继电保护装置内部数据自定义保护功能的实现

符 斌，谢悦海，程咏斌

（1.广州市世科高新技术企业有限公司，广州 510540；2.广州市扬新技术研究有限责任公司，广州 510540）

0 引言

现代继电保护装置内部包含了很多数据，包括电流、电压、频率、功率因数、有功、无功和数字量信息等，但这些数据往往实现单一的功能，数据复用率比较低，装置所具备的保护功能都是在设计时就已经固定。电压无功控制装置也存在诸多问题，例如存在自动化系统前置机与后台监控机容易因运行程序出错导致死机的现象、装置动作过早完成、装置动作过晚完成导致动作前电压已越限、装置容易受到网络通信影响等。在实际应用中，有些用户往往需要一些继电保护装置上不具备的特殊保护功能，如一般继电保护装置上只有4 段过流保护，如果用户需要4 段以上的过流保护则无法实现［1－4］。另外，现代的继电保护装置都不具备电压无功控制［5－6］和备自投等功能，这些用户都是需要增加额外专门的设备去实现，增加了一定的成本。当前继电保护装置存在保护功能配置灵活性差、通用性不强的问题，急需提供一种利用内部数据的自定义保护功能的实现方法。本文通过以变电站继电保护装置保护功能的拓展性为研究对象，提出了技术方案和具体实现方式，以最小的成本实现继电保护装置的功能扩展。

1 技术方案

1.1 设计一种比较器

通过比较器不断地对两个值进行比较，比较器的两个比较值可以是装置的遥测值、保护测量值之间进行比较，也可以是装置的遥测值、保护测量值与用户输入的立即数进行比较，选择比较器大于等于或小于的输出。

1.2 设计一种可编程修改的逻辑方程

在比较器的基础上设计一种可编程修改、按照既定的语法规则生成的逻辑方程［7－9］，并利用解析软件编写逻辑方程并生成参数，然后通过维护口下载到装置中。逻辑方程的运算规则如下：

（1）在一条逻辑语句中，只能有且只有一个赋值符；

（2）逻辑运算符按照不同的优先级别进行由高至低的排序，排列顺序为沿逻辑（上升沿／下降沿）、括号、非逻辑、与逻辑、或逻辑；

（3）在使用括号的时候，须成对使用，同时允许嵌套使用；

（4）继电器字分为“只读”“读写”“沿触发” 3 种，只读继电器仅允许在表达式右侧，沿触发继电器字要求赋值符右侧为沿操作表达式。

（5）时间继电器字不允许沿操作。

1.3 设计一种定时器

通过定时器的启动时间和返回时间，实现对其他软继电器的启动延时和返回延时。

2 具体实现方式

当前，电压无功控制装置存在诸多问题，例如存在自动化系统前置机与后台监控机容易因运行程序出错导致死机的现象、装置动作过早完成、装置动作过晚完成导致动作前电压已越限、装置容易受到网络通信影响等，可以利用装置自带的比较器和可编程逻辑方程解决以上问题。

2.1 继电保护装置实现电压无功控制的原理方法及其相关配置

利用继电保护测控装置自带的I／ O系统实现电压无功控制，其实现电压无功的原理方法如下：

（1）数据采集由继电保护装置本身自带的I／ O系统负责；

（2）对比较器和定时器关联的定值进行重新整定，并编写对应的逻辑方程；

（3）由继电保护装置判断电压、无功功率计算结果，然后形成动作指令；

（4）根据动作指令，继电保护装置输出控制至主变分接头与电容器开关，进行电压无功控制。

继电保护装置实现电压无功控制的节点如表1 所示。

表1 继电保护装置实现电压无功控制的节点

2.2 整定比较器的定值

比较器逻辑如图1 所示，比较器的定值包括输入值、设定值和属性，输入值固定为装置的遥测值和保护测量值的索引号，而比较器的设定值则当比较器的属性设置为“立即数” 时，其值为立即数，相反为装置的遥测值或保护测量值的索引号。属性选择为“＞＝” 时，则表示当比较器的输入值对应的测量值不小于设定值对应的立即数或者测量值时，比较器输出为1；相反，则表示当输入值对应的测量值小于设定值对应的立即数或者测量值时，比较器输出为1。

图1 比较器逻辑

2.3 整定定时器的定值

当定时器的软继电器状态为0，输入1 时开始计时，当计时时间超过定时器的启动时间定值后，定时器软继电器输出1。当定时器的软继电器状态为1，输入0 时开始计时，当计时时间超过定时器的返回时间定值后，定时器软继电器输出0。

2.4 电压无功控制九域图控制原理

如图2所示的九域图［10－11］，区域9为U、Q（cosφ）正常工作区，是电压无功控制的目标区域，目标就是尽量使系统运行于该区域。通过投切电容器或者调节变压器的分接头位置来改变无功补偿量Q，都会引起母线电压和系统的吸收无功功率Q的改变，其变化关系如表2 所示。

图2 电压无功控制九域图原理

表2 U、Q与分接头位置／投切电容器关系

由表2 可得出U、Q（cosφ）不正常的8 个区域的cosφ＞cosφH，U ＜UL控制顺序关系如下。

（1）区域1：cosφ＜cosφL，U ＜UL，先投入电容器，再根据情况确定是否调节变压器的分接头，使电压在正常范围内。

（2）区域2：cosφ＜cosφL，U正常，先投入电容器，再根据情况确定是否调节变压器的分接头，使电压在正常范围内。

（3）区域3：cosφ＜cosφL，U ＞UH，先调节变压器的分接头降压，电压正常后，再投入电容器。

（4）区域4：cosφ正常，U ＞UH，先调节变压器的分接头降压，至最大挡位后仍无法满足要求，则切电容器。

（5）区域5：cosφ＞cosφH，U ＞UH，先切电容器，再根据情况确定是否调节变压器的分接头，使电压在正常范围内。

（6）区域6：cosφ＞cosφH，U正常，先切电容器，再根据情况确定是否调节变压器的分接头，使电压在正常范围内。

（7）区域7：cosφ＞cosφH，U ＜UL，先调节变压器的分接头升压，电压正常后，再切电容器。

（8）区域8：cosφ正常，U ＜UL，先调节变压器的分接头升压，至最大挡位后仍无法满足要求，则投入电容器。

2.5 编写相应的逻辑方程

根据电压无功九域图控制原理，通过逻辑方程解析软件编写逻辑方程并生成参数，然后通过维护口下载到装置中。实例逻辑方程如图3 所示。

图3 实例逻辑方程

相关的逻辑方程如下。

3 结束语

本文通过逻辑方程结合比较器、定时器和继电保护装置自带的功能节点，实现了电压无功控制功能，验证了继电保护装置的自定义保护功能的可行性，用户可以根据实际需求自定义继电保护装置中没有实现的保护功能，从而提高继电保护装置功能配置的灵活性和通用性，避免了传统继电保护装置保护功能配置灵活性差的问题，也避免了采用专门的装置去实现用户特殊保护功能要求，而需要大大增加投资成本的问题，具有安全、可靠、经济、有效、实用等特点。