CN107315356A - 供配电系统继电保护二次控制和信号回路的仿真方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种供配电系统继电保护二次控制和信号回路的仿真方法，本方法根据供配电系统中高压开关及在供配电系统中的位置编制二次模板图；根据二次模板图编制通用信号表，用于对变量进行信号配置和定义；制定高压开关通用的合闸、分闸逻辑；将可编程逻辑控制器连接微机继电保护装置，可编程逻辑控制器编制高压开关通用的合闸、分闸模拟仿真逻辑以及高压开关所带电气设备的通用信号模拟仿真逻辑并通过I/O端口以及外部电源电路连接微机继电保护装置的输入/输出端口，提供逻辑测试所需的模拟仿真逻辑信号。利用本方法进行测试逻辑的模拟仿真，保证微机继电保护装置试验室测试的正确性，避免现场测试的缺陷，提高测试效率。

Description

供配电系统继电保护二次控制和信号回路的仿真方法

技术领域

本发明涉及一种供配电系统继电保护二次控制和信号回路的仿真方法。

背景技术

近年来，随着微机继电保护装置的大量应用，供配电系统的继电保护二次控制和信号回路由纯硬件搭建方式逐步转变为通过微机继电保护装置内置的应用逻辑程序来实现，即二次逻辑实现了软件化。

微机继电保护装置集保护、测量、监视、控制、人机界面、通信等多种功能于一体，代替了各种常规继电器和测量仪表，节省了大量的安装空间和控制，采用32位数字信号处理器(DSP)，具有先进内核结构、高速运算能力和实时信号处理等优良特性。通常微机继电保护装置的应用逻辑编制是否合理、逻辑设置是否正确，需要在安装现场的高压柜内进行开关一次工作条件和二次信号、操作电源等的实际模拟试验。模拟试验一方面需要操作现场的一次设备，另一方面要模拟现场的二次信号，这对现场的联络和安全体制、技术方案有着很高的要求，另一方面需要较长的停电时间，有些特殊功能在外界条件不满足时，还无法实施其逻辑的测试。

二次逻辑的软件化，使得逻辑测试由现场实测转为试验室测试成为可能。要降低现场测试的风险，提高测试效率和测试结果的质量，必须把逻辑测试由现场实测转为试验室测试。因此如何对继电保护二次控制和信号回路进行模拟仿真就成为必须研究的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种供配电系统继电保护二次控制和信号回路的仿真方法，利用本方法对继电保护二次控制和信号回路进行模拟仿真，保证微机继电保护装置试验室测试的正确性，避免现场测试的缺陷，提高测试效率。

为解决上述技术问题，本发明供配电系统继电保护二次控制和信号回路的仿真方法包括如下步骤：

步骤一、根据供配电系统中高压开关及高压开关在供配电系统中的位置编制供配电系统的二次模板图，二次模板图包括原理简图模板、控制回路模板和通用二次信号模板，使得针对同类设备，这些模板具备通用性；

步骤二、根据二次模板图和高压开关在供配电系统中的位置以及所带电气设备的特性编制通用信号表，用于在仿真过程中对二次模板图中的各个变量进行信号配置和定义；

步骤三、将二次模板图和通用信号表导入由计算机构建的人机界面，采用可编程逻辑控制器连接人机界面，可编程逻辑控制器根据人机界面提供的二次模板图、通用信号表以及高压开关的分、合闸闭锁条件，编制高压开关通用的合闸、分闸模拟仿真逻辑以及高压开关所带电气设备的通用信号模拟仿真逻辑，高压开关通用的合闸、分闸逻辑包括高压开关试验位/运行位和远方遥控/就地操控的合、分闸逻辑；

步骤四、人机界面实时显示可编程逻辑控制器执行部件的各个I/O状态并按供配电系统实际运行需求修改信号状态，信号状态的修改返回可编程逻辑控制器作出相应的逻辑修改；

步骤五、可编程逻辑控制器通过I/O端口以及外部电源电路连接微机继电保护装置的输入/输出端口，提供微机继电保护装置内置应用逻辑测试所需的高压开关及所带电气设备的模拟仿真逻辑信号。

进一步，可编程逻辑控制器编制高压开关通用的合闸、分闸模拟仿真逻辑首先判断微机继电保护装置输出的继电器信号是否作为高压开关的合闸信号，如是，则将该信号赋值给微机继电保护装置的高压开关合闸命令，如否，则再判断该信号是否作为高压开关的遥控分闸信号，如是，则将该信号赋值给微机继电保护装置的高压开关遥控分闸命令，如否，则将该信号赋值给微机继电保护装置的继电器跳闸命令。

进一步，所述原理简图模板包括含有高压开关位置、接地刀闸状态的高压开关一次回路以及用于控制、保护、信号、电机储能、照明和加热器的工作电源电路；所述控制回路模板包括高压开关的试验位/运行位、远方/就地分合闸回路；所述二次信号模板包括供配电系统开关柜内部和外来信号与微机继电保护装置数字输入端口的配置图。

进一步，所述高压开关包括供配电系统中的断路器和/或接触器。

由于本发明供配电系统继电保护二次控制和信号回路的仿真方法采用了上述技术方案，即本方法首先根据供配电系统中高压开关及在供配电系统中的位置编制供配电系统的二次模板图并具备通用性；根据二次模板图和高压开关在供配电系统中的位置以及所带电气设备的特性编制通用信号表，用于对变量进行信号配置和定义；制定高压开关通用的合闸、分闸逻辑；将可编程逻辑控制器连接微机继电保护装置，可编程逻辑控制器编制高压开关通用的合闸、分闸模拟仿真逻辑以及高压开关所带电气设备的通用信号模拟仿真逻辑并通过I/O端口以及外部电源电路连接微机继电保护装置的输入/输出端口，提供逻辑测试所需的高压开关及所带电气设备的模拟仿真逻辑信号。利用本方法对继电保护二次控制和信号回路进行模拟仿真，保证微机继电保护装置试验室测试的正确性，避免现场测试的缺陷，提高测试效率。

附图说明

下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明：

图1为本方法的原理框图；

图2为本方法中高压开关通用的合闸、分闸模拟仿真逻辑判断框图；

图3为供配电系统中高压开关的二次控制回路图；

图4为供配电系统中二次信号回路图。

具体实施方式

实施例如图1所示，本发明供配电系统继电保护二次控制和信号回路的仿真方法包括如下步骤：

步骤一、根据供配电系统中高压开关及高压开关在供配电系统中的位置编制供配电系统的二次模板图，二次模板图包括原理简图模板、控制回路模板和通用二次信号模板，使得针对同类设备，这些模板具备通用性；

步骤二、根据二次模板图和高压开关在供配电系统中的位置以及所带电气设备的特性编制通用信号表，用于在仿真过程中对二次模板图中的各个变量进行信号配置和定义；

通用信号表的实例如下表所示，

上表为高压开关为断路器或接触器并控制变压器的通用信号表，该表视应用场合不同，表中的信号可以根据实际情况进行增补充；

步骤三、将二次模板图和通用信号表导入由计算机构建的人机界面1，采用可编程逻辑控制器2连接人机界面1，可编程逻辑控制器2根据人机界面1提供的二次模板图、通用信号表以及高压开关的分、合闸闭锁条件，编制高压开关通用的合闸、分闸模拟仿真逻辑以及高压开关所带电气设备的通用信号模拟仿真逻辑，高压开关通用的合闸、分闸逻辑包括高压开关试验位/运行位和远方遥控/就地操控的合、分闸逻辑；

步骤四、人机界面1实时显示可编程逻辑控制器2执行部件的各个I/O状态并按供配电系统实际运行需求修改信号状态，信号状态的修改返回可编程逻辑控制器2作出相应的逻辑修改；

步骤五、可编程逻辑控制器2通过I/O端口以及外部电源电路连接微机继电保护装置3的输入/输出端口，提供微机继电保护装置3内置应用逻辑测试所需的高压开关及所带电气设备的模拟仿真逻辑信号。

如图2所示，优选的，可编程逻辑控制器编制高压开关通用的合闸、分闸模拟仿真逻辑首先判断微机继电保护装置输出的继电器信号是否作为高压开关的合闸信号，如是，则将该信号赋值给微机继电保护装置的高压开关合闸命令，如否，则再判断该信号是否作为高压开关的遥控分闸信号，如是，则将该 信号赋值给微机继电保护装置的高压开关遥控分闸命令，如否，则将该信号赋值给微机继电保护装置的继电器跳闸命令。

优选的，所述原理简图模板包括含有高压开关位置、接地刀闸状态的高压开关一次回路以及用于控制、保护、信号、电机储能、照明和加热器的工作电源电路；所述控制回路模板包括高压开关的试验位/运行位、远方/就地分合闸回路；所述二次信号模板包括供配电系统开关柜内部和外来信号与微机继电保护装置数字输入端口的配置图。

优选的，所述高压开关包括供配电系统中的断路器和/或接触器。

本方法根据供配电系统中高压开关二次逻辑软件化的趋势，提出了利用可编程逻辑控制器执行部件的输入/输出和编程能力，以及与微机继电保护装置、人机界面监控的通信功能，实现对高压开关的一次工作条件、二次信号环境的高压开关的分合闸模拟仿真逻辑以及通用信号模拟仿真逻辑，从而促使微机继电保护装置的应用逻辑程序测试由现场实测转为试验室仿真测试成为可能。

本方法从供配电系统的二次接线图中总结并制作三类用于实现微机继电保护装置内部应用逻辑测试的二次模板图，二次模板图全面反映高压开关的一次工作条件、二次信号环境以及分合闸回路，高压开关的二次控制回路如图3所示，二次信号回路如图4所示。分析图3和图4，对应本发明的目的，针对高压开关及所带电气设备编制原理简图模板、控制回路模板和通用二次信号模板，并且具有通用性。

针对本发明的最终目的是为了给微机继电保护装置提供与现场实际一致的模拟仿真信号，而现场实际的信号和可编程逻辑控制器I/0配置十分多样化，存在很大的不确定性。例如，在某一场合，微机继电保护装置的第一个输出继电器被设置为短路电流保护出口，其状态赋值给图3中跳闸信号1的TRIP1变量，直接接通分闸回路；在另外一个场合，微机继电保护装置的第一个输出继电器可能被设置为“合闸命令”输出，需要把“合闸命令”信号送到图3中合闸回路的RELC变量；还存在第三种情况，微机继电保护装置的第一个输出继电器可能被设置为“遥控分闸”，需要把“遥控分闸”信号送到图3中分闸回路的RELO变量。这样就存在微机继电保护装置输出继电器任意去向的问题。

如果在可编程逻辑控制器的输入中为RELC变量、RELO变量预留接点，对 于一个输出继电器个数为8的微机继电保护装置，就要占用可编程逻辑控制器的16个输入端，而且在做不同的测试过程中，需要反复修改可编程逻辑控制器与微机继电保护装置之间的连线，很不方便。

为了解决微机继电保护装置输出继电器任意去向的问题，确保一种型号的微机继电保护装置与可编程逻辑控制器之间连线的确定性，在高压开关通用的合闸、分闸模拟仿真逻辑编制中采用如图2所示的判断方式，从而解决微机继电保护装置输出继电器的去向问题。

一般微机继电保护装置内部通过逻辑判断发出的合闸信号输出或遥控分闸信号输出通常延时均在100毫秒左右，如此快的速度使得监控微机继电保护装置的人机界面对合闸线圈、分闸线圈的得失电状态无法正常监控。由此在高压开关通用的合闸、分闸模拟仿真逻辑编制中，还可采用信号传输延时设计、自保持和解锁设计，以解决高压开关分闸线圈、合闸线圈的短时得电模拟和状态监控的问题。

本方法通过对供配电系统继电保护的一次工作条件、二次信号环境以及高压开关的分、合闸的模拟仿真，使得在试验室即可完成微机继电保护装置的应用逻辑程序测试，保证微机继电保护装置试验室测试的正确性，避免现场测试的缺陷，提高测试效率。

Claims (4)

1.一种供配电系统继电保护二次控制和信号回路的仿真方法，其特征在于本方法包括如下步骤：

步骤一、根据供配电系统中高压开关及高压开关在供配电系统中的位置编制供配电系统的二次模板图，二次模板图包括原理简图模板、控制回路模板和通用二次信号模板，使得针对同类设备，这些模板具备通用性；

步骤二、根据二次模板图和高压开关在供配电系统中的位置以及所带电气设备的特性编制通用信号表，用于在仿真过程中对二次模板图中的各个变量进行信号配置和定义；

步骤三、将二次模板图和通用信号表导入由计算机构建的人机界面，采用可编程逻辑控制器连接人机界面，可编程逻辑控制器根据人机界面提供的二次模板图、通用信号表以及高压开关的分、合闸闭锁条件，编制高压开关通用的合闸、分闸模拟仿真逻辑以及高压开关所带电气设备的通用信号模拟仿真逻辑，高压开关通用的合闸、分闸逻辑包括高压开关试验位/运行位和远方遥控/就地操控的合、分闸逻辑；

步骤四、通过人机界面实时显示可编程逻辑控制器执行部件的各个I/O状态并按供配电系统实际运行需求修改信号状态，信号状态的修改返回可编程逻辑控制器作出相应的逻辑修改；

步骤五、可编程逻辑控制器通过I/O端口以及外部电源电路连接微机继电保护装置的输入/输出端口，提供微机继电保护装置内置应用逻辑测试所需的高压开关及所带电气设备的模拟仿真逻辑信号。

2.根据权利要求1所述的供配电系统继电保护二次控制和信号回路的仿真方法，其特征在于：可编程逻辑控制器编制高压开关通用的合闸、分闸模拟仿真逻辑首先判断微机继电保护装置输出的继电器信号是否作为高压开关的合闸信号，如是，则将该信号赋值给微机继电保护装置的高压开关合闸命令，如否，则再判断该信号是否作为高压开关的遥控分闸信号，如是，则将该信号赋值给微机继电保护装置的高压开关遥控分闸命令，如否，则将该信号赋值给微机继电保护装置的继电器跳闸命令。

3.根据权利要求1或2所述的供配电系统继电保护二次控制和信号回路的仿真方法，其特征在于：所述原理简图模板包括含有高压开关位置、接地刀闸状态的高压开关一次回路以及用于控制、保护、信号、电机储能、照明和加热器的工作电源电路；所述控制回路模板包括高压开关的试验位/运行位、远方/就地分合闸回路；所述二次信号模板包括供配电系统开关柜内部和外来信号与微机继电保护装置数字输入端口的配置图。

4.根据权利要求3所述的供配电系统继电保护二次控制和信号回路的仿真方法，其特征在于：所述高压开关包括供配电系统中的断路器和/或接触器。