繼電保護邏輯方程解析方法

隋佳斌 常寶波 程詠斌

[摘? ? 要]對現有繼電保護數量與型號眾多、維護工作量大、版本混亂等問題，提出一種可編程繼電保護方法，對現有繼電保護可編程邏輯方程進行深入解析，并進行虛擬執行以檢測邏輯方程中的語法錯誤。該方法在實際的繼電保護裝置的應用中，表現出良好的實時性和通用性。

[關鍵詞]繼電保護;邏輯方程;解析

[中圖分類號]TM774 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487（2020）11–00–03

[Abstract]In view of the problems of the large number and models of existing relay protection， heavy maintenance workload， confusion of versions， etc.， a programmable relay protection method is proposed， and the programmable logic equations of the existing relay protection are analyzed in depth and virtualized Execute to detect syntax errors in logic equations. This method shows good real-time and versatility in the application of actual relay protection devices.

[Keywords]relay protection; logic equation; analysis

隨著電力系統繼電保護的快速發展，對繼電保護的可編程要求越來越迫切。傳統繼電保護一般按照功能設計不同的裝置型號，例如：電容器保護、饋線保護、電動保護、備自投等;而且用戶的需求千變萬化，經常需要各種復雜的閉鎖條件、備自投方案等。為了滿足上述要求，各個繼電保護廠家的繼電保護型號種類繁多，而且各種型號的程序版本也很混亂。傳統的設計理念不僅維護工作量很大，而且因版本混亂，現場隱患很多，嚴重影響了電力系統的正常運行。

為了解決該問題，目前流行的解決思路是實現繼電保護可編程功能，將所有的開入、開出、保護功能等抽象為基本的布爾變量（稱為繼電器字），用戶的各種特殊需求通過編寫布爾表達式（稱為邏輯方程）解決。這樣不僅解決了裝置類型和程序版本繁多的問題，而且便于現場調試，保證了電力系統的正常運行。但邏輯方程文本信息的執行需要經過詞法分析、語法分析、編譯執行等復雜的處理。而繼電保護是強實時系統，幾毫秒的延時即可導致大規模的停電事故，對時間要求非常的苛刻。

在可編程功能的實現上，可以直接利用現有繼電保護的邏輯方程技術，也可以借助于國外較為成熟的編譯軟件，如德國科維軟件公司的MULTIPROG軟件等，但購買國外的專用軟件包時核心技術會受制于人。因此，本文提出一種具有強實時性的繼電保護邏輯方程解析方法，并將該方法應用于可編程繼電保護裝置，以期簡化現場維護工作量。

1 解析方法實現原理

從本質上說，邏輯方程是一系列布爾表達式，其基本元素是布爾變量和各種邏輯運算符。為了充分利用邏輯方程，以實現繼電保護可編程化，需要將各種繼電保護硬件接口或設備抽象為布爾變量。為了后續描述方便，將這些抽象后的布爾變量稱為繼電器字，而由繼電器字組合成的布爾表達式被稱為邏輯方程。

解析方法整體軟件體系結構如圖1所示，主要包括繼電器字數據庫、解析模塊和執行模塊三部分。繼電器字數據庫用來管理所有抽象的繼電器字，不僅用于用戶編寫邏輯方程，而且也用于統一解析模塊和執行模塊所對應的繼電器字表。解析模塊將用戶編寫的邏輯方程解析為邏輯方程參數，執行模塊執行邏輯方程參數，整個過程類似于高級語言編譯過程。

在現代微機繼電保護中，繼電保護軟件模塊一般由一個獨立的定時中斷或高優先級任務來調用，以此來保證繼電保護動作的實時性和快速性。為了適應邏輯方程在實際應用中的特性，該方法將繼電保護軟件模塊分為三個階段。

（1）進行保護電氣量計算，并設置相應的繼電器字狀態。

（2）調用邏輯方程執行模塊，執行用戶編寫的邏輯方程。

（3）最后依據相應的繼電器字狀態觸發出口、生成報告、指示LED燈亮滅等操作。

2 解析方法應用流程

（1）根據繼電保護裝置的實際運行特性，邏輯方程的解析主要可分為：①依據繼電器字數據庫編寫邏輯方程。②詞法分析，將邏輯方程解析成節點結構。③虛擬執行，檢測邏輯方程中的語法錯誤，因后續解析時難以同步處理語法錯誤，需要先檢測語法錯誤。④構建執行單元模塊。⑤生成邏輯方程參數。⑥繼電保護裝置依據邏輯方程參數執行邏輯方程。⑦依據邏輯方程執行結果觸發出口。

（2）依據繼電保護功能，可抽象出很多種類型的繼電器字，如開入繼電器字、開出繼電器字、保護元件繼電器字、動作報告繼電器字、時間繼電器字、自保持繼電器字等。但為了快速而實時的執行邏輯方程，必須壓縮繼電器字類型。經高度抽象概括后，可抽象為如下兩種類型：①常規繼電器字。②時間繼電器字。

所有類型的繼電器字都可以歸納為上述兩種，或者由上述兩種繼電器字組合而成。如自保持繼電器可通過邏輯方程表達式組合為：

式中：繼電器字A為自保持繼電器字，繼電器字B為自保持返回條件，繼電器字C為自保持觸發條件。當繼電器字C為1時，則繼電器字A保持為1，直到繼電器字B為1時才返回0。

（3）邏輯方程的參數主要包括：

①文件頭。用于描述繼電器字、執行單元信息的個數。

②繼電器字描述結構。

③執行單元描述結構。

④沿操作描述信息，列出所有參與沿操作的繼電器字，用于清除沿狀態。

⑤文件CRC校驗，用于文件合法檢測。

（4）繼電器執行單元描述結構包括：①繼電器字索引，用于快速讀寫繼電器字狀態。②快速跳轉偏移，為-1時表示當前節點跳轉到結尾。③關聯運算符，包括“與”、“或”和“結束”三種運算符。關聯運算符主要用于跳轉判斷，在“1+…”和“0×…”的時候進行跳轉。④提取方式，包括“常規”、“取反”、“上升沿”、“下降沿”、“上升沿并取反”和“下降沿并取反”。通過提取方式將繼電器字和運算符結合，減少了執行節點個數。

邏輯方程支持的運算符及其釋義，如表1所示。通過計算保護電氣量，設置繼電器字狀態，依據邏輯方程參數，構建執行結構，將繼電器字狀態代入執行結構中，得到執行結構。

（5）例如表達式X=A+B×（C+D）×（E+F）+G#，依次監測變量A—G的狀態，執行過程如下：

①如果A=1，則X=1，解析結束。

②如果A=0，B=0，則CDEF被忽略，執行步驟（7）。

3 可編程繼電保護裝置應用

廣州市揚新技術研究有限責任公司生產的BYE550系列綜合保護測控裝置集保護、測控、監視、控制、人機接口、通訊等多種功能于一體，是一款可編程的多功能綜合保護測控裝置，適用于110 kV及以下電壓等級的輸電線路、變壓器出線、電容器、電動機等間隔的保護測控功能要求。它們通過可編程邏輯，可靈活實現用戶的特殊功能需求：可編程設定面板LED，并支持自保持特性;12個定時器可通過編程實現特殊功能;16路強電開入可通過編程實現各種開關量控制、閉鎖、跳閘等功能。它可以實時動態顯示各保護元件的執行情況，保護動作過程完全透明，便于事故分析。它具有詳細且大容量的事件報告記錄，最大可記錄127條操作事項（如裝置上電、修改定值等）、255條事件順序記錄信息。

當進行繼電保護裝置的功能設定時，只需要更改相應部分的邏輯方程即可實現，無需反復更改硬件配置。且嵌入式芯片的響應速度很快，能滿足繼電保護的強實時性要求。

4 結語

本文主要針對現階段繼電保護維護量大的問題，提出了一種繼電保護邏輯方程解析方法，通過邏輯方程的形式將具體的繼電保護硬件接口或設備抽象為繼電器字，利用嵌入式芯片的快速響應加以運算與執行，滿足繼電保護的強實時性。采用該解析方法設計的可編程繼電保護裝置經過在廣州地鐵各個線路上的多年運營，能有效監測線網電氣量并對故障情況進行準確判斷，證明本文所提的可編程邏輯方程解析方法具有有效性。

參考文獻

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