基于7SJ68微機綜合保護測控裝置的低壓繼電保護改造

胡　平

(中國石化儀征化纖有限責任公司PTA生產中心，江蘇儀征　211900)

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基于7SJ68微機綜合保護測控裝置的低壓繼電保護改造

胡平

(中國石化儀征化纖有限責任公司PTA生產中心，江蘇儀征211900)

摘要：本文針對PTA裝置原低壓進線繼電保護裝置存在的問題，提出了繼電保護改造的方案，并基于西門子7SJ68微機綜合保護測控裝置對控制邏輯及控制回路進行重新設計。經改造驗證，綜合保護測控裝置工作可靠，實現了不停電倒閘及備自投功能，解決了原繼電保護裝置存在的問題。

關鍵詞：繼電保護不停電倒閘備自投

1繼電保護存在的問題及改造方案

1.1存在問題

PTA裝置低壓進線繼電保護由繼電器元件實現，該保護系統于1995年設計、投用，保護裝置及控制柜盤面布局如圖1 所示。

圖1　原繼電保護裝置及控制柜盤面布局

該繼電保護裝置存在下述問題：

(1)元器件老化嚴重、無替代備件更換。原繼電保護所用元件均為進口產品，無備件更換，繼電器內部線圈及機構老化嚴重。

(2)盤面報警使用掉牌繼電器，因掉牌繼電器線圈及內部機構老化，誤動頻繁且無法復位。

(3)電流及電壓顯示使用指針表，需手動切換查看顯示數據，數字化、自動化程度低。

(4)繼電保護裝置使用靜態繼電器，功耗高、電路設計復雜，可靠性、靈敏性、快速性低。

(5)整定通過調節保護裝置面板撥碼開關進行設置，整定不精確。繼電保護校驗時，因無報警輸出及動作記錄，動作顯示不直觀。

(6)接線復雜(繼電保護部分控制原理如圖2 所示),故障時需檢測、排查的點較多，不利于故障處理，可靠性降低。原繼電保護功能均通過各繼電器的觸點搭建的控制線路實現，接線復雜且進線柜內部交叉接線較多，不利于進行故障定位，影響故障處理進度。隨著繼電保護元件使用年限的增加，各元器件的故障風險加大，繼電保護的可靠性降低。

圖2　繼電保護控制原理圖

1.2改造方案

基于原繼電保護裝置使用狀況及存在的問題，制定如下改造方案，以提高繼電保護的可靠性:

(1)選用西門子7SJ68系列微機綜合保護裝置替換PTA裝置PMCC1 A段、B段進線及PMCC2 A段、B段進線的過流、欠壓繼電器保護裝置。

(2)取消母聯同步檢測繼電器及殘壓保護繼電器，進線保護功能全部由7SJ68提供。

(3)通過組態7SJ68邏輯、重新設計控制回路，以簡化接線，實現PTA裝置PMCC1、PMCC2低壓進線的不停電倒閘及備自投，從而提高繼電保護的可靠性，避免誤動作。

2系統設計

2.1西門子7SJ68微機綜合保護測控裝置簡介及選型

7SJ68綜合保護裝置應用于母線/饋線的保護、控制和監測。該綜合保護測控裝置可用作中性點直接接地、低阻抗接地、不接地以及有中性點補償設備接地電網的線路保護。

無方向性過流保護是該裝置的一個最基本的功能。它包含三個定時限過流元件和一個可用于相電流或零序電流的反時限過流元件。對于反時限過電流保護，可以選擇使用不同標準的特征曲線或自定義特征曲線。

7SJ68硬件結構如圖3所示，該裝置主要由測量輸入(MI)模塊、增益放大器 (IA)、A/D 轉換器、微處理器系統(μC)、輸出放大器(OA)、開入開出模塊、系統操作服務接口組成。

圖3　7SJ68硬件結構

測量輸入(MI)模塊對CT和PT采集來的數據進行變換，使之達到處理器所能處理的電壓水平。測量輸入模塊MI將采集到的模擬量送到增益放大器 (IA),IA用于處理測量值,并對帶寬和處理速度進行優化。模數部分由多路復用器、A/D 轉換器和一個與處理器進行數據傳輸的存儲元件組成。

微處理器系統(μC)通過開入開出模塊從電力系統或外部設備獲得信息，在完成測量值處理的同時，還實現下列保護和控制功能：

(1)測量量的濾波和預處理。

(2)測量值的連續監測。

(3)監控各個保護功能元件的啟動條件。

(4)比較限值和時序。

(5)邏輯功能信號的控制。

(6)控制開關設備命令的輸出。

(7)消息、故障數據和故障值的記錄。

(8)操作系統管理及相關功能，如數據記錄，實時時鐘，通訊，接口等。

(9)通過輸出放大器(OA)實現信息傳送。

裝置可配置集成式或分離式前面板，通過LED和LCD顯示裝置的功能狀況、事件、狀態和測量值等相關信息。在前面板上裝有一個服務串行接口，通過電纜可以和電腦上的DIGSI應用軟件進行通訊。

通過DIGSI軟件及7SJ68微機綜合保護測控裝置，可實現下述功能：

(1)參數配置與整定。通過微機綜合保護測控裝置控制面板操作鍵盤或DIGSI軟件可實現參數的配置和整定。

(2)開關控制操作。通過集成的控制面板、系統接口、開入量，或使用DIGSI軟件的串行口，能夠對開關進行控制操作。

(3)電力系統和裝置的狀態信息顯示。測量值和計算值可以直接顯示在本地裝置屏幕上，并可通過串行接口進行通訊在遠方顯示。

(4)裝置信息顯示、處理及遠傳。裝置信息可以通過安裝在裝置面板上的LED顯示出來，可以通過輸出接點進行外部處理，通過用戶自定義邏輯 (CFC) 進行關聯或通過串行接口進行傳送。

(5)故障記錄。如果發生故障，重要的事件和狀態變化會被記錄在故障記錄里，可實時查詢。裝置同時記錄瞬時故障值，便于事后分析。

(6)狀態實時檢查。7SJ68提供了方便的調試環境，例如接線檢查、開入開出量狀態檢查及系統接口信息的快速檢查。

(7)閉鎖功能。能夠和任何元件進行交互閉鎖。

考慮繼電保護改造實現的功能需求、繼電保護裝置控制電壓、需檢測的斷路器位置、輸入輸出開關量配置，結合微機綜合保護測控裝置的配置，確定繼電保護改造微機綜合保護測控裝置的選型為：7SJ6825-6EW20-3FE0。

2.2功能描述及設計要求

2.2.1備自投

(1)發生I段進線側低電壓時，微機綜合保護測控裝置發出指令分斷I段進線斷路器，在I段進線斷路器分閘后，如果I段進線無事故信號送出、II段進線斷路器合閘且母線電壓正常，則發出合母聯指令，閉合母聯斷路器，使I段母線恢復供電。

(2)發生II段進線側低電壓時，微機綜合保護裝置發出指令分斷II段進線斷路器，在II段進線斷路器分閘后，如果II段進線無事故信號送出、I段進線斷路器合閘且母線電壓正常，發出合母聯指令，閉合母聯斷路器，使II段母線恢復供電。

2.2.2不停電倒閘

(1)若I段電網失壓且母聯已投入，當I段電網電壓正常后，可將轉換開關旋轉到“跳母聯”位置，這時保護裝置發出允許合進線斷路器指令，可以手動合上I段進線斷路器，實現不停電倒合閘。在I段進線斷路器合閘后，發出指令分斷母聯斷路器。

(2)若II段電網失壓且母聯已投入，當II段電網電壓正常后，可將轉換開關旋轉到“跳母聯”位置，這時保護裝置發出允許合進線斷路器指令，可以手動合上II段進線斷路器，實現不停電倒合閘。在II段進線斷路器合閘后，發出指令分斷母聯斷路器。

(3)當I段、II段母線電壓均正常，若要用II段電源向I段負載供電，這時將轉換開關旋轉到“跳I段進線”位置，綜合保護裝置將發出允許合母聯斷路器的指令，按下母聯柜上合閘按鈕使母聯柜合閘，此時I、II段電網并列運行。在母聯柜合閘后，發出分I段進線斷路器指令，I段進線斷路器分閘。I段母線上的電壓由II段母線來提供。當用I段母線來向II母線供電時動作原理與此相同。

(4)由于兩路進線來自同一供電網絡，壓差小，合環后產生環流小，可通過進線及母聯柜門板上的分合閘轉換開關任意操作，實現強合母聯開關，人工分任意一個進線開關，或強合進線開關人工分母聯開關。

2.2.3設計要求

在實現備自投、不停電倒閘功能的同時，為便于線路檢查、避免繼電保護誤動作及誤投入故障線路造成停電范圍擴大，設計需滿足下述要求：

(1)母聯斷路器不設置微機綜合保護器，不停電倒閘及備自投邏輯由進線側2臺微機綜合保護器實現。

(2)不停電倒閘位置檢測均需指示輸出。

(3)設置手動分閘回路，可在倒閘出現異常時手動進行分閘操作。

(4)應保證自動投入裝置只動作一次，以免發生永久性故障時，備用電源被多次投入到故障元件上去，對系統造成不必要的沖擊，或導致整體失電。

(5)工作電源故障或斷路器被錯誤斷開時，備自投應延時動作。

(6)手動斷開工作電源、電壓互感器回路斷線和備用電源無電壓的情況下，不應啟動備自投。

(7)工作電源故障時，手動分合進線斷路器時，備自投不應動作。

(8)跳閘回路設置保護壓板，以便于繼電保護測試、控制回路檢查。

(9)設置PT二次空開斷線保護閉鎖，避免PT二次空開故障導致繼電保護誤動。

2.3邏輯設計

根據功能描述將系統設計分為工作位置檢測、備自投啟動及動作、不停電倒閘、進線合閘允許、保護跳閘及事故信號5個邏輯模塊。將兩段母線定義為本段、對段，依據邏輯模塊所實現的功能及7SJ68配置，對微機綜合保護測控裝置開入開出量進行分配，如表1所示。

表1開入開出量分配表

序號開入開出量用途1BI1本段進線合位2BI2本段斷路器工作位3BI3對段進線合位4BI4對段斷路器工作位5BI5母聯斷路器合位6BI6母聯斷路器工作位7BI7PT空開分閘8BI8備投自動位9BI9不停電倒閘跳母聯10BI10不停電倒閘跳進線11BI11對側有壓12BO1保護跳進線13BO2進線合閘允許14BO3合母聯15BO4分母聯16BO5故障信號17BO6本段電壓正常

2.3.1工作位置檢測

將斷路器限位開關、輔助開關觸點信號送至綜合保護測控裝置進行位置及狀態檢測。如圖4所示，工作位置檢測模塊主要檢測本段斷路器工作位、對段斷路器工作位、合閘位、母聯斷路器工作位。將工作位置檢測結果定義為ZH(轉換1)，用作備自投及不停電倒閘動作條件。

圖4　工作位置檢測

2.3.2備自投啟動及動作

備自投啟動邏輯如圖5所示,其動作條件為：

(1)轉換1(本段斷路器、母聯斷路器、對段斷路器均進入工作位，且對段斷路器合閘)。

(2)本段進線PT空開完好。

(3)本段進線斷路器合閘位。

(4)備投自動位。

(5)對側有壓。

(6)本側線路低電壓。

母聯斷路器合閘后，閉鎖備自投，以保證備自投只動作一次。

圖5　備自投啟動邏輯

備自投動作邏輯如圖6所示，本段進線過流閉鎖備自投。在備自投啟動后，若本段無過流，則延遲后發出跳本段進線信號。本段進線跳閘后，發出合母聯信號。延遲時間可根據繼電保護整定值進行調節。

圖6　備自投動作邏輯

2.3.3不停電倒閘

不停電倒閘邏輯由合母聯跳進線邏輯、合進線跳母聯邏輯組成。合母聯跳進線邏輯如圖7所示，不停電倒閘合母聯跳進線需同時滿足下述條件：

(1)轉換1(本段斷路器、母聯斷路器、對段斷路器均進入工作位，且對段斷路器合閘)。

(2)旋轉開關選擇“不停電倒閘跳本段進線”。

(3)母聯斷路器合閘。

不停電倒閘合進線跳母聯則需同時滿足下述條件：

(1)轉換1(本段斷路器、母聯斷路器、對段斷路器均進入工作位，且對段斷路器合閘)。

(2)旋轉開關選擇“不停電倒閘跳母聯”。

(3)備投位于手動位，即備自投未投入。

(4)本段進線斷路器合閘。

為避免母聯跳閘線圈持續通電導致線圈故障，在邏輯設計中將備投投入信號取反，則備投處于自動位時不發出跳母聯指令。

圖7　不停電倒閘邏輯

2.3.4合閘允許

合閘允許邏輯如圖8所示，下述條件滿足時觸發合閘允許：

(1)線路無過流或備自投未啟動“跳本段進線”。

(2)母聯斷路器分閘位或不停電倒閘未選擇“跳本段進線”。

(3)本段進線斷路器工作位。

圖8　合閘允許邏輯

2.3.5保護跳閘及事故信號

保護跳閘及事故信號邏輯如圖9所示，當過流保護動作時，觸發保護跳閘，同時發出事故信號。備自投啟動跳進線時同樣發出事故信號。

圖9　保護跳閘及事故信號

2.3.6輸入輸出配置及CFC組態

使用DIGSI軟件創建新的工程項目，對相應的開入開出量進行配置，并根據邏輯設計及功能要求搭建CFC圖，從而將邏輯設計架構轉化為微機綜合保護測控裝置可執行程序。

2.4控制原理圖設計

根據微機綜合保護測控裝置間的信號聯絡、斷路器位置檢測開關設置及儲能、合閘、分閘實現方式，設計控制原理圖。進線控制原理圖如圖10所示，母聯控制原理圖如圖11所示。

圖10　進線控制原理圖

圖11　母聯原理圖

3改造實施及調試

利用裝置檢修機會，進線及母聯全部停電后，對原繼電保護裝置進行拆除。重新敷設控制電纜，依據控制原理圖及微機綜合保護測控裝置接線圖進行接線。同時對原配電柜面板進行改造，對元器件重新進行布局設計。

完成接線檢查、控制回路測試后，將DIGSI軟件創建工程載入7SJ68微機綜合保護測控裝置中，并按照表2繼電保護整定值進行定值設定，依據定值對綜合保護測控裝置及設計的繼電保護邏輯進行測試。經測試，7SJ68綜合保護測控裝置可靠動作，不停電倒閘及備自投試驗均成功，保證了進線保護的可靠性。

表2繼電保護整定值表

繼電保護類別變比 定值備注速斷4000/5 12.5A0.3SI2/In=2.5過電流4000/5 4.5A0.85SI1/In=0.9備自投380/100 50%2.5S

4結語

通過應用7SJ68微機綜合保護測控裝置對PTA裝置低壓進線繼電保護進行改造，解決了原繼電保護系統存在的問題，在實現原保護功能的同時，實現了系統運行數據的數字化，并可對開關位置狀態信息、操作記錄、報警信息等進行在線查詢，便于操作參考及故障判斷。

Renovating of low voltage relaying protection based on 7SJ68 integrated protector

Hu Ping

(PTAProductionCenterofSinopecYizhengChemicalFibreL.L.C.,YizhengJiangsu211900,China)

Abstract:This paper proposes relaying protection renovating solutions to the problems existed in PTA original LV incoming line relaying protection device. The control logic and control circuit are redesigned based on 7SJ68 integrated protector. The renovating result has proved that the integrated protector works reliably, the function of switching and spare power automatic switching is realized，and the problems existed in original relaying protection device are solved.

Key words:relaying protection; switching without power failure; spare power automatic switching

中圖分類號：TH86

文獻標識碼：B

文章編號：1006-334X(2016)01-0056-06

作者簡介：胡平(1981-)，吉林乾安人，高級工程師，主要從事電氣技術管理工作。

收稿日期：2016-01-18