基于PLC的发电机100%定子接地保护

晋春香

(葛洲坝集团电力有限责任公司,湖北宜昌 443000)

基于PLC的发电机100%定子接地保护

晋春香

(葛洲坝集团电力有限责任公司,湖北宜昌 443000)

100%定子接地保护适用于任何类型的发电机,这个保护由PLC程序控制,主要通过软件控制,从而省去了硬件开发工作,外围电路很少,大大提高了系统的可靠性与抗干扰能力;由于它简单易行的可编程序功能,程序稍作修改,就可以满足用户不同的控制要求,体现出极大的灵活性和适应性,大大提高了发电机的可靠性和速动性。

发电机保护 100%定子接地保护 PLC

1 研究的背景

电力系统中不可或缺的设备就是发电机。它的安全运行，对电力系统的稳定性和不间断供电的可靠性，起着决定性的作用。因此发电机需要有一套可靠的继电保护装置以保证发电机在各种故障出现后能够很快地动作跳闸，从而确保电力系统的稳定运行。

用PLC控制保护发电机组有很多优点，它主要通过软件控制，节约了硬件成本，外围电路很少，可靠性与抗干扰能力较高；编程简单，无须改变系统的外部硬件接线便能改变系统的控制要求，大大提高了系统的“柔性”。PLC可以根据实际情况很好的扩展，仅修改软件编程，就可以满足用户不同的控制要求，体现出极大的灵活性和适应性，具有极高的实际推广价值。

2 发电机100%定子接地保护

由发电机三次谐波电压元件和基波零序电压元件构成的100%发电机定子接地保护已广泛应用于国内外。现场运行情况表明，任何类型的发电机都可以用基波零序电压来保护，具有简单可靠的保护性能，保护发电机定子绕组范围的85%～95%(从发电机机端开始)，而剩下的5%～15%的部分(靠近发电机中性点)是依靠三次谐波电压定子接地保护措施予以消除。

这种接地保护是基于发电机三次谐波电压在正常运行和故障运行时变化趋势正好相反，基波零序电压3U0在单相接地时接地点离中性点越远电压值越高的特点而设计的。

图1 UN3和US3随接地点α变化的变化曲线

图2 保护梯形图

100%定子接地保护主要由基波零序电压保护和三次谐波电压定子接地保护构成。三次谐波电压型定子接地保护是利用发电机中性点和出线端的三次谐波电压在正常和接地故障时的特点构成的。正常运行时，发电机中性点的三次谐波电压Un比出线端的三次谐波电压Us大；而在发电机定子绕组中性点及其附近范围内发生接地故障时，出线端的三次谐波电压Us比发电机中性点的三次谐波电压Un大。利用其特性发生变化，动作量为出口三次谐波电压，制动量为中性点三次谐波电压，利用绝对值进行比较，当发电机出口三次谐波电压Us大于中性三次谐波电压Un时，继电器动作，如图1。

总之，100%定子接地保护在大型发电机组中的有着重要作用。

3 PLC实现的发电机保护

由100%定子接地保护可知，输入量为3个开关量信号，由按钮开关等组成；输出量为2个开关量信号，由24V指示灯组成。

装置中前向通道的信号来自电流互感器、电压互感器。交流采样，信号变换回路是把由系统而来的100V、5A交流信号经变送器进一步变成0～5V和4～20mA的直流信号。经模拟量扩展模块EM231的A/D变成CPU所能处理的二进制信息，根据检测到的电压或电流大小来决定保护动作与否。

100%定子接地保护的PLC控制相对比较简单。根据控制要求，并参照电气控制原理图，可直接画出PLC控制的梯形图，如图2所示。在设计中要考虑PLC控制与继电接触器控制的不同。注意以下几点:

在继电接触器控制的系统中，复位按钮用常闭触点，为了与继电接触器控制电路一致，在PLC梯形图中同样也要用常闭触点，这样一来，与输入端子相接的复位按钮，就必须用常开触点。

根据PLC的工作原理可知，当输入端接常闭触点，若输入端的常闭触点未动作，相对应的输入继电器线圈得电。若此输入继电器的常闭触点与输出继电器线圈串联，则输出继电器不能得电。

4 结语

本文介绍了发电机保护中的发电机100%定子接地保护，并对发电机PLC的保护方案进行了分析。针对发电机100%定子接地保护的PLC保护模块的硬件电路进行设计，完成了对软件程序的编写。

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