù)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(jīng)濟(jì)效益和社會效益是十分重要的。

（3）可移植性。從一種計(jì)算機(jī)環(huán)境被移植到另外一種計(jì)算機(jī)環(huán)境后，基于PLC構(gòu)件的繼電保護(hù)系統(tǒng)仍然可以正常工作，這表明其具有非常優(yōu)良的質(zhì)量。一般而言，基于PLC構(gòu)件的繼電保護(hù)系統(tǒng)可移植性與目標(biāo)環(huán)境的數(shù)量、移植工作量和轉(zhuǎn)移成本相關(guān)，轉(zhuǎn)移成本越低，意味著系統(tǒng)的可移植性越高。

2　基于PLC構(gòu)件智能變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)基礎(chǔ)配置分析

智能變電站相應(yīng)監(jiān)控系統(tǒng)在調(diào)試方面所用PLC結(jié)構(gòu)為三層兩網(wǎng)結(jié)構(gòu)，其三層即為站控層、過程層設(shè)備及間隔層；而兩網(wǎng)就是站控層網(wǎng)絡(luò)及過程層網(wǎng)絡(luò)。就智能變電站監(jiān)控系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)而言，其主要包括兩種方式，即為GOOSE和MMS。

2.1GOOSE交換機(jī)構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)

GOOSE網(wǎng)絡(luò)將各個(gè)保護(hù)設(shè)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(jìn)行傳送。而繼電保護(hù)系統(tǒng)性能及反應(yīng)能力，則由數(shù)據(jù)傳輸及網(wǎng)絡(luò)連接質(zhì)量來決定，此點(diǎn)則相同于傳統(tǒng)變電站系統(tǒng)當(dāng)中的二次回路。在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)當(dāng)中，交換機(jī)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(fēng)暴抑制、報(bào)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(jié)構(gòu)見圖1所示。

圖1　智能變電站架構(gòu)

2.2MMS網(wǎng)交換機(jī)

從PLC構(gòu)件智能變電站結(jié)構(gòu)圖當(dāng)中可知：其間隔層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為雙星型拓?fù)洌饕饔脼閷OOSE及MMS報(bào)文開展實(shí)時(shí)傳送，利用其它形式的網(wǎng)絡(luò)設(shè)施，促使各個(gè)設(shè)備間隔及站控層之間完成PLC構(gòu)件網(wǎng)絡(luò)通訊完成建立，最終促使人機(jī)交流的實(shí)現(xiàn)。對其中的過程層而言，其在具體的組網(wǎng)方式方面，則劃分依據(jù)為電壓級別，比如220kV及1lOkV電壓而言，在設(shè)置上，則由SV網(wǎng)及GOOSE網(wǎng)共同完成。

在PLC構(gòu)件網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成方面，則采用星形結(jié)構(gòu)，對于間隔智能終端和繼電保護(hù)設(shè)施而言，則采用的是GOOSE且采用直跳方式來實(shí)現(xiàn)，針對各種應(yīng)用實(shí)現(xiàn)，如各項(xiàng)設(shè)備位置和狀態(tài)、啟動(dòng)、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(gòu)件合并單元和PLC構(gòu)件繼電保護(hù)設(shè)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(wǎng)絡(luò)，將諸如電流采樣信息、電壓采樣信息、故障錄波器及網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)絡(luò)校時(shí)，采用1588協(xié)議及硬接點(diǎn)的方式，實(shí)現(xiàn)過程層和間隔層在設(shè)備之間的有效銜接，此種接入方式可達(dá)到光纖B碼在同步校時(shí)方面的實(shí)現(xiàn)，然而，此種功能在實(shí)施方面需要相關(guān)設(shè)備給予支撐。

3　基于PLC構(gòu)件智能變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)核心內(nèi)容的調(diào)試

3.1基于PLC構(gòu)件繼電保護(hù)系統(tǒng)在電流采集及電壓檢測方面的調(diào)試

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

圖2　繼電化保護(hù)測試儀

3.2 基于PLC構(gòu)件繼電保護(hù)輸出保護(hù)設(shè)備的調(diào)試

PLC構(gòu)件機(jī)電保護(hù)系統(tǒng)相應(yīng)保護(hù)設(shè)備光纜，始于直跳口處，且向智能終端實(shí)施傳送，且將系統(tǒng)跳閘命令予以下達(dá)，而后利用GOOSE組網(wǎng)口，將處于各級設(shè)備之間所存在的聯(lián)閉鎖信號進(jìn)行輸送，采用保護(hù)設(shè)備，檢驗(yàn)GOOSE報(bào)文所輸出的相應(yīng)信號，從而促使傳送信號在及時(shí)性及準(zhǔn)確性得以保證；采用GOOSE虛端子表，對GOOSE報(bào)文所輸出的相應(yīng)信號提供支撐，促使各種信號在對應(yīng)檢驗(yàn)方面均可實(shí)現(xiàn)。本次研究所采用的PLC構(gòu)件繼電保護(hù)測試系統(tǒng)，實(shí)質(zhì)乃為單間隔保護(hù)，見圖3。

圖3　繼電保護(hù)測試系統(tǒng)

依據(jù)圖中連接線路PLC構(gòu)成，運(yùn)用已有的試驗(yàn)儀，將一定量的電流及電壓，向合并單元進(jìn)行輸送，在此期間，需對單間隔保護(hù)設(shè)備加壓后的相位角是否相同于相位角進(jìn)行觀測。還需檢測電流采樣數(shù)據(jù)及電壓采樣數(shù)據(jù)，就二者與標(biāo)準(zhǔn)值的差距是否與非倍數(shù)周期相符進(jìn)行觀測；依據(jù)設(shè)計(jì)圖當(dāng)中的相應(yīng)設(shè)備連接及電路構(gòu)成，將定量的電流及電壓再次輸送，然后則采用網(wǎng)絡(luò)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(shí)施檢測。

另外對所存在差距在整數(shù)周期倍數(shù)方面是否相符進(jìn)行觀測，采用此方法，對單間隔保護(hù)設(shè)備具體的電壓及電流同步與否實(shí)施檢測。通過對各種間隔數(shù)據(jù)在具體的同步性方面開展檢驗(yàn)及校隊(duì)工作，可對保護(hù)跨間隔信息具有重要的促進(jìn)作用。根據(jù)圖3裝置之間的PLC連接構(gòu)成，選用傳統(tǒng)的保護(hù)測試儀，驗(yàn)證各種間隔相應(yīng)合并框架下的PLC單元電流量及其差值，在非倍數(shù)周期方面的符合情況進(jìn)行檢測，從而可實(shí)現(xiàn)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(gè)過程進(jìn)行觀測，在此過程當(dāng)中，其母差保護(hù)及主變保護(hù)，在具體的動(dòng)作性能方面將發(fā)生改變［4］。

3.3 基于PLC構(gòu)件繼電保護(hù)在檢修狀態(tài)方面的測試分析

如若保護(hù)設(shè)備和智能終端在具體的檢測狀態(tài)存在差異狀況時(shí)，則智能終端就會自動(dòng)鎖定在閉鎖狀態(tài)，如若二者檢修狀態(tài)相同，則此時(shí)的智能終端，在工作運(yùn)行方面則為安全。如若保護(hù)設(shè)備和合并單元在具體的檢修狀態(tài)相同，則保護(hù)裝置在運(yùn)行工作方面也為安全。若保護(hù)裝置、合并單元及PLC構(gòu)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(dāng)中的斷路器便會始終處于相應(yīng)短路狀態(tài)，若三者相同，則保護(hù)裝置為安全，此時(shí)，斷路器便會完成自動(dòng)跳閘操作。如若組合PLC構(gòu)件保護(hù)設(shè)備、智能終端及合并單元，便可將PLC構(gòu)件多種保護(hù)裝置相應(yīng)試驗(yàn)予以實(shí)現(xiàn)。針對PLC構(gòu)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(shí)施傳輸，而其在整個(gè)PLC構(gòu)件繼電保護(hù)系統(tǒng)當(dāng)中作用也同樣凸顯，對于系統(tǒng)當(dāng)中的光纖回路試驗(yàn)而言，其同樣具有突出作用，其類似于傳統(tǒng)變電站當(dāng)中的電纜絕緣。

具體的操作內(nèi)容為：首先，需對各個(gè)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(xì)記錄，核對各條光纜芯對應(yīng)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(hù)，其中的接收母差，則會對設(shè)備異常、PLC構(gòu)件智能終端GOOSE中斷及GOOSE中斷提供相應(yīng)保護(hù)。對于母差保護(hù)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(hù)GOOSE中斷、接收測控GOOSE中斷及接收母差保護(hù)GOOSE中斷。

4　結(jié)束語

伴隨電力設(shè)備及供電技術(shù)的不斷發(fā)展，對于傳統(tǒng)形式的變電站繼電保護(hù)設(shè)備而言，其在具體的調(diào)試方法方面，主要對PLC構(gòu)件智能化變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)具體性能開展檢驗(yàn)，而在結(jié)果可靠性方面則難以保證，也不能對智能電網(wǎng)健康運(yùn)行提供保證，至此，需將與PLC構(gòu)件智能變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)在具體的調(diào)試內(nèi)容方面進(jìn)行合理選擇。

本文通過對PLC構(gòu)件智能變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)在具體的調(diào)試方法進(jìn)行分析，探討了電力系統(tǒng)機(jī)電保護(hù)的核心內(nèi)容及關(guān)鍵環(huán)節(jié)，以此為后續(xù)PLC構(gòu)件智能變電站中繼電保護(hù)系統(tǒng)有效更新及完善理論提供支持。

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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(xué)本科學(xué)歷，電氣技術(shù)教育專業(yè)。