低压备自投系统设计与应用

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摘要：按照石油化工重要装置0.4KV低压电气系统抗晃电的要求，本文研究设计了一种基于继电保护的0.4KV低压电气系统备自投装置，并应用于变配电间新建或改扩建项目。通过0.4KV低压电气系统备自投装置与微机电动机保护监控装置抗晃电功能的配合，实现单条0.4KV进线停电或晃电时，低压电动机回路不停车或停车后短时自启动，保障生产装置不停车，确保石油化工装置安全平稳生产的最终目标。

关键词：低压电气系统；备自投；抗晃电；微机电动机保护

按照重要装置电气系统稳定性和抗晃电功能的要求，0.4kV变电所母联应有备自投功能，并实现晃电时电动机不停机或能够自启动，装置连续运转不停车。电气系统通过增加0.4kV低压电气备自投系统，采用具有抗晃电功能的微机电动机保护监控装置，通过继电保护方案的配合，完美实现低压电气系统的备自投及抗晃电功能。由于以前的0.4kV低压变配电所进线、母联控制系统没有备自投功能，为此我们结合生产实际，设计了一套适用于石油化工电气系统特点的0.4kV低压电气备自投系统。

1备自投系统工作原理

（1）电源1#进线、2#进线运行，分段备用，即1#进线、2#进线断路器在合位，母联断路器在分位。当电源1#进线因为故障导致失电后，母联断路器自动投入(图1)。备自投满足条件：Ⅰ段母线、Ⅱ段母线均三相有压；1#进线、2#进线断路器在合位，母联断路器在分位。当备自投满足条件后，Ⅰ段母线线电压均小于母线无压启动定值，1#进线I1无流，Ⅱ段母线有压，线电压大于母线有压定值，则备自投启动，经一定的延时，跳电源1#进线断路器，确认1#进线跳开后，且Ⅰ段母线线电压均小于无压合闸定值，经一定延时去合母联断路器。（2）电源1#进线、2#进线运行，分段备用，即1#进线、2#进线断路器在合位，母联断路器在分位。当电源2#进线因为故障导致失电后，母联断路器自动投入(图1)。备自投满足条件：Ⅰ段母线、Ⅱ段母线均三相有压；1#进线、2#进线断路器在合位，母联断路器在分位。当备自投满足条件后，Ⅱ段母线线电压均小于母线无压启动定值，2#进线I2无流，Ⅰ段母线有压，线电压大于母线有压定值，则备自投启动，经一定的延时，跳电源2#进线断路器，确认2#进线跳开后，且Ⅱ段母线线电压均小于无压合闸定值，经一定延时去合母联断路器。

2设计与方案

2.1线路、备用电源自投装置的选择

目前，国内6kV电气系统采用南瑞继保备自投装置的较多，这里借鉴石油化工装置变电所6kV电气系统备自投的成功经验，结合0.4kV低压电气系统的特点，从电压、电流的采集，联锁接点的选取，保护功能的配置等方面进行研究设计。保护装置采用国内顶尖的南瑞继保PCS-9611L线路保护和PCS-9651L备用电源自投装置，南瑞继保的PCS-9611L线路保护装置适用于中压等级的非直接接地系统或小电阻接地系统中的线路保护及测量控制。PCS-9651L备用电源自投装置可实现中低压电压等级、不同主接线形式（内桥、单母线、单母线分段等）的备用电源自动投入功能，另外，还具有分段保护测控功能。两种保护各项功能齐全，可根据实际需要配置，能够满足进线和备自投装置的测量、采集、保护、故障录波、事件记录等功能。

2.2电压、电流采集

6kV系统通过电压互感器测量母线电压，而0.4kV系统没有电压互感器，将380V电压数据直接接入开关和电压表，不参保护控制。电流通过进线和母线的电流互感器直接接入电流表显示。两条进线回路分别采集自身电压、电流，之间没有联锁，不能实现自投切换。要想实现备自投系统单进线失电母联自动投切，电压、电流数据采集和联锁功能必不可少。我们结合0.4kV系统单母线分段运行系统的特点，进线采用3组电压互感器，将电压变为南瑞保护装置需要的电压值，采用4组电流互感器，将电流和电压分别引入进线和母联保护装置，参与自动投切条件判定（图2）。母联通过6组电压互感器，分别采集两段母线电压。PCS-9651L装置通过电压互感器引入两段母线电压（Uab1、Ubc1、Uca1和Uab2、Ubc2、Uca2），用于有压、无压判别。引入两条进线电源电压（Ux1、Ux2），用于判别备用电源是否有压，经继电保护整定，选择控制字投用状态。引入两条进线单相电流（I1、I2），防止母线PT三相断线后备自投误动作，同时，可以用来进一步确认电源开关是否跳开。图2进线电压、电流采集二次原理图

2.3联锁接点选取

根据母联备自投装置原理，结合南瑞保护装置充电条件和放电条件设计联锁回路。1#进线、2#进线断路器处于合位，且为合后位；母联断路器处于跳位。母联断路器位置引自自身开关的辅助接点，1#进线、2#进线断路器的位置引自进线PCS-9611L线路保护的输出接点。PCS-9651L装置引入1#进线、2#进线断路器和母联断路器的跳闸位置接点，用于系统运行方式识别、自投准备及自投动作。引入1#进线、2#进线断路器和母联断路器的合后位置（KKJ）信号，用于各种运行方式下的手跳闭锁备自投。通过采集进线、母联断路器的状态进行逻辑判断，实现备自投的闭锁和投入，保证继电保护装置的可靠性。

2.4保护功能的配置

保护功能的配置直接影响备自投系统的应用效果，我们结合生产实际，合理地进行继电保护配置。通过保护压板、控制字、保护定值及动作时间的设定来实现备自投的选择性、速动性、灵敏性和可靠性。PCS-9651L装置选择备自投方式3/4投入，检电源1和电源2电压投入，过流Ⅰ段投入，过流Ⅱ段投入的保护配置。备自投方式3投入，动作输出：跳电源1出口，跳开电源1进线断路器，合分段断路器。备自投方式4投入，动作输出：跳电源2出口，跳开电源2进线断路器，合分段断路器。检电源1和电源2电压投入，用于系统运行方式识别、自投准备及自投动作。PCS-9651L设置两段定时限过流保护，各段有独立的电流定值和时间定值以及控制字。过流Ⅰ段投入，设为速断保护，过流Ⅱ段投入设为定时限过流保护，实现不同故障情况下跳开分段断路器。引入电源1和电源2过流闭锁，实现过流故障闭锁，防止备自投装置投到故障点上造成故障范围扩大。

3电动机保护装置配合

为了进一步提高系统抗晃电性能，本文将0.4kV低压电气备自投系统和微机电动机保护监控装置相结合，通过合理的时限配合，实现0.4kV电气系统抗晃电功能。采用具有再启动功能的微机电动机保护装置，通过微机电动机保护监控装置的再启动定制设定，将欠/失压重启动的“立即重启动”投入，在电压跌落小于0.5S的时候，由于惯性，认为电机转数降落很小，可以直接重启电机。当电压跌落大于0.5S小于“重启有效延时”的时候，装置将按照重启延时可靠启动电机，实现晃电不停装置的目标。

4系统应用试验

该系统在设备制造厂进行了模拟试验，完美实现了单进线停电，母联自动投切的备自投功能，同时，在1座改造的变电所进行了现场安及调试试验。试验结果证明，备自投、两段过流保护配置合理，微机电动机保护设置符合要求，开关动作准确迅速，实现了设计的最初目标。备自投系统首次应用成功后，该系统已经进行全面推广。目前，已经有10余套系统应用各新建与改造项目。

5结语

低压备自投系统应用新建变电所后，获得了巨大的社会效益和经济效益。石油化工装置供电系统稳定性大大提高，能够保障装置连续工作不停车。因电气系统晃电、停电导致全所停电、装置停车的事故概率将大大减少，能够全力保证生产装置的连续运转和平稳生产。

参考文献：

[1]李火元．电力系统继电保护及自动装置[M]．北京：中国电力出版社，2018.

[2]PCS-9600CS系列工业电气保护测控装置技术说明书[S].

[3]尹项根，曾克娥．电力系统继电保护原理与应用[M]．武汉：华中科技大学出版社，2018年5月.

[4]耿旭明，赵泽民．电力运行与检修1000问[M]．北京：中国电力出版社，2018.

作者：兰永良 单位：大庆石化公司水气厂