PLC实现三段式电流保护和自动重合闸保护

张天然

PLC实现三段式电流保护和自动重合闸保护

张天然

（天津工程职业技术学院，天津市 300280）

针对传统的继电保护方式已经不能满足电力系统的自动化要求，经教学研究发现PLC构成的继电保护装置，调试简单，组态灵活，可以满足电力系统的遥控的要求。

PLC；控制回路；组态王

继电保护技术是随着电力系统的发展而逐渐兴起发展的，继电保护装置是指安装在保护元件故障或不正常运行状态并作用于断路器跳闸或发出信号的一种装置。传统的继电保护和自动重合闸装置大都采用电磁式继电器和各种控制开关构成，由于制造厂商的不同，其性能和参数差别较大，即使是同一型号的器件，其动作值也参差不同，给继电保护的调试带来不便；而且其连接导线繁多，继电器的寿命有限，容易发生装置的误动和拒动，影响电力系统的可靠性。总而言之，传统的继电保护方式已经不能满足电力系统的自动化要求。

PLC构成的继电保护装置，调试简单，组态灵活，可以满足电力系统的遥控的要求。因此，PLC构成的继电保护装置具有广阔的前景。

本文介绍利用可编程控制器和组态王实现单相三段式电流保护，及自动重合闸的功能。

一、输电线路三段式电流保护与自动重合闸的理论基础

1．三段电流保护与它们的作用

电流速断保护又称为第Ⅰ段电流保护，Ⅱ段是带时限电流速断保护，定时限过流保护即电流保护的第Ⅲ段。

电流速断保护只能保护线路的一部分，带时限的电流速断保护只能保护本线路的全长，但不能作为相邻下一级线路的后备保护，还必须采用过流保护作为本线路和下一级线路的后备保护。它不仅能保护本条线路全长，而且也能保护相邻线路的全长。定时限过流保护不仅可作本级线路的近后备保护，还可以作相邻线路的远后备保护。输电线路通常采用三段式电流保护，即由电流速断保护作为第Ⅰ段保护，带时限电流速断保护作为第Ⅱ段保护，定时限过流保护作为第Ⅲ段保护，构成一整套保护装置。

2．三段式电流保护的时限特性

三段式电流保护的时限特性如图1所示，第Ⅰ段电流保护只保护本线路中的一部分Ⅰ，其动作时限为继电器的固有动作时间t′1QF；第Ⅱ段电流保护的保护范围延伸到下一级线路的一部分Ⅱ，其动作时限为t″2QF。第Ⅰ、Ⅱ段电流保护构成线路主保护。第Ⅲ段电流保护作为第Ⅰ、Ⅱ段电流保护的远后备保护。它的保护范围为线路A－B和B－C的全部，其动作时限为t”1QF。其中，2 QF和3 QF的配合同上。

3．自动重合闸的作用

在电力系统中的故障中，大多数的故障是“瞬时性故障”。故障消失后把断开的断路器再合上，就能恢复正常的供电。除此之外，也有“永久性故障”，在线路被断开以后，短路依然存在。这时，即使再合上电源，由于故障依然存在，线路还要继电保护再次断开，因此就不能恢复正常的断电。

由于送电线路上的故障具有以上的性质，因此，在线路被断开以后再进行一次合闸就有可能大大提高供电的可靠性。为此在电力系统中广泛采用了当断路器跳闸以后就能自动地将断路器重新合闸的自动重合闸装置。

二、输电线路三段式电流保护装置的设计

输电线路三段式电流保护模拟装置主要由输电线路主回路、二次测量回路、PLC控制回路和组态王远程控制系统构成。

可以用滑线变阻器模拟主回路，将电流互感器串入主回路用于测量，再搭建I／V变换二次回路，将电流信号转换为电压信号送入A／D模块用于判断主回路的电流是否大于过流值。通过认为设定故障计算短路电流，整定PLC中的继电器使主回路电流达到Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段的设定值，这样可以达到模拟输电线路三段式电流保护的目的。

主回路如图2：

图2 三段式电流保护主回路

其中，R0、R1、R2、R3都由滑线变阻器搭建，而且R2和R3由同一变阻器触头的滑动来决定。两个断路器由接触器的常开触头代替，通过接触器的是否带电来决定回路是否接通，即是否跳闸。

K1点短路时，第Ⅰ段保护动作，即速断保护，第一个断路器动作于跳闸；同时启动重合闸系统判断是否是永久性故障，如果是瞬时故障在切除故障时自动重合。K2点短路时，第Ⅱ段保护动作，即限时速断动作动作，第一个断路器动作于跳闸；重合闸系统同速断保护的自动重合闸系统。K3点短路时，第Ⅲ段保护动作，即定时限过流保护动作，第二个断路器跳闸；重合闸系统同上。

Plc程序流程如图3、图4，可以根据要求编写查询，完成更多任务。

图3 三段保护的流程图

图4 重合闸的流程图

三、组态王主界面的设计

组态王主界面的设计如图5，通过组态王软件可以实现在计算机上得到实时电流、报警与事件，实时报表和实时曲线。可以制作实时数据报表，实时显示数据，显示值班人；以及制作实时报表的自动打印按钮，实时打印等。

图5 组态王主界面的设计

应当指出，在电流互感器串入主回路后切忌将电流互感器当作变压器，然后将信号进行桥式整流。因为，电流互感器虽然类似于变压器，但是它却不是变压器，经过变比为100／1的电流互感器后，其副边电流信号已经很弱小，直接通入整流桥整流效果很差，并且具有严重的过零点，过零将会将PLC运行程序中的计时器清零；即使加上平波电感，效果也不好，这因为，电感若很小，滤波不明显，若电感很大，信号在滤波后将会很弱。则必须通过I／V变换将交流电流信号转化为直流电压信号通入A／D模块。

三段式线路电流保护的PLC控制装置，通过模拟可以实现线路的三段式线路电流保护，及自动重合闸（可根据具体情况选择使用重合闸前加速保护或者重合闸后加速保护）；同时，还可通过组态王实现远程监控。在电力系统教学中适合使用，可以使学生深入理解电力系统及综合自动化技术。

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

张天然（1965－），女，天津市人，天津工程职业技术学院机电机电工程系教师，主要从事电气自动化、电工电子等方面的研究和学生管理工作。