一种基于PLC与CAN总线技术的继电保护方法与流程

本发明涉及继电保护技术领域，特别是涉及一种基于PLC与CAN总线技术的继电保护方法。

背景技术：

继电保护装置的基本要求是具有选择性、快速性、可靠性以及灵敏性。传统的继电保护按照系统最大运行方式进行动作值的整定计算，并按照最小运行方式进行灵敏度校验。不难得到整定数值在多变的状态下是非最佳的。传统保护的主要缺陷集中在：后备保护整定时间过长；保护的故障检测手段有限；故障判断和定位困难等。这些问题的根源在于传统保护不能在线识别瞬时变化的系统运行状态及故障状态决定，不仅影响了电网运行的灵活性而且降低了电网运行的稳定性。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于PLC与CAN总线技术的继电保护方法，能够提高继电保护的可靠性和安全性。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种基于PLC与CAN总线技术的继电保护方法，包括以下步骤：

(1)构建工程通信网络：将PLC设备与现场总线CAN相互连接，形成工业控制网络的现场控制级，各现场PLC设备通过现场总线CAN与中央控制上位机连接，形成工业控制网络中的企业管理级；其中，现场PLC设备配有一台计算机作为该PLC设备的编程及监控设备，每台PLC设备还配置了CPU模块和数字/模拟量混合输入输出模块；

(2)各断路器在继电保护环节具有前后级关系，每段保护均配置速断保护和过流保护；

(3)采用PLC设备进行基于CAN总线通信的CAN通信初始化设置、通信设置和短路故障跳闸设置；

(4)中央控制上位机采用系统监测平台进行监测。

所述步骤(1)中中央控制上位机根据需求配置远动接口、打印机，且所述中央控制上位机还配有独立UPS电源；各保护装置分散装在相应开关柜上及保护屏上，各保护装置同其它装置及上位机通信通过带屏蔽的双绞线形成CAN网实时通信系统。

所述步骤(2)中速断保护用以在短路发生时立即切断故障；所述过电流保护作为本段线路的近后备保护并作为下段线路的远后备保护。

所述步骤(3)中通信设置包括控制断路器的PLC设备与其它位置的PLC设备之间的发送和接收通信的设置，以及控制断路器的PLC设备与中央控制上位机之间的发送和接收通信的设置。

所述步骤(3)中短路故障跳闸设置包括继电保护短路跳闸条件和跳闸指令。

所述步骤(4)中利用工业组态软件在中央控制上位机上构建面向工程的人机交互系统实现监测。

有益效果

由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：本发明将现场总线CAN和PLC技术结合到继电保护方法中，通过多代理机制来实现过电流的保护，有效减少时限过长对供配电系统可能产生的影响。其面向对象的监控网络能够高效、有针对性地管理供配电系统，有效的解决了无人值守的问题。本发明集继电保护和实时监控于一体，可以很快的对电力系统的故障做出响应，并且维护的工作量也大大的减少。

附图说明

图1是本发明的流程图；

图2是本发明继电保护断路器实现加速跳闸工作原理图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

本发明的实施方式涉及一种基于PLC与CAN总线技术的继电保护方法，如图1所示，包括以下步骤：

(1)构建工程通信网络：将PLC设备与现场总线CAN相互连接，形成工业控制网络的现场控制级，各现场PLC设备通过现场总线CAN与中央控制上位机连接，形成工业控制网络中的企业管理级；其中，现场PLC设备配有一台计算机作为该PLC设备的编程及监控设备，每台PLC设备还配置了CPU模块和数字/模拟量混合输入输出模块；其中，中央控制上位机根据需求配置远动接口、打印机，且所述中央控制上位机还配有独立UPS电源；各保护装置分散装在相应开关柜上及保护屏上，各保护装置同其它装置及上位机通信通过带屏蔽的双绞线形成CAN网实时通信系统。

(2)各断路器在继电保护环节具有前后级关系，每段保护均配置速断保护和过流保护；其中，速断保护用以在短路发生时立即切断故障；所述过电流保护作为本段线路的近后备保护并作为下段线路的远后备保护。

(3)采用PLC设备进行基于CAN总线通信的CAN通信初始化设置、通信设置和短路故障跳闸设置；其中，通信设置包括控制断路器的PLC设备与其它位置的PLC设备之间的发送和接收通信的设置，以及控制断路器的PLC设备与中央控制上位机之间的发送和接收通信的设置；短路故障跳闸设置包括继电保护短路跳闸条件和跳闸指令。

(4)利用工业组态软件在中央控制上位机上构建面向工程的人机交互系统，中央控制上位机采用该人机交互系统系统进行监测。

下面以对某工厂的6KV母线实施过电路保护为例来进一步说明本发明。其具体步骤如下：

工程通信网络的搭建

该系统三台现场PLC设备PLC1、PLC2、PLC3利用现场总线CAN互相连接，形成工业控制网络的现场控制级；各现场PLC设备通过现场总线CAN与中央控制上位机连接，形成工业控制网络中的企业管理级，上位机可根据需求配置远动接口、打印机，且上位机配有独立UPS电源。各保护装置分散装在相应开关柜上及保护屏上，各保护装置同其它装置及上位机通信通过带屏蔽的双绞线形成CAN网实时通信系统。

现场PLC设备均配有一台PC机作为该PLC设备的编程及监控设备，每台PLC设备还配置了CPU模块、数字/模拟量混合输入输出模块等。每台PC机中装有Windows操作系统以及PLC编程软件Automation Studio和工业监控组态软件Windows Control Center，分别用于对PLC系统的配置编程及人机界面的组态设计监控。各台PC机分别于各自对应的PLC之间通过RS232接口相连接。

各断路器在继电保护环节具有前后级关系的设定

对于处于系统四处(各段输配电线路)的断路器QF1、QF2、QF3、QF4在继电保护环节具有前后级关系。因此，每段保护均配置速断及过流保护，速断及整定数值通过标幺短路计算获取。速断保护用以在短路发生时立即切断故障；过电流保护作为本段线路的近后备保护并作为下段线路的远后备保护。另外，在断路器合、分闸过程也考虑相关的倒闸操作规程，满足变、配电所开关柜“五防”要求。

其中过电流保护短路跳闸条件一方面是断路器对于自身过电流保护整定值的比较条件，另一方面是从下级断路器发生过电流短路时的断路器的实际动作情况。其中，继电保护断路器实现加速跳闸工作原理如图2所示。

断路器的PLC程序设计

(1)断路器跳闸条件，即QF4电流速断保护跳闸及定时间过电流保护跳闸；通信模式下，QF4处于速断保护状态，若大于设定值，则控制器短路分闸。

(2)断路器QF4跳闸之后需要遵循倒闸操作相关规范，并在程序中设置闭锁环节确保正确操作，避免误操作；通过判断断开负荷侧、母线侧隔离开关，判断闭合母线侧、负荷测隔离开关，从而判断出是否满足条件断路器闭合，从而响应相应的动作。

(3)断路器QF4短路故障通信发送接收模块程序，通信模式下，向PLC2以及上位机发送QF4合分闸控制信号及断路器状态。

系统监测平台的实时监测

布置在中央控制上位机上，利用WinCC组件技术开发了一个系统监测平台。通过该监测平台如果监测到断路器QF4应该动作却未动作时，系统按照前后级配合，动作于断路器QF3跳闸，即QF3启动切除故障。从结果来看，发生故障后断路器可以迅速的、准确的做出保护的动作，保护了系统的安全不受到损坏，具有很好的可靠性和灵敏性。