基于PLC的發電機100%定子接地保護

晉春香

(葛洲壩集團電力有限責任公司,湖北宜昌 443000)

基于PLC的發電機100%定子接地保護

晉春香

(葛洲壩集團電力有限責任公司,湖北宜昌 443000)

100%定子接地保護適用于任何類型的發電機,這個保護由PLC程序控制,主要通過軟件控制,從而省去了硬件開發工作,外圍電路很少,大大提高了系統的可靠性與抗干擾能力;由于它簡單易行的可編程序功能,程序稍作修改,就可以滿足用戶不同的控制要求,體現出極大的靈活性和適應性,大大提高了發電機的可靠性和速動性。

發電機保護 100%定子接地保護 PLC

1 研究的背景

電力系統中不可或缺的設備就是發電機。它的安全運行，對電力系統的穩定性和不間斷供電的可靠性，起著決定性的作用。因此發電機需要有一套可靠的繼電保護裝置以保證發電機在各種故障出現后能夠很快地動作跳閘，從而確保電力系統的穩定運行。

用PLC控制保護發電機組有很多優點，它主要通過軟件控制，節約了硬件成本，外圍電路很少，可靠性與抗干擾能力較高；編程簡單，無須改變系統的外部硬件接線便能改變系統的控制要求，大大提高了系統的“柔性”。PLC可以根據實際情況很好的擴展，僅修改軟件編程，就可以滿足用戶不同的控制要求，體現出極大的靈活性和適應性，具有極高的實際推廣價值。

2 發電機100%定子接地保護

由發電機三次諧波電壓元件和基波零序電壓元件構成的100%發電機定子接地保護已廣泛應用于國內外。現場運行情況表明，任何類型的發電機都可以用基波零序電壓來保護，具有簡單可靠的保護性能，保護發電機定子繞組范圍的85%～95%(從發電機機端開始)，而剩下的5%～15%的部分(靠近發電機中性點)是依靠三次諧波電壓定子接地保護措施予以消除。

這種接地保護是基于發電機三次諧波電壓在正常運行和故障運行時變化趨勢正好相反，基波零序電壓3U0在單相接地時接地點離中性點越遠電壓值越高的特點而設計的。

圖1 UN3和US3隨接地點α變化的變化曲線

圖2 保護梯形圖

100%定子接地保護主要由基波零序電壓保護和三次諧波電壓定子接地保護構成。三次諧波電壓型定子接地保護是利用發電機中性點和出線端的三次諧波電壓在正常和接地故障時的特點構成的。正常運行時，發電機中性點的三次諧波電壓Un比出線端的三次諧波電壓Us大；而在發電機定子繞組中性點及其附近范圍內發生接地故障時，出線端的三次諧波電壓Us比發電機中性點的三次諧波電壓Un大。利用其特性發生變化，動作量為出口三次諧波電壓，制動量為中性點三次諧波電壓，利用絕對值進行比較，當發電機出口三次諧波電壓Us大于中性三次諧波電壓Un時，繼電器動作，如圖1。

總之，100%定子接地保護在大型發電機組中的有著重要作用。

3 PLC實現的發電機保護

由100%定子接地保護可知，輸入量為3個開關量信號，由按鈕開關等組成；輸出量為2個開關量信號，由24V指示燈組成。

裝置中前向通道的信號來自電流互感器、電壓互感器。交流采樣，信號變換回路是把由系統而來的100V、5A交流信號經變送器進一步變成0～5V和4～20mA的直流信號。經模擬量擴展模塊EM231的A/D變成CPU所能處理的二進制信息，根據檢測到的電壓或電流大小來決定保護動作與否。

100%定子接地保護的PLC控制相對比較簡單。根據控制要求，并參照電氣控制原理圖，可直接畫出PLC控制的梯形圖，如圖2所示。在設計中要考慮PLC控制與繼電接觸器控制的不同。注意以下幾點:

在繼電接觸器控制的系統中，復位按鈕用常閉觸點，為了與繼電接觸器控制電路一致，在PLC梯形圖中同樣也要用常閉觸點，這樣一來，與輸入端子相接的復位按鈕，就必須用常開觸點。

根據PLC的工作原理可知，當輸入端接常閉觸點，若輸入端的常閉觸點未動作，相對應的輸入繼電器線圈得電。若此輸入繼電器的常閉觸點與輸出繼電器線圈串聯，則輸出繼電器不能得電。

4 結語

本文介紹了發電機保護中的發電機100%定子接地保護，并對發電機PLC的保護方案進行了分析。針對發電機100%定子接地保護的PLC保護模塊的硬件電路進行設計，完成了對軟件程序的編寫。

[1] 張保會,尹項根主編.電力系統繼電保護[M].北京:中國電力出版社,2005.

[2] 熊信銀主編.發電機及電氣系統[M].北京:中國電力出版社,2004.

[3] 王維儉.發電機變壓器繼電保護應用[M].北京:中國電力出版社,2003.

[4] 王雙紅.由“三次諧波”構成的發電機EP31301型100%定子接地保護的原理與應用[J].山西電力,2003.