基于7SJ68微機(jī)綜合保護(hù)測控裝置的低壓繼電保護(hù)改造

胡　平

(中國石化儀征化纖有限責(zé)任公司PTA生產(chǎn)中心，江蘇儀征　211900)

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基于7SJ68微機(jī)綜合保護(hù)測控裝置的低壓繼電保護(hù)改造

胡平

(中國石化儀征化纖有限責(zé)任公司PTA生產(chǎn)中心，江蘇儀征211900)

摘要：本文針對(duì)PTA裝置原低壓進(jìn)線繼電保護(hù)裝置存在的問題，提出了繼電保護(hù)改造的方案，并基于西門子7SJ68微機(jī)綜合保護(hù)測控裝置對(duì)控制邏輯及控制回路進(jìn)行重新設(shè)計(jì)。經(jīng)改造驗(yàn)證，綜合保護(hù)測控裝置工作可靠，實(shí)現(xiàn)了不停電倒閘及備自投功能，解決了原繼電保護(hù)裝置存在的問題。

關(guān)鍵詞：繼電保護(hù)不停電倒閘備自投

1繼電保護(hù)存在的問題及改造方案

1.1存在問題

PTA裝置低壓進(jìn)線繼電保護(hù)由繼電器元件實(shí)現(xiàn)，該保護(hù)系統(tǒng)于1995年設(shè)計(jì)、投用，保護(hù)裝置及控制柜盤面布局如圖1 所示。

圖1　原繼電保護(hù)裝置及控制柜盤面布局

該繼電保護(hù)裝置存在下述問題：

(1)元器件老化嚴(yán)重、無替代備件更換。原繼電保護(hù)所用元件均為進(jìn)口產(chǎn)品，無備件更換，繼電器內(nèi)部線圈及機(jī)構(gòu)老化嚴(yán)重。

(2)盤面報(bào)警使用掉牌繼電器，因掉牌繼電器線圈及內(nèi)部機(jī)構(gòu)老化，誤動(dòng)頻繁且無法復(fù)位。

(3)電流及電壓顯示使用指針表，需手動(dòng)切換查看顯示數(shù)據(jù)，數(shù)字化、自動(dòng)化程度低。

(4)繼電保護(hù)裝置使用靜態(tài)繼電器，功耗高、電路設(shè)計(jì)復(fù)雜，可靠性、靈敏性、快速性低。

(5)整定通過調(diào)節(jié)保護(hù)裝置面板撥碼開關(guān)進(jìn)行設(shè)置，整定不精確。繼電保護(hù)校驗(yàn)時(shí)，因無報(bào)警輸出及動(dòng)作記錄，動(dòng)作顯示不直觀。

(6)接線復(fù)雜(繼電保護(hù)部分控制原理如圖2 所示),故障時(shí)需檢測、排查的點(diǎn)較多，不利于故障處理，可靠性降低。原繼電保護(hù)功能均通過各繼電器的觸點(diǎn)搭建的控制線路實(shí)現(xiàn)，接線復(fù)雜且進(jìn)線柜內(nèi)部交叉接線較多，不利于進(jìn)行故障定位，影響故障處理進(jìn)度。隨著繼電保護(hù)元件使用年限的增加，各元器件的故障風(fēng)險(xiǎn)加大，繼電保護(hù)的可靠性降低。

圖2　繼電保護(hù)控制原理圖

1.2改造方案

基于原繼電保護(hù)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(hù)的可靠性:

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

(2)取消母聯(lián)同步檢測繼電器及殘壓保護(hù)繼電器，進(jìn)線保護(hù)功能全部由7SJ68提供。

(3)通過組態(tài)7SJ68邏輯、重新設(shè)計(jì)控制回路，以簡化接線，實(shí)現(xiàn)PTA裝置PMCC1、PMCC2低壓進(jìn)線的不停電倒閘及備自投，從而提高繼電保護(hù)的可靠性，避免誤動(dòng)作。

2系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1西門子7SJ68微機(jī)綜合保護(hù)測控裝置簡介及選型

7SJ68綜合保護(hù)裝置應(yīng)用于母線/饋線的保護(hù)、控制和監(jiān)測。該綜合保護(hù)測控裝置可用作中性點(diǎn)直接接地、低阻抗接地、不接地以及有中性點(diǎn)補(bǔ)償設(shè)備接地電網(wǎng)的線路保護(hù)。

無方向性過流保護(hù)是該裝置的一個(gè)最基本的功能。它包含三個(gè)定時(shí)限過流元件和一個(gè)可用于相電流或零序電流的反時(shí)限過流元件。對(duì)于反時(shí)限過電流保護(hù)，可以選擇使用不同標(biāo)準(zhǔn)的特征曲線或自定義特征曲線。

7SJ68硬件結(jié)構(gòu)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(zhuǎn)換器、微處理器系統(tǒng)(μC)、輸出放大器(OA)、開入開出模塊、系統(tǒng)操作服務(wù)接口組成。

圖3　7SJ68硬件結(jié)構(gòu)

測量輸入(MI)模塊對(duì)CT和PT采集來的數(shù)據(jù)進(jìn)行變換，使之達(dá)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(duì)帶寬和處理速度進(jìn)行優(yōu)化。模數(shù)部分由多路復(fù)用器、A/D 轉(zhuǎn)換器和一個(gè)與處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)拇鎯?chǔ)元件組成。

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

(1)測量量的濾波和預(yù)處理。

(2)測量值的連續(xù)監(jiān)測。

(3)監(jiān)控各個(gè)保護(hù)功能元件的啟動(dòng)條件。

(4)比較限值和時(shí)序。

(5)邏輯功能信號(hào)的控制。

(6)控制開關(guān)設(shè)備命令的輸出。

(7)消息、故障數(shù)據(jù)和故障值的記錄。

(8)操作系統(tǒng)管理及相關(guān)功能，如數(shù)據(jù)記錄，實(shí)時(shí)時(shí)鐘，通訊，接口等。

(9)通過輸出放大器(OA)實(shí)現(xiàn)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(tài)和測量值等相關(guān)信息。在前面板上裝有一個(gè)服務(wù)串行接口，通過電纜可以和電腦上的DIGSI應(yīng)用軟件進(jìn)行通訊。

通過DIGSI軟件及7SJ68微機(jī)綜合保護(hù)測控裝置，可實(shí)現(xiàn)下述功能：

(1)參數(shù)配置與整定。通過微機(jī)綜合保護(hù)測控裝置控制面板操作鍵盤或DIGSI軟件可實(shí)現(xiàn)參數(shù)的配置和整定。

(2)開關(guān)控制操作。通過集成的控制面板、系統(tǒng)接口、開入量，或使用DIGSI軟件的串行口，能夠?qū)﹂_關(guān)進(jìn)行控制操作。

(3)電力系統(tǒng)和裝置的狀態(tài)信息顯示。測量值和計(jì)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(jìn)行通訊在遠(yuǎn)方顯示。

(4)裝置信息顯示、處理及遠(yuǎn)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(diǎn)進(jìn)行外部處理，通過用戶自定義邏輯 (CFC) 進(jìn)行關(guān)聯(lián)或通過串行接口進(jìn)行傳送。

(5)故障記錄。如果發(fā)生故障，重要的事件和狀態(tài)變化會(huì)被記錄在故障記錄里，可實(shí)時(shí)查詢。裝置同時(shí)記錄瞬時(shí)故障值，便于事后分析。

(6)狀態(tài)實(shí)時(shí)檢查。7SJ68提供了方便的調(diào)試環(huán)境，例如接線檢查、開入開出量狀態(tài)檢查及系統(tǒng)接口信息的快速檢查。

(7)閉鎖功能。能夠和任何元件進(jìn)行交互閉鎖。

考慮繼電保護(hù)改造實(shí)現(xiàn)的功能需求、繼電保護(hù)裝置控制電壓、需檢測的斷路器位置、輸入輸出開關(guān)量配置，結(jié)合微機(jī)綜合保護(hù)測控裝置的配置，確定繼電保護(hù)改造微機(jī)綜合保護(hù)測控裝置的選型為：7SJ6825-6EW20-3FE0。

2.2功能描述及設(shè)計(jì)要求

2.2.1備自投

(1)發(fā)生I段進(jìn)線側(cè)低電壓時(shí)，微機(jī)綜合保護(hù)測控裝置發(fā)出指令分?jǐn)郔段進(jìn)線斷路器，在I段進(jìn)線斷路器分閘后，如果I段進(jìn)線無事故信號(hào)送出、II段進(jìn)線斷路器合閘且母線電壓正常，則發(fā)出合母聯(lián)指令，閉合母聯(lián)斷路器，使I段母線恢復(fù)供電。

(2)發(fā)生II段進(jìn)線側(cè)低電壓時(shí)，微機(jī)綜合保護(hù)裝置發(fā)出指令分?jǐn)郔I段進(jìn)線斷路器，在II段進(jìn)線斷路器分閘后，如果II段進(jìn)線無事故信號(hào)送出、I段進(jìn)線斷路器合閘且母線電壓正常，發(fā)出合母聯(lián)指令，閉合母聯(lián)斷路器，使II段母線恢復(fù)供電。

2.2.2不停電倒閘

(1)若I段電網(wǎng)失壓且母聯(lián)已投入，當(dāng)I段電網(wǎng)電壓正常后，可將轉(zhuǎn)換開關(guān)旋轉(zhuǎn)到“跳母聯(lián)”位置，這時(shí)保護(hù)裝置發(fā)出允許合進(jìn)線斷路器指令，可以手動(dòng)合上I段進(jìn)線斷路器，實(shí)現(xiàn)不停電倒合閘。在I段進(jìn)線斷路器合閘后，發(fā)出指令分?jǐn)嗄嘎?lián)斷路器。

(2)若II段電網(wǎng)失壓且母聯(lián)已投入，當(dāng)II段電網(wǎng)電壓正常后，可將轉(zhuǎn)換開關(guān)旋轉(zhuǎn)到“跳母聯(lián)”位置，這時(shí)保護(hù)裝置發(fā)出允許合進(jìn)線斷路器指令，可以手動(dòng)合上II段進(jìn)線斷路器，實(shí)現(xiàn)不停電倒合閘。在II段進(jìn)線斷路器合閘后，發(fā)出指令分?jǐn)嗄嘎?lián)斷路器。

(3)當(dāng)I段、II段母線電壓均正常，若要用II段電源向I段負(fù)載供電，這時(shí)將轉(zhuǎn)換開關(guān)旋轉(zhuǎn)到“跳I段進(jìn)線”位置，綜合保護(hù)裝置將發(fā)出允許合母聯(lián)斷路器的指令，按下母聯(lián)柜上合閘按鈕使母聯(lián)柜合閘，此時(shí)I、II段電網(wǎng)并列運(yùn)行。在母聯(lián)柜合閘后，發(fā)出分I段進(jìn)線斷路器指令，I段進(jìn)線斷路器分閘。I段母線上的電壓由II段母線來提供。當(dāng)用I段母線來向II母線供電時(shí)動(dòng)作原理與此相同。

(4)由于兩路進(jìn)線來自同一供電網(wǎng)絡(luò)，壓差小，合環(huán)后產(chǎn)生環(huán)流小，可通過進(jìn)線及母聯(lián)柜門板上的分合閘轉(zhuǎn)換開關(guān)任意操作，實(shí)現(xiàn)強(qiáng)合母聯(lián)開關(guān)，人工分任意一個(gè)進(jìn)線開關(guān)，或強(qiáng)合進(jìn)線開關(guān)人工分母聯(lián)開關(guān)。

2.2.3設(shè)計(jì)要求

在實(shí)現(xiàn)備自投、不停電倒閘功能的同時(shí)，為便于線路檢查、避免繼電保護(hù)誤動(dòng)作及誤投入故障線路造成停電范圍擴(kuò)大，設(shè)計(jì)需滿足下述要求：

(1)母聯(lián)斷路器不設(shè)置微機(jī)綜合保護(hù)器，不停電倒閘及備自投邏輯由進(jìn)線側(cè)2臺(tái)微機(jī)綜合保護(hù)器實(shí)現(xiàn)。

(2)不停電倒閘位置檢測均需指示輸出。

(3)設(shè)置手動(dòng)分閘回路，可在倒閘出現(xiàn)異常時(shí)手動(dòng)進(jìn)行分閘操作。

(4)應(yīng)保證自動(dòng)投入裝置只動(dòng)作一次，以免發(fā)生永久性故障時(shí)，備用電源被多次投入到故障元件上去，對(duì)系統(tǒng)造成不必要的沖擊，或?qū)е抡w失電。

(5)工作電源故障或斷路器被錯(cuò)誤斷開時(shí)，備自投應(yīng)延時(shí)動(dòng)作。

(6)手動(dòng)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(yīng)啟動(dòng)備自投。

(7)工作電源故障時(shí)，手動(dòng)分合進(jìn)線斷路器時(shí)，備自投不應(yīng)動(dòng)作。

(8)跳閘回路設(shè)置保護(hù)壓板，以便于繼電保護(hù)測試、控制回路檢查。

(9)設(shè)置PT二次空開斷線保護(hù)閉鎖，避免PT二次空開故障導(dǎo)致繼電保護(hù)誤動(dòng)。

2.3邏輯設(shè)計(jì)

根據(jù)功能描述將系統(tǒng)設(shè)計(jì)分為工作位置檢測、備自投啟動(dòng)及動(dòng)作、不停電倒閘、進(jìn)線合閘允許、保護(hù)跳閘及事故信號(hào)5個(gè)邏輯模塊。將兩段母線定義為本段、對(duì)段，依據(jù)邏輯模塊所實(shí)現(xiàn)的功能及7SJ68配置，對(duì)微機(jī)綜合保護(hù)測控裝置開入開出量進(jìn)行分配，如表1所示。

表1開入開出量分配表

序號(hào)開入開出量用途1BI1本段進(jìn)線合位2BI2本段斷路器工作位3BI3對(duì)段進(jìn)線合位4BI4對(duì)段斷路器工作位5BI5母聯(lián)斷路器合位6BI6母聯(lián)斷路器工作位7BI7PT空開分閘8BI8備投自動(dòng)位9BI9不停電倒閘跳母聯(lián)10BI10不停電倒閘跳進(jìn)線11BI11對(duì)側(cè)有壓12BO1保護(hù)跳進(jìn)線13BO2進(jìn)線合閘允許14BO3合母聯(lián)15BO4分母聯(lián)16BO5故障信號(hào)17BO6本段電壓正常

2.3.1工作位置檢測

將斷路器限位開關(guān)、輔助開關(guān)觸點(diǎn)信號(hào)送至綜合保護(hù)測控裝置進(jìn)行位置及狀態(tài)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(duì)段斷路器工作位、合閘位、母聯(lián)斷路器工作位。將工作位置檢測結(jié)果定義為ZH(轉(zhuǎn)換1)，用作備自投及不停電倒閘動(dòng)作條件。

圖4　工作位置檢測

2.3.2備自投啟動(dòng)及動(dòng)作

備自投啟動(dòng)邏輯如圖5所示,其動(dòng)作條件為：

(1)轉(zhuǎn)換1(本段斷路器、母聯(lián)斷路器、對(duì)段斷路器均進(jìn)入工作位，且對(duì)段斷路器合閘)。

(2)本段進(jìn)線PT空開完好。

(3)本段進(jìn)線斷路器合閘位。

(4)備投自動(dòng)位。

(5)對(duì)側(cè)有壓。

(6)本側(cè)線路低電壓。

母聯(lián)斷路器合閘后，閉鎖備自投，以保證備自投只動(dòng)作一次。

圖5　備自投啟動(dòng)邏輯

備自投動(dòng)作邏輯如圖6所示，本段進(jìn)線過流閉鎖備自投。在備自投啟動(dòng)后，若本段無過流，則延遲后發(fā)出跳本段進(jìn)線信號(hào)。本段進(jìn)線跳閘后，發(fā)出合母聯(lián)信號(hào)。延遲時(shí)間可根據(jù)繼電保護(hù)整定值進(jìn)行調(diào)節(jié)。

圖6　備自投動(dòng)作邏輯

2.3.3不停電倒閘

不停電倒閘邏輯由合母聯(lián)跳進(jìn)線邏輯、合進(jìn)線跳母聯(lián)邏輯組成。合母聯(lián)跳進(jìn)線邏輯如圖7所示，不停電倒閘合母聯(lián)跳進(jìn)線需同時(shí)滿足下述條件：

(1)轉(zhuǎn)換1(本段斷路器、母聯(lián)斷路器、對(duì)段斷路器均進(jìn)入工作位，且對(duì)段斷路器合閘)。

(2)旋轉(zhuǎn)開關(guān)選擇“不停電倒閘跳本段進(jìn)線”。

(3)母聯(lián)斷路器合閘。

不停電倒閘合進(jìn)線跳母聯(lián)則需同時(shí)滿足下述條件：

(1)轉(zhuǎn)換1(本段斷路器、母聯(lián)斷路器、對(duì)段斷路器均進(jìn)入工作位，且對(duì)段斷路器合閘)。

(2)旋轉(zhuǎn)開關(guān)選擇“不停電倒閘跳母聯(lián)”。

(3)備投位于手動(dòng)位，即備自投未投入。

(4)本段進(jìn)線斷路器合閘。

為避免母聯(lián)跳閘線圈持續(xù)通電導(dǎo)致線圈故障，在邏輯設(shè)計(jì)中將備投投入信號(hào)取反，則備投處于自動(dòng)位時(shí)不發(fā)出跳母聯(lián)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(shí)觸發(fā)合閘允許：

(1)線路無過流或備自投未啟動(dòng)“跳本段進(jìn)線”。

(2)母聯(lián)斷路器分閘位或不停電倒閘未選擇“跳本段進(jìn)線”。

(3)本段進(jìn)線斷路器工作位。

圖8　合閘允許邏輯

2.3.5保護(hù)跳閘及事故信號(hào)

保護(hù)跳閘及事故信號(hào)邏輯如圖9所示，當(dāng)過流保護(hù)動(dòng)作時(shí)，觸發(fā)保護(hù)跳閘，同時(shí)發(fā)出事故信號(hào)。備自投啟動(dòng)跳進(jìn)線時(shí)同樣發(fā)出事故信號(hào)。

圖9　保護(hù)跳閘及事故信號(hào)

2.3.6輸入輸出配置及CFC組態(tài)

使用DIGSI軟件創(chuàng)建新的工程項(xiàng)目，對(duì)相應(yīng)的開入開出量進(jìn)行配置，并根據(jù)邏輯設(shè)計(jì)及功能要求搭建CFC圖，從而將邏輯設(shè)計(jì)架構(gòu)轉(zhuǎn)化為微機(jī)綜合保護(hù)測控裝置可執(zhí)行程序。

2.4控制原理圖設(shè)計(jì)

根據(jù)微機(jī)綜合保護(hù)測控裝置間的信號(hào)聯(lián)絡(luò)、斷路器位置檢測開關(guān)設(shè)置及儲(chǔ)能、合閘、分閘實(shí)現(xiàn)方式，設(shè)計(jì)控制原理圖。進(jìn)線控制原理圖如圖10所示，母聯(lián)控制原理圖如圖11所示。

圖10　進(jìn)線控制原理圖

圖11　母聯(lián)原理圖

3改造實(shí)施及調(diào)試

利用裝置檢修機(jī)會(huì)，進(jìn)線及母聯(lián)全部停電后，對(duì)原繼電保護(hù)裝置進(jìn)行拆除。重新敷設(shè)控制電纜，依據(jù)控制原理圖及微機(jī)綜合保護(hù)測控裝置接線圖進(jìn)行接線。同時(shí)對(duì)原配電柜面板進(jìn)行改造，對(duì)元器件重新進(jìn)行布局設(shè)計(jì)。

完成接線檢查、控制回路測試后，將DIGSI軟件創(chuàng)建工程載入7SJ68微機(jī)綜合保護(hù)測控裝置中，并按照表2繼電保護(hù)整定值進(jìn)行定值設(shè)定，依據(jù)定值對(duì)綜合保護(hù)測控裝置及設(shè)計(jì)的繼電保護(hù)邏輯進(jìn)行測試。經(jīng)測試，7SJ68綜合保護(hù)測控裝置可靠動(dòng)作，不停電倒閘及備自投試驗(yàn)均成功，保證了進(jìn)線保護(hù)的可靠性。

表2繼電保護(hù)整定值表

繼電保護(hù)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(jié)語

通過應(yīng)用7SJ68微機(jī)綜合保護(hù)測控裝置對(duì)PTA裝置低壓進(jìn)線繼電保護(hù)進(jìn)行改造，解決了原繼電保護(hù)系統(tǒng)存在的問題，在實(shí)現(xiàn)原保護(hù)功能的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)的數(shù)字化，并可對(duì)開關(guān)位置狀態(tài)信息、操作記錄、報(bào)警信息等進(jìn)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(hào)：TH86

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1006-334X(2016)01-0056-06

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

收稿日期：2016-01-18