发电机转速继电器作为水电机组保护装置的重要组成部分,其保护动作的可靠性、准确性和快速性关系到整个水电厂乃至电网的安全、稳定运行。目前水电机组使用的转速继电器主要以单片机或PLC为核心控制元件。以单片机为核心控制元件的转速继电器一般为小批量生产,元器件的检验、筛查选择等方面及生产工艺的加工处理都受到约束,可靠性较低,在运行过程中单片机可能会出现死机等现象;以PLC为核心控制元件的转速继电器虽然可靠性有所提高了,但是其测速精度较差、响应速度较慢。针对上述情况,本文采用PCC为核心控制元件,利用其独有的时间处理单元和良好的通用性,研制了一种新型数字式转速继电器。首先,根据电厂对转速继电器提出的具体要求,选定测速精度与可靠性高、集现场显示与操作功能于一体的紧凑型Power Panel 15控制器作为转速继电器的核心控制元件。对转速继电器的硬件结构进行了详细设计,测速部分采用齿盘测速与残压测速双冗余方案,既可以克服残压测速在低转速区测速不准确的问题,又能降低齿盘测速因安装工艺等造成的误差,并能利用齿盘测速回路实现蠕动监测功能,保证了测速的精度和可靠性。在残压测速回路中采用施密特触发器,利用其滞回特性来避免噪声误触发电路,提高了转速继电器动作的准确性和可靠性。其次,对转速继电器的软件进行了设计,以实现转速测量以及蠕动监测、容错及故障诊断等功能。为提高齿盘测速抗干扰性能,对其采集信号采用滑动平均法和卡尔曼滤波法进行处理,并通过仿真对比分析了二者对转速测量精度的影响。最后,对所设计转速继电器进行了实验测试,测试结果表明所设计的转速继电器既能作转速变送器使用,又能够实现蠕动监测、容错及故障诊断等功能,测速精度与可靠性高,整体性能优越。