繼電保護裝置內部數據自定義保護功能的實現

符 斌，謝悅海，程詠斌

（1.廣州市世科高新技術企業有限公司，廣州 510540；2.廣州市揚新技術研究有限責任公司，廣州 510540）

0 引言

現代繼電保護裝置內部包含了很多數據，包括電流、電壓、頻率、功率因數、有功、無功和數字量信息等，但這些數據往往實現單一的功能，數據復用率比較低，裝置所具備的保護功能都是在設計時就已經固定。電壓無功控制裝置也存在諸多問題，例如存在自動化系統前置機與后臺監控機容易因運行程序出錯導致死機的現象、裝置動作過早完成、裝置動作過晚完成導致動作前電壓已越限、裝置容易受到網絡通信影響等。在實際應用中，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［1－4］。另外，現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備去實現，增加了一定的成本。當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部數據的自定義保護功能的實現方法。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，提出了技術方案和具體實現方式，以最小的成本實現繼電保護裝置的功能擴展。

1 技術方案

1.1 設計一種比較器

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進行比較，選擇比較器大于等于或小于的輸出。

1.2 設計一種可編程修改的邏輯方程

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

（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” 3 種，只讀繼電器僅允許在表達式右側，沿觸發繼電器字要求賦值符右側為沿操作表達式。

（5）時間繼電器字不允許沿操作。

1.3 設計一種定時器

通過定時器的啟動時間和返回時間，實現對其他軟繼電器的啟動延時和返回延時。

2 具體實現方式

當前，電壓無功控制裝置存在諸多問題，例如存在自動化系統前置機與后臺監控機容易因運行程序出錯導致死機的現象、裝置動作過早完成、裝置動作過晚完成導致動作前電壓已越限、裝置容易受到網絡通信影響等，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 繼電保護裝置實現電壓無功控制的原理方法及其相關配置

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

（1）數據采集由繼電保護裝置本身自帶的I／ O系統負責；

（2）對比較器和定時器關聯的定值進行重新整定，并編寫對應的邏輯方程；

（3）由繼電保護裝置判斷電壓、無功功率計算結果，然后形成動作指令；

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

繼電保護裝置實現電壓無功控制的節點如表1 所示。

表1 繼電保護裝置實現電壓無功控制的節點

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，而比較器的設定值則當比較器的屬性設置為“立即數” 時，其值為立即數，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，則表示當比較器的輸入值對應的測量值不小于設定值對應的立即數或者測量值時，比較器輸出為1；相反，則表示當輸入值對應的測量值小于設定值對應的立即數或者測量值時，比較器輸出為1。

圖1 比較器邏輯

2.3 整定定時器的定值

當定時器的軟繼電器狀態為0，輸入1 時開始計時，當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。當定時器的軟繼電器狀態為1，輸入0 時開始計時，當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］，區域9為U、Q（cosφ）正常工作區，是電壓無功控制的目標區域，目標就是盡量使系統運行于該區域。通過投切電容器或者調節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的吸收無功功率Q的改變，其變化關系如表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／投切電容器關系

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

（1）區域1：cosφ＜cosφL，U ＜UL，先投入電容器，再根據情況確定是否調節變壓器的分接頭，使電壓在正常范圍內。

（2）區域2：cosφ＜cosφL，U正常，先投入電容器，再根據情況確定是否調節變壓器的分接頭，使電壓在正常范圍內。

（3）區域3：cosφ＜cosφL，U ＞UH，先調節變壓器的分接頭降壓，電壓正常后，再投入電容器。

（4）區域4：cosφ正常，U ＞UH，先調節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）區域5：cosφ＞cosφH，U ＞UH，先切電容器，再根據情況確定是否調節變壓器的分接頭，使電壓在正常范圍內。

（6）區域6：cosφ＞cosφH，U正常，先切電容器，再根據情況確定是否調節變壓器的分接頭，使電壓在正常范圍內。

（7）區域7：cosφ＞cosφH，U ＜UL，先調節變壓器的分接頭升壓，電壓正常后，再切電容器。

（8）區域8：cosφ正常，U ＜UL，先調節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 編寫相應的邏輯方程

根據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，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

相關的邏輯方程如下。

3 結束語

本文通過邏輯方程結合比較器、定時器和繼電保護裝置自帶的功能節點，實現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，用戶可以根據實際需求自定義繼電保護裝置中沒有實現的保護功能，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、經濟、有效、實用等特點。