基于PLC的發(fā)電機(jī)100%定子接地保護(hù)

晉春香

(葛洲壩集團(tuán)電力有限責(zé)任公司,湖北宜昌 443000)

基于PLC的發(fā)電機(jī)100%定子接地保護(hù)

晉春香

(葛洲壩集團(tuán)電力有限責(zé)任公司,湖北宜昌 443000)

100%定子接地保護(hù)適用于任何類型的發(fā)電機(jī),這個(gè)保護(hù)由PLC程序控制,主要通過軟件控制,從而省去了硬件開發(fā)工作,外圍電路很少,大大提高了系統(tǒng)的可靠性與抗干擾能力;由于它簡(jiǎn)單易行的可編程序功能,程序稍作修改,就可以滿足用戶不同的控制要求,體現(xiàn)出極大的靈活性和適應(yīng)性,大大提高了發(fā)電機(jī)的可靠性和速動(dòng)性。

發(fā)電機(jī)保護(hù) 100%定子接地保護(hù) PLC

1 研究的背景

電力系統(tǒng)中不可或缺的設(shè)備就是發(fā)電機(jī)。它的安全運(yùn)行，對(duì)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和不間斷供電的可靠性，起著決定性的作用。因此發(fā)電機(jī)需要有一套可靠的繼電保護(hù)裝置以保證發(fā)電機(jī)在各種故障出現(xiàn)后能夠很快地動(dòng)作跳閘，從而確保電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

用PLC控制保護(hù)發(fā)電機(jī)組有很多優(yōu)點(diǎn)，它主要通過軟件控制，節(jié)約了硬件成本，外圍電路很少，可靠性與抗干擾能力較高；編程簡(jiǎn)單，無須改變系統(tǒng)的外部硬件接線便能改變系統(tǒng)的控制要求，大大提高了系統(tǒng)的“柔性”。PLC可以根據(jù)實(shí)際情況很好的擴(kuò)展，僅修改軟件編程，就可以滿足用戶不同的控制要求，體現(xiàn)出極大的靈活性和適應(yīng)性，具有極高的實(shí)際推廣價(jià)值。

2 發(fā)電機(jī)100%定子接地保護(hù)

由發(fā)電機(jī)三次諧波電壓元件和基波零序電壓元件構(gòu)成的100%發(fā)電機(jī)定子接地保護(hù)已廣泛應(yīng)用于國(guó)內(nèi)外?，F(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行情況表明，任何類型的發(fā)電機(jī)都可以用基波零序電壓來保護(hù)，具有簡(jiǎn)單可靠的保護(hù)性能，保護(hù)發(fā)電機(jī)定子繞組范圍的85%～95%(從發(fā)電機(jī)機(jī)端開始)，而剩下的5%～15%的部分(靠近發(fā)電機(jī)中性點(diǎn))是依靠三次諧波電壓定子接地保護(hù)措施予以消除。

這種接地保護(hù)是基于發(fā)電機(jī)三次諧波電壓在正常運(yùn)行和故障運(yùn)行時(shí)變化趨勢(shì)正好相反，基波零序電壓3U0在單相接地時(shí)接地點(diǎn)離中性點(diǎn)越遠(yuǎn)電壓值越高的特點(diǎn)而設(shè)計(jì)的。

圖1 UN3和US3隨接地點(diǎn)α變化的變化曲線

圖2 保護(hù)梯形圖

100%定子接地保護(hù)主要由基波零序電壓保護(hù)和三次諧波電壓定子接地保護(hù)構(gòu)成。三次諧波電壓型定子接地保護(hù)是利用發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)和出線端的三次諧波電壓在正常和接地故障時(shí)的特點(diǎn)構(gòu)成的。正常運(yùn)行時(shí)，發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)的三次諧波電壓Un比出線端的三次諧波電壓Us大；而在發(fā)電機(jī)定子繞組中性點(diǎn)及其附近范圍內(nèi)發(fā)生接地故障時(shí)，出線端的三次諧波電壓Us比發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)的三次諧波電壓Un大。利用其特性發(fā)生變化，動(dòng)作量為出口三次諧波電壓，制動(dòng)量為中性點(diǎn)三次諧波電壓，利用絕對(duì)值進(jìn)行比較，當(dāng)發(fā)電機(jī)出口三次諧波電壓Us大于中性三次諧波電壓Un時(shí)，繼電器動(dòng)作，如圖1。

總之，100%定子接地保護(hù)在大型發(fā)電機(jī)組中的有著重要作用。

3 PLC實(shí)現(xiàn)的發(fā)電機(jī)保護(hù)

由100%定子接地保護(hù)可知，輸入量為3個(gè)開關(guān)量信號(hào)，由按鈕開關(guān)等組成；輸出量為2個(gè)開關(guān)量信號(hào)，由24V指示燈組成。

裝置中前向通道的信號(hào)來自電流互感器、電壓互感器。交流采樣，信號(hào)變換回路是把由系統(tǒng)而來的100V、5A交流信號(hào)經(jīng)變送器進(jìn)一步變成0～5V和4～20mA的直流信號(hào)。經(jīng)模擬量擴(kuò)展模塊EM231的A/D變成CPU所能處理的二進(jìn)制信息，根據(jù)檢測(cè)到的電壓或電流大小來決定保護(hù)動(dòng)作與否。

100%定子接地保護(hù)的PLC控制相對(duì)比較簡(jiǎn)單。根據(jù)控制要求，并參照電氣控制原理圖，可直接畫出PLC控制的梯形圖，如圖2所示。在設(shè)計(jì)中要考慮PLC控制與繼電接觸器控制的不同。注意以下幾點(diǎn):

在繼電接觸器控制的系統(tǒng)中，復(fù)位按鈕用常閉觸點(diǎn)，為了與繼電接觸器控制電路一致，在PLC梯形圖中同樣也要用常閉觸點(diǎn)，這樣一來，與輸入端子相接的復(fù)位按鈕，就必須用常開觸點(diǎn)。

根據(jù)PLC的工作原理可知，當(dāng)輸入端接常閉觸點(diǎn)，若輸入端的常閉觸點(diǎn)未動(dòng)作，相對(duì)應(yīng)的輸入繼電器線圈得電。若此輸入繼電器的常閉觸點(diǎn)與輸出繼電器線圈串聯(lián)，則輸出繼電器不能得電。

4 結(jié)語(yǔ)

本文介紹了發(fā)電機(jī)保護(hù)中的發(fā)電機(jī)100%定子接地保護(hù)，并對(duì)發(fā)電機(jī)PLC的保護(hù)方案進(jìn)行了分析。針對(duì)發(fā)電機(jī)100%定子接地保護(hù)的PLC保護(hù)模塊的硬件電路進(jìn)行設(shè)計(jì)，完成了對(duì)軟件程序的編寫。

[1] 張保會(huì),尹項(xiàng)根主編.電力系統(tǒng)繼電保護(hù)[M].北京:中國(guó)電力出版社,2005.

[2] 熊信銀主編.發(fā)電機(jī)及電氣系統(tǒng)[M].北京:中國(guó)電力出版社,2004.

[3] 王維儉.發(fā)電機(jī)變壓器繼電保護(hù)應(yīng)用[M].北京:中國(guó)電力出版社,2003.

[4] 王雙紅.由“三次諧波”構(gòu)成的發(fā)電機(jī)EP31301型100%定子接地保護(hù)的原理與應(yīng)用[J].山西電力,2003.