基于PLC构件的继电保护系统核心分析

沈明（南京六合中等专业学校，江苏南京，211500）



基于PLC构件的继电保护系统核心分析

沈明
（南京六合中等专业学校，江苏南京，211500）

电力系统当中应用继电保护系统，可实现其自动化水平及可靠性的提升。当今继电保护系统技术不断进步，其对整个电力系统的安全、有效运用发挥着关键作用，不仅可带来显著的经济效益，且社会效益更加凸显。电力系统中继电保护高效运用，促使其更佳适于电力系统的长远发展，乃是当前电力系统领域研究的重点内容。本文研究了可编程控制器（PLC）组态灵活、可靠性高、便于调试及易编程等特征，结合继电保护系统的需求，探讨了应用PLC对继电保护系统优化调整的策略，以此为相关应用研究提供理论支撑。

PLC；继电保护系统；二次设备

引言

伴随装备工业体系及应用技术的深入发展，智能化已然成为新时代的风向标。而对于当前电网体系而言，智能电网建设已然成为电力系统的发展趋势和方向，智能变电站作为整个智能电网当中的重要构成部分，已然成为新世纪以来我国整体电网建设的核心趋势。智能变电站继电保护系统与传统形式的变电站存在较大差别，而二者在数据处理、数据传输及数据采集方面表现更为明显［1］。对于智能变电站而言，其电气设备在构成上主要有网络交换机、合并单元及智能终端等，而各个子系统在性能、特点及功能方面的具体状况，则直接作用于智能变电站安全运行［2］。对于智能变电站继电保护系统而言，其装置下的安全可靠的过程层网络及是否 同步的合并单元采样，对整个系统的反应力及性能具有决定性。

1　基于PLC构件的继电保护系统特征

应用PLC构件实施继电保护系统优化，有以下好处：

（1）可信性。PLC构件的可信性决定着用户对系统的信任度，而基于PLC构件的继电保护系统具有较高的可信性。基于PLC构件的继电保护系统发生故障或失效的频率保持在较低的范围内，同时故障或失效所造成的损失也在用户可接受的范围内；基于PLC构件的继电保护系统能够满足用户的多种需求，用户完成任务后普遍都能获得较高的满意度；基于PLC 构件的继电保护系统从使用到发生故障时，持续服务可以坚持的时间较长，这意味着其具有较高的可靠性。

（2）可重新性。基于PLC 构件的继电保护系统不做任何修改，或者稍微修改就能够达到重复使用的目的，这可以极大地缩短开发流程并降低开发成本，对于提高电力部门的经济效益和社会效益是十分重要的。

（3）可移植性。从一种计算机环境被移植到另外一种计算机环境后，基于PLC构件的继电保护系统仍然可以正常工作，这表明其具有非常优良的质量。一般而言，基于PLC构件的继电保护系统可移植性与目标环境的数量、移植工作量和转移成本相关，转移成本越低，意味着系统的可移植性越高。

2　基于PLC构件智能变电站继电保护系统基础配置分析

智能变电站相应监控系统在调试方面所用PLC结构为三层两网结构，其三层即为站控层、过程层设备及间隔层；而两网就是站控层网络及过程层网络。就智能变电站监控系统通信网络而言，其主要包括两种方式，即为GOOSE和MMS。

2.1GOOSE交换机构成的网络

GOOSE网络将各个保护设备间所发出的控制分合、联锁及闭锁等命令，向智能终端进行传送。而继电保护系统性能及反应能力，则由数据传输及网络连接质量来决定，此点则相同于传统变电站系统当中的二次回路。在整个网络系统当中，交换机乃为其核心，其自带有端口自由镜像；另外其还具有诸多功能类型，诸如告警功能测试、安全功能测试、广播风暴抑制、报文优先级QoS及VLan划分功能等；而这些功能在可靠程度方面的高低，则决定着智能变电站在稳定性及安全水平的高低。智能变电站监控系统结构见图1所示。

图1　智能变电站架构

2.2MMS网交换机

从PLC构件智能变电站结构图当中可知：其间隔层网络结构为双星型拓扑，主要作用为对GOOSE及MMS报文开展实时传送，利用其它形式的网络设施，促使各个设备间隔及站控层之间完成PLC构件网络通讯完成建立，最终促使人机交流的实现。对其中的过程层而言，其在具体的组网方式方面，则划分依据为电压级别，比如220kV及1lOkV电压而言，在设置上，则由SV网及GOOSE网共同完成。

在PLC构件网络构成方面，则采用星形结构，对于间隔智能终端和继电保护设施而言，则采用的是GOOSE且采用直跳方式来实现，针对各种应用实现，如各项设备位置和状态、启动、失灵及闭锁信息等，则采用GOOSE，于各自之间开展传送及互换操作；而对于PLC构件合并单元和PLC构件继电保护设施在信息采集而言，则采用SV并予以直采方式来完成，利用SV网络，将诸如电流采样信息、电压采样信息、故障录波器及网络分析仪等信息开展传送工作［3］。对于站控层校而言，则采用方法为SNTP网络校时，采用1588协议及硬接点的方式，实现过程层和间隔层在设备之间的有效衔接，此种接入方式可达到光纤B码在同步校时方面的实现，然而，此种功能在实施方面需要相关设备给予支撑。

3　基于PLC构件智能变电站继电保护系统核心内容的调试

3.1基于PLC构件继电保护系统在电流采集及电压检测方面的调试

智能变电站采用数字化对测试仪施加保护，运用保护设备光纤直采口，将合并单元相应光数字量予以输入，并对保护的灵敏性、可靠性及精确度进行校验。此外，就继电保护而言，其同样要求跨间隔数据，可运用两根光缆，将各种处于间隔状态的相应合并单元光数字量同时输入，以此对数字电压及电流数据在采集方面得以完成。图2为继电化保护测试仪。

图2　继电化保护测试仪

3.2 基于PLC构件继电保护输出保护设备的调试

PLC构件机电保护系统相应保护设备光缆，始于直跳口处，且向智能终端实施传送，且将系统跳闸命令予以下达，而后利用GOOSE组网口，将处于各级设备之间所存在的联闭锁信号进行输送，采用保护设备，检验GOOSE报文所输出的相应信号，从而促使传送信号在及时性及准确性得以保证；采用GOOSE虚端子表，对GOOSE报文所输出的相应信号提供支撑，促使各种信号在对应检验方面均可实现。本次研究所采用的PLC构件继电保护测试系统，实质乃为单间隔保护，见图3。

图3　继电保护测试系统

依据图中连接线路PLC构成，运用已有的试验仪，将一定量的电流及电压，向合并单元进行输送，在此期间，需对单间隔保护设备加压后的相位角是否相同于相位角进行观测。还需检测电流采样数据及电压采样数据，就二者与标准值的差距是否与非倍数周期相符进行观测；依据设计图当中的相应设备连接及电路构成，将定量的电流及电压再次输送，然后则采用网络分析仪，就其电流及电压在具体的波形方面突变状况存在与否实施检测。

另外对所存在差距在整数周期倍数方面是否相符进行观测，采用此方法，对单间隔保护设备具体的电压及电流同步与否实施检测。通过对各种间隔数据在具体的同步性方面开展检验及校队工作，可对保护跨间隔信息具有重要的促进作用。根据图3装置之间的PLC连接构成，选用传统的保护测试仪，验证各种间隔相应合并框架下的PLC单元电流量及其差值，在非倍数周期方面的符合情况进行检测，从而可实现为电流采样及电压采样在同步性方面提供保证的目的。

对于各种间隔合并单元，就其自不同步直至同步的整个过程进行观测，在此过程当中，其母差保护及主变保护，在具体的动作性能方面将发生改变［4］。

3.3 基于PLC构件继电保护在检修状态方面的测试分析

如若保护设备和智能终端在具体的检测状态存在差异状况时，则智能终端就会自动锁定在闭锁状态，如若二者检修状态相同，则此时的智能终端，在工作运行方面则为安全。如若保护设备和合并单元在具体的检修状态相同，则保护装置在运行工作方面也为安全。若保护装置、合并单元及PLC构件智能终端在具体的检修状态方面均存在差异，则系统当中的断路器便会始终处于相应短路状态，若三者相同，则保护装置为安全，此时，断路器便会完成自动跳闸操作。如若组合PLC构件保护设备、智能终端及合并单元，便可将PLC构件多种保护装置相应试验予以实现。针对PLC构件智能变电站而言，其主要采用光缆，对电流、电压及指令等信息实施传输，而其在整个PLC构件继电保护系统当中作用也同样凸显，对于系统当中的光纤回路试验而言，其同样具有突出作用，其类似于传统变电站当中的电缆绝缘。

具体的操作内容为：首先，需对各个光缆芯，开展收发器件功率方面的测试工作，备用芯测试也包含其中；其次，测试误码率及光通道衰耗，且详细记录，核对各条光缆芯对应的断链警告信号［5］。比如220kV线路间隔，合并单元乃为其线路保护，其中的接收母差，则会对设备异常、PLC构件智能终端GOOSE中断及GOOSE中断提供相应保护。对于母差保护而言，接收合并单元S中断也包含其中，还有上述两种中断也包括其中。

测控、合并单元及智能终端，均包含接收保护GOOSE中断、接收测控GOOSE中断及接收母差保护GOOSE中断。

4　结束语

伴随电力设备及供电技术的不断发展，对于传统形式的变电站继电保护设备而言，其在具体的调试方法方面，主要对PLC构件智能化变电站继电保护系统具体性能开展检验，而在结果可靠性方面则难以保证，也不能对智能电网健康运行提供保证，至此，需将与PLC构件智能变电站继电保护系统在具体的调试内容方面进行合理选择。

本文通过对PLC构件智能变电站继电保护系统在具体的调试方法进行分析，探讨了电力系统机电保护的核心内容及关键环节，以此为后续PLC构件智能变电站中继电保护系统有效更新及完善理论提供支持。

［1］羊世勇. 水电站继电保护装置管理存在的问题及核心对策分析［J］. 机电工程技术， 2015， 44（12）:26-28.

［2］韩绪鹏，李道霖. 基于职业能力的高职继电保护与自动化专业课程体系构建探讨［J］. 湖南工业职业技术学院学报， 2012，12（3）:99-101.

［3］李炜. 继电保护故障信息系统中的故障分析专家系统的设计思路［J］. 电力系统保护与控制， 2005， 33（10）:53-56.

［4］张鹏飞， 王浩志. 电力系统继电保护新技术发展趋势分析［J］.电子技术与软件工程， 2014（24）:149-149.

［5］焦玉杰. 基于继电保护系统对一次设备可靠性的影响分析［J］.电子制作，2014（22）:215.

［6］高平立. 继电保护系统对一次设备可靠性的影响［J］. 科技风，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，江苏新沂人，汉族，大学本科学历，电气技术教育专业。