0　概述 　　提高城市供用電系統的自動化程度是電網改造的一項重要內容，而變電站保護控制的技術水平又是其中關鍵環節。目前，在我國絕大多數城網變電站中，廣泛應用的繼電保護裝置仍是由傳統的機械觸點繼電器構成，往往完成一種基本的保護或控制任務都必須由多個繼電器共同承擔，比如一條10 kV饋線的過流保護和自動重合閘控制就要用到數以十計的各種繼電器。由于繼電器觸點要經常分合動作，容易損壞，降低了供電的可靠性，并增加了設備維護的工作量；同時，各繼電器之間大量的連接導線不僅使調試檢修困難極大，還致使變電站的各部分幾乎不可能被連接成一個完整的自動化系統。因此，傳統的機械觸點繼電器顯然已不能滿足變電站自動化對繼電保護裝置的要求。 　　可編程控制器（PLC）是一種新型微電腦式配電控制器。其主要特點是用內部已定義的各種輔助繼電器（每個PLC可有多達上千個內部繼電器）代替傳統的機械觸點繼電器，又通過軟件編程方式用內部邏輯關系代替實際的硬件連接線。正因為這一特點，如果將PLC引入繼電保護裝置中，一方面可以克服使用傳統繼電器所帶來的種種弊端；另一方面，又可兼容基于傳統繼電器的設計思想和技術方案，尤其是對于邏輯關系較為復雜的觸點信號處理及操作出口控制，采用PLC編程能使方案設計工作變得更加簡單方便，本文通過應用實例對此加以說明。 [b]1　低頻減載和備用電源自動投入的PLC程序設計 [/b]　　長沙新建的馬王堆110 kV/10 kV變電站，地處郊區，按無人值班標準設計。選用的二次保護裝置是法國MERLIN GERIN公司的SEPAM數字式多功能繼電器，其功能框圖如圖1所示。從圖中可看出，這基本上與微機保護典型圖相同，稍有區別的是，該裝置將通常的計算機繼電器邏輯電路分解成保護功能繼電器組和PLC 2個部分。根據不同保護對象（主變壓器差動保護、母線保護、電容器保護、線路保護等），由不同保護功能繼電器群組合，使裝置分成若干個標準型號，其中所有的單個功能元件均遵循正邏輯法則，在PLC中定義動作節點。例如，一個過電壓元件動作，在PLC中就有一個相應的常開節點閉合（0→1），而一個失壓元件動作，反映在PLC中也是一個相應的常開節點閉合（0→1）。PLC編程使用的是與傳統二次電路圖最相似的梯形圖法，存放程序的EEPROM為外插接式，便于隨時修改設計方案。 [align=left] 圖1　SEPAM裝置功能框圖 　　1.1　低頻減載功能的設計 　　按照規程，變電站中應裝設足夠數量的自動低頻減載裝置。當電力系統因事故發生功率缺額時，必須由自動低頻減載裝置斷開一部分次要負荷，以防止頻率過度降低，并使之很快恢復到一定數值，保證系統的穩定運行和重要負荷的正常工作。又為了保證動作的準確性，低頻減載裝置至少需具備下列功能： 　　（1）為防止在系統短路過程中，由于短路功率突增使頻率突降可能引起的誤動作，低頻動作出口需具有頻降變化率（df/dt）閉鎖功能； 　　（2）為防止在自動重合閘或備用電源自動投入動作過程中，由于失壓間隔可能引起的誤動作，低頻動作的出口延時需獨立可調； 　　（3）可以根據重要程序分別決定哪些負荷接入基本段（快速動作段）及其應屬于什么頻率級，又有哪些負荷接入后備段（長時限動作段）及其應該定多長的出口延時，并且這些接入和整定工作可在不停電的情況下進行。 　　在本例中，10 kV饋線保護裝置選用SEPAM S07型，該型號的保護功能繼電器組除了線路保護必配的過流、速斷、零序過流元件之外，還包括2個名字分別為F561、F562的低頻元件，借助這2個元件可編制出符合上述要求的PLC低頻減載程序（見圖2）。由圖2程序及注釋得出： 　　（1）F561整定值與F562整定值之差為Δf，T1整定值為Δt。當系統頻率在Δt內從高于F561整定值降到低于F562整定值時，說明頻降變化率Δf/Δt過高，造成系統低頻的原因可能是短路功率突增或系統突然失電，而不是負荷過重，此時低頻動作出口被閉鎖，反之則由繼電器K7產生1個出口脈沖命令作用于跳閘； 　　（2）程序中專門設計了1個特殊后備延時出口，其作用是，無論Δf/Δt為何值，只要系統頻率低于動作頻率整定值（F562）并在一定時間內（T3整定值）無法恢復，出口動作將負荷切除。該特殊功能可根據實際情況用PLC的1個內部開關KP1來決定取舍。需要說明的是，PLC中的保護功能繼電器F561、F562節點動作值以及時間繼電器T1、T2、T3和內部開關KP1，均可通過手持編程器在系統運行時進行整定設置；開關量信號輸入節點I2、I3的狀態僅取決于裝置的信號輸入接口與電源小母線之間的連接片是否連通，運行人員只需通過合上相應的連接片就可決定負荷是接入低頻基本段還是低頻后備段。用PLC內部開關代替外部連接片具有同樣效果，采用外部連接片僅僅是為直觀起見。 　　在編制低頻減載程序時，傳統繼電器的動作時間和返回系數概念在梯形圖中被理想化了，之所以能這么處理，主要得益于PLC的微電腦屬性。PLC中的程序是循環執行的，每2次執行之間的時間間隔（循環周期），由整個裝置從采樣到濾波到數據處理等各環節的時序配合決定（SEPAM裝置為13.3 ms），但程序本身執行1次的時間以微秒計，是完全可以忽略的。顯然，如果在梯形圖中將繼電器節點放在相應線圈的后面，節點動作時間可理想化地認為是零。這一點也是使復雜的低頻減載功能得以簡單實現的重要因素。[/align][align=left]　 1.2　備用電源自動投入程序設計 　　馬王堆變電站是長沙地區電網110 kV系統的1個末端站，雙回進線供電，其110 kV側的接線結構如圖3所示（隔離刀閘省略未畫）。 　　備用電源自動投入方案按下列4種運行方式設計： 　　（1）方式1。1號進線供2臺變壓器，2號進線備用，此時斷路器502、500“合”位，504“分”位，如果1號進線失壓，斷開502、合上504； 　　（2）方式2。2號進線供2臺變壓器，1號進線備用，此時斷路器504、500“合”位，502“分”位，如果2號進線失壓，斷開504、合上502； 　　（3）方式3。1號、2號進線各供1臺變壓器，此時斷路器502、504“合”位，500“分”位，如果1號進線失壓，斷開502、合上500； 　　（4）方式4。1號、2號進線各供1臺變壓器，此時斷路器502、504“合”位，500“分”位，如果2號進線失壓，斷開504、合上500。 　　備用電源自動投入的控制程序又必須符合如下一些具體要求： 　　（1）4種運行方式的備用電源自投功能可分別投用或退出； 　　（2）出口只動作1次； 　　（3）只有在工作電源斷開后才投入備用電源； 　　（4）當變電站發生過流故障引起進線失壓時，備用電源自投功能應該閉鎖，待故障電流消除后自動延時復歸。這里要注意，過流故障是否跳開進線斷路器由故障保護程序決定。 　　考慮到上述運行方式和具體要求，選擇34臺SEPAM B04型裝置，每臺對應1種運行方式。利用該型裝置保護功能繼電器組中的低電壓元件（UAB、UBC、UCA）、過電壓元件（UAB，整定值可低于額定電壓）分別判斷1號、2號進線電壓和橋斷路器500兩邊的母線電壓是否失壓或有壓；又利用其中2臺裝置中的過流元件分別判斷進線斷路器502、504是否流過故障電流。對應于運行方式1、3的PLC程序邏輯框圖如圖4所示（因為兩側對稱關系，圖中省略運行方式2、4），每種運行方式用1個內部開關KP來投退，由圖可見，裝置之間只須少量的外部導線通過I/O口，就可將各程序連接起來構成1個完整的備用電源自動投入系統，并且這樣的系統模塊化程度高，便于運行管理。[/align][align=left][b]2　結束語 [/b]　　內置PLC的繼電保護裝置在變電站的設計安裝調試過程及隨后1 a多的運行情況表明：PLC所具有的高度靈活性能為及時解決調試過程中出現的問題提供最佳方案；PLC的運行穩定性和動作準確性高，使繼電保護更可靠；PLC編程技術容易掌握，而程序本身與傳統的繼電保護設計圖十分吻合，使設計人員能充分發揮專長；應用PLC的繼電保護設備更加標準化，選型和使用方便。[/align]