通过PLC实现电流保护
一、研究背景、现状和意义
随着工业技术的发展，用电量也逐步提升，但由于产品选型、安装接线、产品质量方面的原因，用电客户认识上的差异，还不能最大限度防止触电事故的发生，因此，为了避免不必要的事故的发生和尽量减少国民经济损失，采取一定的电网电流保护措施还是十分必要的。
（一）电流保护的概述
输电线路发生短路时，电流突然增大，电压减低。利用电流突然增大使保护动作而构成的保护，称为电流保护。而当电流流过某一预定值时，反应于电流升高而动作的保护装置叫过电流保护。过电流保护一般分为定时限与反时限过流保护，电流速断保护，中性点不接地系统的单相接地保护。瞬时电流速断保护它是反映电流升高，不带时限动作的一种电流保护。由于瞬时电流速断保护不能保护线路的全长，因此可增加一段带时限的电流速段保护。如果瞬时电流速断保护拒保，由时限的电流速段保护动作切除故障。定时限过电流保护是指保护装置的动作时间不随短路电流的大小而变化的保护。
由瞬时电流速断保护、时限的电流速段保护和定时限过电流保护都是反应电流增大而动作的保护，它们相互配合构成一整套保护，称做三段式电流保护。三段的区别主要在于起动电流的选择原则不同。其中速断和限时速断保护是按照躲开某一点的最大短路电流来整定的，而过电流保护是按照躲开最大负荷电流来整定的。[1]
电流保护的原理：三段式电流保护一般由瞬时电流速断保护、带时限电流速断保护和定时限过电流保护相互配合构成整套保护。是利用不同过电流值下，设置不同的延时动作时间来规避工作尖峰电流和使发生短路故障时，只有事故点最近的断路器动作以减少断电的影响范围。其中一、二段联合作为线路的主保护，三段作为本线路的近后备和相邻线路的远后备保护。在有些情况下，可以只装两段甚至一段。
在三段式电流保护中，电流速断保护的选择性是靠动作电流来实现的；限时电流速断保护和过电流保护则是靠动作电流和动作时限来实现的。它们在35kV
及以下的单侧电源辐射形电网中具有明显的选择性，但在多电源网络或单电源环网中，则只有在某些特殊情况下才能满足选择性要求。过电流保护因按最大负荷电流整定，灵敏性一般能满足要求，但在长距离重负荷线路上，由于负荷电流几乎与短路电流相当，则往往难以满足要求。受系统运行方式影响大、灵敏性差是三段式电流保护的主要缺点。[2]
电流保护的配合：各级过电流保护装置中的时间继电器的延时时限是按阶梯原则整定的。根据保护动作选择性要求，一般应该由距离故障点最近的保护装置动作使断路器跳闸，所以保护装置故障点的时间继电器的整定值应比上一级的保护装置的时间继电器的整定值小，同理就能推出上一级保护装置中的时间继电器的整定值又比更上一级的整定值小[3]。
（二）PLC作用
而传统保护方式是用继电器，在传统的老设备控制系统中 ,要完成一项控制任务是由导线将电气元件连接起来 ,通过中间环节(继电器控制线路) 来实现的 ,这样的系统我们称之为“继电器控制系统”[4]。随着电气设备日新月异的发展 ,尤其是电子计算机的迅速发展 ,工业生产自动化控制系统中所有设备发生了深刻的变化 ,PLC(可编程序控制器) 就是这种变革中的产物。它是取代传统继电器控制系统的新型工业控制系统 ,并且有着不可比拟的优点。
（１）控制功能的实现：继电器控制系统通过许多继电器 ,采用硬接线的方式来完成控制功能[5]。其接线多而复杂 ,体积大、功耗大 ,系统已经确定 ,不易改变或增加其功能。另外 ,继电器触点数目有限 ,每支只有 4～8 对触点 ,因此灵活性和扩展性很差[6]。而 PLC 控制系统采用存储器逻辑 ,通过编制的程序(软接线方式)来实现控制功能 ,只需改变存储在存储器中程序就能改变其控制逻辑。其接线少、体积小 ,并且 PLC中每支软继电器的触点数目在理论上无限制 ,因此其灵活性和扩展性很好。
（2）工作方式：当电源接通时 ,继电器控制线路中各继电器都处于受约状态。而 PLC 控制系统中 ,各继电器都处于周期性循环扫描接通之中 ,从宏观上看 ,每个继电器受制约接通的时间是短暂的。
（3）控制速度：继电器控制系统依靠触点的机械动作实现控制 ,工作频率低 ,触点的开闭动作一般在几十毫秒数量级。另外 ,机械触点还会出现抖动的问题。而 PLC控制系统由程序指令控制半导体电路来实现控制 ,速度极快 ,一般
一条用户指令的执行时间在微秒数量级。并且 ,PLC 内部还有严格的同步 ,不会出现抖动问题。[7]
（4）限时控制：继电器控制系统利用时间继电器的滞后动作进行限时 ,定时精度不高 ,并且有定时时间易受环境温度和湿度变化的影响、高速定时困难等问题。PLC控制系统使用半导体集成电路作定时器 ,时基脉冲由晶体振荡器产生 ,精度相当高 ,并且定时时间不受环境的影响。用户可根据需要在程序中设定定时值 ,然后由软件和硬件计数器来控制定时时间。
（５）计数及其他特殊功能：PLC控制系统能实现计数及其他特殊功能 ,而继电器控制系统则不具备这些功能。
（６）可靠性和可维护性：继电器控制系统使用了大量的机械触点 ,连线多而复杂 ,触点开闭时受到电弧的损害 ,并有机械磨损 ,寿命短 ,可靠性和可维
护性很差。而 PLC控制系统采用微电子技术 ,大量的开关动作由无触点的半导
体电路来完成 ,体积小 ,寿命长 ,可靠性很高。并且其内部具有自诊断功能 ,
易于维护。
（７）设计和施工：使用继电器控制系统完成一项控制工程 ,其设计、施工和调试必须依次进行 ,周期长 ,且修改困难。而用 PLC控制系统完成一项控
制工程 ,在系统设计完成以后 ,现场施工和控制逻辑的设计(包括梯形图设计) 可以同时进行 ,周期短 ,且调试、修改都很方便[8]
目前, 在高压电网中, 传统的电网继电保护将逐渐被微机保护所代替。但对35kV 及以下的电网, 由于其保护设置比较简单因而也可以不采用微机保护。本文用在控制系统中使用得越来越广泛的可编程控制器 (PLC) 实现电网的电流保护。它具有简单经济使用寿命长, 易于整定灵敏度高等优点, 可以满足电网电流保护的基本要求。电力网中用继电器实现的传统的电流保护, 经过长期运行, 证明无疑是成功的。但它们存在着继电器数量多, 接线复杂, 保护盘体积大, 继电器易磨损, 怕振动等缺点。同样, 晶体管继电保护装置也存在着焊点多, 插件多, 抗干扰能力差, 出口电路可控硅元件质量不能保证等缺点。当前可编程控制器
( PLC) 在工业控制中得到广泛应用。可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统, 专为在工业环境下而设计的。它具有可靠性高, 抗干扰能力强, 功能完善, 编程简单, 使用方便, 体积小, 易于扩充等优点。因此, 我们用 PLC 代替了传统的继电器实现的电网电流保护。[9]
二、设计方案
（一）控制方案的设计
１．开关量方式实现方案
要用 PLC 实现电网的电流保护，须把电网的电流信号用 PLC 输入节点状态来表征[10]。
如何把表征电网电流大小的信号与 PLC 相连成为解决问题的关键所在。图
3 (a) 为 PLC 开关量输入方式接口电路，当开关 K 闭合时，CPU 读取的结果为“1”，反之为“0 ”。图(b)可以看作是图3 (a)的等效电路，在图 3（b）中输入端可以为逻辑电平信号，当有电平信号输入时，CPU 读取的数据为“1”，反之为“0”，这样就实现了开关量到电平量的转换，即只要能把电网的电流信号转换为电平信号便可用PLC 实现电网的过流保护。
（a）接口电路（b）等效电路
图3 开关量、电平量转换电路
连续变化的电流信号通过整流、转换为连续变化的电压信号，再通过电压比较器把连续变化的电压信号转化为逻辑电平信号，如图4 所示。在该电路中，R1为过流对应的基准电压值，电网电流小于过流的整定值时，Vi1 ＜Vr1 时比较器输出为“0”之当电网电流大于过流的整定值时比较器输出为“1”，同理Vr2 为加在第二路电压比较器上的表征限时速断对应的基准电压值，Vr3为加在第三路电压比较器上的表征速断对应的基准电压值。那么PLC的输入X00 、X01 、X02 三个节点状态表征电网电流的分段大小。
图4 开关式继电保护硬件原理图
２．模拟式系统实现方案
由于小型PLC的I/ O接口只能接收的是开关量。要用 PLC 控制系统实现过流保护也能像微机保护一样，需要像前述电路,先把描述电网的电流信号经过整流转化为与电流成线性关系的电压信号。再把该电压信号接到ADC 电路，经过A/ D 转换为数字量，并与PLC 相连，如图5 所示。通过软件处理将输入
节点的位信号组合得到一个数字量。经 PLC的数据处理后送往 PLC 所指定的HR0 - HRn 单元中，再把这些数字量转化为BCD 码与基准电压的数字量单元
CH15 、CH16 、CH17 进行比较这三个数据存储单元分别存放着速断、限时速断、过流的整定值所对应的数字量BCD 码，便可得到当前线路状态。不同的状态按照三段保护的原理分别驱动不同的输出，当输入量大于CH15 值时，输出跳闸信号到断路器的跳闸装置，并指示，当输入量大于CHl6 而小于CHl5 时，启动延时，延时到输出跳闸信号并显示，当输入量大于 CHl17 小于 CH16 时，启动过流延时，当延时到输出跳闸命令并显示。
图6 模拟量与PLC连接原理图
由于PLC 输出节点驱动能力有限，于阻性负载为2A，不可能直接驱动跳闸线圈，故用 PLC 输出的BF大,因而可靠性很高。节点控制接触器线圈，并通过接触器的主触头控制跳闸线圈。
其模拟式软件流程图如图7所示
图7 模拟式软件流程
（二）系统设计方案
系统设计方案如图7所示。硬件系统中前向通道的信号由电流互感器、电压互感器而来。交流采样，信号变换回路是把由系统而来的100V、5A交流信号进一步变换至15V，2A左右。滤波器采用典型的0型滤波。在比较回路中输入整定值，与系统而来的电压值进行比较。比较回路是具有典型继电器特性的比较器构成，并且可使系统返回系数、灵敏系数均可调。采用的元件是集成运放比较器。
为了使PLC能可靠正确地识别比较器后的阶跃信号，还必须通过一接口电路来实现。这就是采用PLC时前向通道的特点。而完成整个保护功能的任务则由PLC
来完成。况且PLC采用继电器输出时其较大容量的节点可直接应用于跳闸回路等。在此系统中，再设计一些由单片机构成的微机测量、输出环节,并且使PLC 与单片机建立起通讯,则可以实现整套保护测量的任务。[11]
图8系统整体设计图
同时，在跳闸信号输出部分由于继电器输出模块的触点工作电压范围宽，导通压降小，与晶体管型和双向可控硅型模块相比，承受瞬时过电压和过电流的能力较强，但是动作速度较慢。系统输出量变化不是很频繁时，一般选用继电器型输出模块。PLC输出模块内的小型继电器的触点很小，断弧能力很差，不能直接用于发电站的DC220v电路中，必须用PLC驱动外部继电器，用外部继电器的触点驱动DC220v的负载。
断开直流电路要求较大的继电器触点，接通同一直流电路可用较小的触点。选择外接的继电器时，应仔细分析是用PLC来控制接通还是断开外部回路。
（三）数据处理
１． A /D转换器
数模转换器是将数字信号转换为模拟信号的系统，一般用低通滤波即可以实现。数字信号先进行解码，即把数字码转换成与之对应的电平，形成阶梯状信号，然后进行低通滤波。[12]
通常的模数转换器是将一个输入电压信号转换为一个输出的数字信
号，于数字信号本身不具有实际意义，仅仅表示一个相对大小。故任何一个模数转换器都需要一个参考模拟量作为转换的标准，比较常见的参考标准为最大的可转换信号大小。而输出的数字量则表示输入信号相对于参考信号的大小。
模数转换器最重要的参数是转换的精度，通常用输出的数字信号的位数的多少表示。转换器能够准确输出的数字信号的位数越多，表示转换器能够分辨输入信号的能力越强，转换器的性能也就越好。
2. 比较器
比较器是将两个相差不是很小的电压进行比较的系统。最简单的比较器就是运算放大器，其中运算放大器在连有深度负反馈的条件下，会在线性区工作，有着增益很大的放大特性，在计算时往往认为它放大的倍数是无穷大。而在没有反馈的条件下，运算放大器在线性区的输入动态范围很小，即两个输入电压有一定差距就会使运算放大器达到饱和。如果同相端电压较大，则输出最大电压，一般是+12V；如果反相端电压较大，则输出最小电压，一般是-12V。这样，就实现了电压比较功能。真正的电压比较器还会增加一些外围辅助电路，加强性能。
[13]
（四）开关量的逻辑控制
这是PLC最基本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等；模拟量控制：在工业生产过程当中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量。为了使可编程控制器处理模拟量，必须实现模拟量和数字量之间的A/D转换及D/A转换。PLC厂家都生产配套的A/D和D/A转换模块，使可编程控制器用于模拟量控制；运动控制：PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。从控制机构配置来说，早期直接用于开关量I/O模块连接位置传感器和执行机构，现在一般使用专用的运动控制模块。如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。世界上
各主要PLC厂家的产品几乎都有运动控制功能，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合;过程控制:过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。作为工业控制计算机，PLC能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法。大中型PLC都有PID模块，目前许多小型PLC也具有此功能模块。PID处理一般是运行专用的PID子程序。过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用；数据处理：现代PLC具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。这些数据可以与存储在存储器中的参考值比较，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能传送到别的智能装置，或将它们打印制表。数据处理一般用于大型控制系统，如无人控制的柔性制造系统；也可用于过程控制系统，如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统；通信及联网：PLC通信含PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。随着计算机控制的发展，工厂自动化网络发展得很快，各PLC厂商都十分重视PLC的通信功能，纷纷推出各自的网络系统。新近生产的PLC都具有通信接口，通信非常方便。
把经过与标准量（或参考量）比较处理后的模拟量转换成以二进制数值表示的离散信号的转换器,简称ADC或 A/D转换器。转换器的输入量一般为直流电流或电压，输出量为二进制数码的逻辑电平（＋5伏和0伏）。例如，将生产过程变量（温度、压力、流量、力等）或声音信号经过传感器变为模拟量电信号，然后由模数转换器变换为适于数字处理的形式（二进制数码），送入计算机、数字存储设备、数据传输设备处理或存储，或以数字或图形方式显示。
模数转换过程包括量化和编码。量化是将模拟信号量程分成许多离散量级，并确定输入信号所属的量级。编码是对每一量级分配唯一的数字码，并确定与输入信号相对应的代码。最普通的码制是二进制，它有2n个量级（n 为位数）,可依次逐个编号。模数转换的方法很多，从转换原理来分可分为直接法和间接法两大类。
直接法是直接将电压转换成数字量。它用数模网络输出的一套基准电压，
从高位起逐位与被测电压反复比较，直到二者达到或接近平衡。控制逻辑能实现对分搜索的控制，其比较方法如同天平称重。先使二进位制数的最高位Dn-1＝1，经数模转换后得到一个整个量程一半的模拟电压VS，与输入电压Vin相比较，若Vin>VS,则保留这一位；若Vin 间接法不将电压直接转换成数字，而是首先转换成某一中间量，再由中间量转换成数字。常用的有电压-时间间隔(V/T)型和电压-频率(V/F)型两种，其中电压-时间间隔型中的双斜率法（又称双积分法）用得较为普遍。 模数转换器的选用具体取决于输入电平、输出形式、控制性质以及需要的速度、分辨率和精度。 用半导体分立元件制成的模数转换器常常采用单元结构，随着大规模集成电路技术的发展，模数转换器体积逐渐缩小为一块模板、一块集成电路。 PLC中无非就是三大量：开关量、模拟量、脉冲量。只在搞清楚三者之间的关系，你就能熟练的掌握PLC了。 a.也称逻辑量，指仅有两个取值，0或1、ON或OFF。它是最常用的控制，对它进行控制是PLC的优势，也是PLC最基本的应用。 关量控制的目的是，根据开关量的当前输入组合与历史的输入顺序，使PLC 产生相应的开关量输出，以使系统能按一定的顺序工作。所以，有时也称其为顺序控制。 而顺序控制又分为手动、半自动或自动。而采用的控制原则有分散、集中与混合控制三种。 b.拟量是指一些连续变化的物理量，如电压、电流、压力、速度、流量等。 PLC是由继电控制引入微处理技术后发展而来的，可方便及可靠地用于开 关量控制。由于模拟量可转换成数字量，数字量只是多位的开关量，故经转换后的模拟量，PLC也完全可以可靠的进行处理控制。 由于连续的生产过程常有模拟量，所以模拟量控制有时也称过程控制。 模拟量多是非电量，而PLC只能处理数字量、电量。所有要实现它们之间的转换要有传感器，把模拟量转换成数电量。如果这一电量不是标准的，还要经过变送器，把非标准的电量变成标准的电信号，如4-20mA、1-5V、0-10V 等等。[14] 同时还要有模拟量输入单元（A/D），把这些标准的电信号变换成数字信号；模拟量输出单元（D/A），以把PLC处理后的数字量变换成模拟量--标准的电信号。所以标准电信号、数字量之间的转换就要用到各种运算。这就需要搞清楚模拟量单元的分辨率以及标准的电信号。 例如：PLC模拟单元的分辨率是1/32767，对应的标准电量是0-10V，所要检测的是温度值0 -100℃。那么0-32767对应0 -100℃的温度值。然后计算出1℃所对应的数字量是327.67。如果想把温度值精确到 0.1℃，把327.67/10即可。模拟量控制包括：反馈控制、前馈控制、比例控制、模糊控制等。这些都是PLC内部数字量的计算过程。 c.冲量是其取值总是不断的在0（低电平）和1（高电平）之间交替变化的数字量。每秒钟脉冲交替变化的次数称为频率。 PLC脉冲量的控制目的主要是位置控制、运动控制、轨迹控制等。例如：脉冲数在角度控制中的应用。步进电机驱动器的细分是每圈10000，要求步进电机旋转90度。那么所要动作的脉冲数值=10000/（360/90）=2500 一种将二进制数字量形式的离散信号转换成以标准量（或参考量）为基准的模拟量的转换器，简称 DAC或D/A 转换器。最常见的数模转换器是将并行二进制的数字量转换为直流电压或直流电流，它常用作过程控制计算机系统的输出通道，与执行器相连，实现对生产过程的自动控制。数模转换器电路还用在利用反馈技术的模数转换器设计中。 数模转换有两种转换方式：并行数模转换和串行数模转换。装置通过一个模拟量参考电压和一个电阻梯形网络产生以参考量为基准的分数值的权电流或权电压；而用由数码输入量控制的一组开关决定哪一些电流或电压相加 起来形成输出量。所谓“权”，就是二进制数的每一位所代表的值。例如三位二进制数“111“,右边第1位的“权”是 20/23=1/8；第2位是21/23=1/4；第3位是22/23=1/2。位数多的依次类推。图2为这种三位数模转换器的基本电路,参考电压VREF在R1、R2、R3中产生二进制权电流,电流通过开关。当该位的值是“0”时,与地接通；当该位的值是“1”时,与输出相加母线接通。几路电流之和经过反馈电阻Rf产生输出电压。电压极性与参考量相反。输入端的数字量每变化1，仅引起输出相对量变化1/23=1/8,此值称为数模转换器的分辨率。位数越多分辨率就越高，转换的精度也越高。工业自动控制系统采用的数模转换器大多是10位、12位，转换精度达0.5～0.1％。 串行数模转换是将数字量转换成脉冲序列的数目，一个脉冲相当于数字量的一个单位，然后将每个脉冲变为单位模拟量，并将所有的单位模拟量相加，就得到与数字量成正比的模拟量输出，从而实现数字量与模拟量的转换。 随着数字技术，特别是计算机技术的飞速发展与普及，在现代控制、通信及检测等领域，为了提高系统的性能指标，对信号的处理广泛采用了数字计算机技术。由于系统的实际对象往往都是一些模拟量（如温度、压力、位移、图像等），要使计算机或数字仪表能识别、处理这些信号，必须首先将这些模拟信号转换成数字信号；而经计算机分析、处理后输出的数字量也往往需要将其转换为相应模拟信号才能为执行机构所接受。这样，就需要一种能在模拟信号与数字信号之间起桥梁作用的电路--模数和数模转换器。 为确保系统处理结果的精确度，A/D转换器和D/A转换器必须具有足够的转换精度；如果要实现快速变化信号的实时控制与检测，A/D与D/A转换器还要求具有较高的转换速度。转换精度与转换速度是衡量A/D与D/A转换器的重要技术指标。随着集成技术的发展，现已研制和生产出许多单片的和混合集成型的A/D和D/A转换器，它们具有愈来愈先进的技术指标。 （五）输出控制 １．抗干扰的隔离措施 PLC内部用光电锅台器、输出模块中的小型继电器和光电可控硅等器件来实现对外部开关量信号的隔离，PLC的模拟量I/0模块一般也采取了光电锅台的隔 离措施。这些器件除了能减少或消除外部干扰对系统的影响外，还可以保护CPU 模块，使之免受从外部窜入PLC 的高电压的危害，因此一般没有必要在PLC 外部再设置干扰隔离器件。 如果PLC 输入端的光电耦合器不能有效地抵抗干扰，可以用小型继电器来隔离发电站中用长线引入PLC 输入端的开关量信号。光电耦合器中发光二极管的工作电流仅数毫安，而小型继电器的线圈吸合电压为数十毫安，强电干扰信号通过电磁感应产生的能量一般不可能使隔离用的继电器吸合。有的系统需要使用外部信号的多对触点，例如一对触点用来给PLC 提供输入信号，一对触点用来给上位计算机提供开关量信号，一对触点用于指示灯，使用继电器转接输入信号既能提供多对触点，又实现了对强电干扰信号的隔离。PLC 来自开关柜内的输入信号和距开关柜不远的输入信号一般没有必要用继电器来隔离。 为了提高抗干扰能力，PLC 的外部信号、PLC 和计算机之间的串行通信线路也可以用光纤或带光电耦合器的通信接口来隔离，在要求防火、防爆的环境更适于采用这种方法。 ２． 电源的处理方法 电源是干扰进PLC 的主要途径之一，电源干扰主要是通过供电线路的阻抗耦合产生的，各种大功率用电、发电设备是主要的干扰源。如果PLC 使用交流电源，在干扰较强或对可靠性要求很高的场合，可以在PLC 的交流电源输入端加接带屏蔽层的隔离变压器和低通滤波器，隔离变压器可以抑制窜入的外来干扰，提高抗高频共模干扰能力，屏蔽层应可靠地接地。 图9 电源的抗干扰措施确 低通滤波器可以吸收掉电源中的大部分“毛刺”，图中的Ll 和12用来抑制高频差模电压，L3和L4是用等长的导线反向绕在同一磁环上的，50Hz 的工频电流在磁环中产生的磁通互相抵消，磁环不会饱和。两根线中的共模干扰电流在磁Ｃ１ Ｃ２ Ｃ３ Ｌ１ Ｌ３ Ｌ２ Ｌ４ 环中产生的磁通是迭加的，共模干扰被L3和L4阻挡。图中的Cl和C2用来滤除共模干扰电压，c3用来滤除差模干扰电压。R是压敏电阻，其击穿电压略高于电源正常工作时的最高电压，平常相当于开路。遇尖峰干扰脉冲时被击穿，干扰电压被压敏电阻钳位，后者的端电压等于其击穿电压。 高频干扰信号不是通过变压器的绕组耦合，而是通过初级、次级绕组之间的分布电容传递的。在初级、次级绕组之间加绕屏蔽层，并将它和铁芯一起接地，可以减少绕组间的分布电容，提高抗高频干扰的能力。 同时也可以直接选用电源滤波器产品，如北京中石公司的电源滤波器具有良好的共模滤波、差模滤波性能和高频干扰抑制性能，能有效抑制线与线之间和线与地之间的干扰，其产品可用于交流单相，三相电源和直流电源。 在电力系统中，如果使用220v的直流电源给PLC供电，可以显著地减少来自交流电源的干扰，在交流电源消失时，也能保证FLC的正常工作。某些PLC 的电源输入端内有一个直接对220v交流电源整流的二极管整流桥，整流滤波后的直流电压送给PLC内的开关电源。开关电源的输入电压范围很宽，这种PLC 也可以使用220v直流电源。使用交流电源时，整流桥的每只二极管只承受一半的负载电流，使用直流电源时，有2只二极管承受全部负载电流。考虑到PLC 的电源输入电流很小，在设计时整流二极管一般留有较大的裕量，这种PLC如使用直流220v电源电压不会有什么问题。经过长期的工业运行，证明上述方案是可行的。[15] 3．安装与布线的注意事项 开关量信号(如按钮、限位开关、接近开关等提供的信号)一般对信号电缆无严格的要求，可选用一般的电缆，信号传输距离较远时，可选用屏蔽电缆。模拟信号和高速信号线(如脉冲传感器、计数码盘等提供的信号)应选择屏蔽电缆。通信电缆要求可靠性高，有的通信电缆的信号频率很高(如上兆赫)，一般应选用PLC生产厂家提供的专用电缆，在要求不高或信号频率较低时，也可以选用带屏蔽的双绞线电缆。 PLC应远离强干扰源。如大功率可控硅装置、高频焊机和大型动力设备等。PLC不能与高压电器安装在同一个开关柜内，在柜内PLC应远离动力线(二者之间的距离应大于200mm)。与PLC装在同一个开关柜内的电感性元件，如继电器、 接触器的线圈，应并联Rc消弧电路。 PLC的I/O线与大功率线应分开走线，如必须要在同一线槽中布线，信号线应使用屏蔽电缆。交流线与直流线应分别使用不同的电缆，开关量、模拟量I/0线应分开敷设，后者应采用屏蔽线。不同类型的线应分别装入不同的电缆管或电缆槽中，并使其有尽可能大的空间距离。 如果模拟量输人、输出信号距离PLC较远，应采用4—20mA或0.10mA的电流传输方式，而不是易受干扰的电压传输方式。 传送模拟信号的屏蔽线，其屏蔽层应一端接地，为了泄放高频干扰，数字信号线的屏蔽层应并联电位均衡线，其电阻应小于屏蔽层电阻的1/10，并将屏蔽层两端接地。如果无法设置电位均衡线，或只考虑抑制低频干扰时，也可以一端接地。不同的信号线最好不用同一个插接件转接，如必须用同一个插接件，要用备用端子或地线端子将它们分隔开，以减少相互干扰。 三、结论 采用 PLC 及少量集成芯片和半导体器件构成的电流保护装置, 经试验具有一系列优点: （１）与继电器构成的保护装置相比由于采用了 PLC, 该保护装置无可动部分, 不存在机械磨损、接点接触不良等问题, 它具有不怕震动, 调试十分简单等优点; 它的动作速度快, 对速断保护讲, 最大响应时间为 t= 10 ms+ 20．336 ms= 30．336 ms, 比继电器构成的保护装置快几倍或几十倍; 它的体积小, 重量轻, 由于一台 PLC 机可构几套电流保护, 又由于它体积小得多, 所用保护屏大大减小, 因而经济性好。 （２）与晶体管保护装置比较由于采用集成芯片电路连线少, 焊点少, 接插件少, 所以可靠性高; PLC 抗干扰能力强,动作可靠, 由于 PLC 输入输出有多个 ( F1－20MR 有 12 个输入, 8 个输出, 扩展单元有 12 个,输出有 16 个) 因此, 可用一台 PLC 对电力系统的多种故障进行反应, 用一台 PLC 可实现多种保护装置。 参考文献 [1]徐建安，连晶晶．继电保护技术.北京：中国水利水电出版社，2004 [2]任彦硕，苑薇薇.工业企业供电.北京:北京邮电大学出版社，2010. 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