繼電保護裝置內(nèi)部數(shù)據(jù)自定義保護功能的實現(xiàn)

符 斌，謝悅海，程詠斌

（1.廣州市世科高新技術(shù)企業(yè)有限公司，廣州 510540；2.廣州市揚新技術(shù)研究有限責(zé)任公司，廣州 510540）

0 引言

現(xiàn)代繼電保護裝置內(nèi)部包含了很多數(shù)據(jù)，包括電流、電壓、頻率、功率因數(shù)、有功、無功和數(shù)字量信息等，但這些數(shù)據(jù)往往實現(xiàn)單一的功能，數(shù)據(jù)復(fù)用率比較低，裝置所具備的保護功能都是在設(shè)計時就已經(jīng)固定。電壓無功控制裝置也存在諸多問題，例如存在自動化系統(tǒng)前置機與后臺監(jiān)控機容易因運行程序出錯導(dǎo)致死機的現(xiàn)象、裝置動作過早完成、裝置動作過晚完成導(dǎo)致動作前電壓已越限、裝置容易受到網(wǎng)絡(luò)通信影響等。在實際應(yīng)用中，有些用戶往往需要一些繼電保護裝置上不具備的特殊保護功能，如一般繼電保護裝置上只有4 段過流保護，如果用戶需要4 段以上的過流保護則無法實現(xiàn)［1－4］。另外，現(xiàn)代的繼電保護裝置都不具備電壓無功控制［5－6］和備自投等功能，這些用戶都是需要增加額外專門的設(shè)備去實現(xiàn)，增加了一定的成本。當(dāng)前繼電保護裝置存在保護功能配置靈活性差、通用性不強的問題，急需提供一種利用內(nèi)部數(shù)據(jù)的自定義保護功能的實現(xiàn)方法。本文通過以變電站繼電保護裝置保護功能的拓展性為研究對象，提出了技術(shù)方案和具體實現(xiàn)方式，以最小的成本實現(xiàn)繼電保護裝置的功能擴展。

1 技術(shù)方案

1.1 設(shè)計一種比較器

通過比較器不斷地對兩個值進行比較，比較器的兩個比較值可以是裝置的遙測值、保護測量值之間進行比較，也可以是裝置的遙測值、保護測量值與用戶輸入的立即數(shù)進行比較，選擇比較器大于等于或小于的輸出。

1.2 設(shè)計一種可編程修改的邏輯方程

在比較器的基礎(chǔ)上設(shè)計一種可編程修改、按照既定的語法規(guī)則生成的邏輯方程［7－9］，并利用解析軟件編寫邏輯方程并生成參數(shù)，然后通過維護口下載到裝置中。邏輯方程的運算規(guī)則如下：

（1）在一條邏輯語句中，只能有且只有一個賦值符；

（2）邏輯運算符按照不同的優(yōu)先級別進行由高至低的排序，排列順序為沿邏輯（上升沿／下降沿）、括號、非邏輯、與邏輯、或邏輯；

（3）在使用括號的時候，須成對使用，同時允許嵌套使用；

（4）繼電器字分為“只讀”“讀寫”“沿觸發(fā)” 3 種，只讀繼電器僅允許在表達式右側(cè)，沿觸發(fā)繼電器字要求賦值符右側(cè)為沿操作表達式。

（5）時間繼電器字不允許沿操作。

1.3 設(shè)計一種定時器

通過定時器的啟動時間和返回時間，實現(xiàn)對其他軟繼電器的啟動延時和返回延時。

2 具體實現(xiàn)方式

當(dāng)前，電壓無功控制裝置存在諸多問題，例如存在自動化系統(tǒng)前置機與后臺監(jiān)控機容易因運行程序出錯導(dǎo)致死機的現(xiàn)象、裝置動作過早完成、裝置動作過晚完成導(dǎo)致動作前電壓已越限、裝置容易受到網(wǎng)絡(luò)通信影響等，可以利用裝置自帶的比較器和可編程邏輯方程解決以上問題。

2.1 繼電保護裝置實現(xiàn)電壓無功控制的原理方法及其相關(guān)配置

利用繼電保護測控裝置自帶的I／ O系統(tǒng)實現(xiàn)電壓無功控制，其實現(xiàn)電壓無功的原理方法如下：

（1）數(shù)據(jù)采集由繼電保護裝置本身自帶的I／ O系統(tǒng)負責(zé)；

（2）對比較器和定時器關(guān)聯(lián)的定值進行重新整定，并編寫對應(yīng)的邏輯方程；

（3）由繼電保護裝置判斷電壓、無功功率計算結(jié)果，然后形成動作指令；

（4）根據(jù)動作指令，繼電保護裝置輸出控制至主變分接頭與電容器開關(guān)，進行電壓無功控制。

繼電保護裝置實現(xiàn)電壓無功控制的節(jié)點如表1 所示。

表1 繼電保護裝置實現(xiàn)電壓無功控制的節(jié)點

2.2 整定比較器的定值

比較器邏輯如圖1 所示，比較器的定值包括輸入值、設(shè)定值和屬性，輸入值固定為裝置的遙測值和保護測量值的索引號，而比較器的設(shè)定值則當(dāng)比較器的屬性設(shè)置為“立即數(shù)” 時，其值為立即數(shù)，相反為裝置的遙測值或保護測量值的索引號。屬性選擇為“＞＝” 時，則表示當(dāng)比較器的輸入值對應(yīng)的測量值不小于設(shè)定值對應(yīng)的立即數(shù)或者測量值時，比較器輸出為1；相反，則表示當(dāng)輸入值對應(yīng)的測量值小于設(shè)定值對應(yīng)的立即數(shù)或者測量值時，比較器輸出為1。

圖1 比較器邏輯

2.3 整定定時器的定值

當(dāng)定時器的軟繼電器狀態(tài)為0，輸入1 時開始計時，當(dāng)計時時間超過定時器的啟動時間定值后，定時器軟繼電器輸出1。當(dāng)定時器的軟繼電器狀態(tài)為1，輸入0 時開始計時，當(dāng)計時時間超過定時器的返回時間定值后，定時器軟繼電器輸出0。

2.4 電壓無功控制九域圖控制原理

如圖2所示的九域圖［10－11］，區(qū)域9為U、Q（cosφ）正常工作區(qū)，是電壓無功控制的目標(biāo)區(qū)域，目標(biāo)就是盡量使系統(tǒng)運行于該區(qū)域。通過投切電容器或者調(diào)節(jié)變壓器的分接頭位置來改變無功補償量Q，都會引起母線電壓和系統(tǒng)的吸收無功功率Q的改變，其變化關(guān)系如表2 所示。

圖2 電壓無功控制九域圖原理

表2 U、Q與分接頭位置／投切電容器關(guān)系

由表2 可得出U、Q（cosφ）不正常的8 個區(qū)域的cosφ＞cosφH，U ＜UL控制順序關(guān)系如下。

（1）區(qū)域1：cosφ＜cosφL，U ＜UL，先投入電容器，再根據(jù)情況確定是否調(diào)節(jié)變壓器的分接頭，使電壓在正常范圍內(nèi)。

（2）區(qū)域2：cosφ＜cosφL，U正常，先投入電容器，再根據(jù)情況確定是否調(diào)節(jié)變壓器的分接頭，使電壓在正常范圍內(nèi)。

（3）區(qū)域3：cosφ＜cosφL，U ＞UH，先調(diào)節(jié)變壓器的分接頭降壓，電壓正常后，再投入電容器。

（4）區(qū)域4：cosφ正常，U ＞UH，先調(diào)節(jié)變壓器的分接頭降壓，至最大擋位后仍無法滿足要求，則切電容器。

（5）區(qū)域5：cosφ＞cosφH，U ＞UH，先切電容器，再根據(jù)情況確定是否調(diào)節(jié)變壓器的分接頭，使電壓在正常范圍內(nèi)。

（6）區(qū)域6：cosφ＞cosφH，U正常，先切電容器，再根據(jù)情況確定是否調(diào)節(jié)變壓器的分接頭，使電壓在正常范圍內(nèi)。

（7）區(qū)域7：cosφ＞cosφH，U ＜UL，先調(diào)節(jié)變壓器的分接頭升壓，電壓正常后，再切電容器。

（8）區(qū)域8：cosφ正常，U ＜UL，先調(diào)節(jié)變壓器的分接頭升壓，至最大擋位后仍無法滿足要求，則投入電容器。

2.5 編寫相應(yīng)的邏輯方程

根據(jù)電壓無功九域圖控制原理，通過邏輯方程解析軟件編寫邏輯方程并生成參數(shù)，然后通過維護口下載到裝置中。實例邏輯方程如圖3 所示。

圖3 實例邏輯方程

相關(guān)的邏輯方程如下。

3 結(jié)束語

本文通過邏輯方程結(jié)合比較器、定時器和繼電保護裝置自帶的功能節(jié)點，實現(xiàn)了電壓無功控制功能，驗證了繼電保護裝置的自定義保護功能的可行性，用戶可以根據(jù)實際需求自定義繼電保護裝置中沒有實現(xiàn)的保護功能，從而提高繼電保護裝置功能配置的靈活性和通用性，避免了傳統(tǒng)繼電保護裝置保護功能配置靈活性差的問題，也避免了采用專門的裝置去實現(xiàn)用戶特殊保護功能要求，而需要大大增加投資成本的問題，具有安全、可靠、經(jīng)濟、有效、實用等特點。