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低壓備自投系統設計與應用
摘要：按照石油化工重要裝置0.4KV低壓電氣系統抗晃電的要求，本文研究設計了一種基于繼電保護的0.4KV低壓電氣系統備自投裝置，并應用于變配電間新建或改擴建項目。通過(guò)0.4KV低壓電氣系統備自投裝置與微機電動(dòng)機保護監控裝置抗晃電功能的配合，實(shí)現單條0.4KV進(jìn)線(xiàn)停電或晃電時(shí)，低壓電動(dòng)機回路不停車(chē)或停車(chē)后短時(shí)自啟動(dòng)，保障生產(chǎn)裝置不停車(chē)，確保石油化工裝置安全平穩生產(chǎn)的最終目標。
關(guān)鍵詞：低壓電氣系統；備自投；抗晃電；微機電動(dòng)機保護
按照重要裝置電氣系統穩定性和抗晃電功能的要求，0.4kV變電所母聯(lián)應有備自投功能，并實(shí)現晃電時(shí)電動(dòng)機不停機或能夠自啟動(dòng)，裝置連續運轉不停車(chē)。電氣系統通過(guò)增加0.4kV低壓電氣備自投系統，采用具有抗晃電功能的微機電動(dòng)機保護監控裝置，通過(guò)繼電保護方案的配合，完美實(shí)現低壓電氣系統的備自投及抗晃電功能。由于以前的0.4kV低壓變配電所進(jìn)線(xiàn)、母聯(lián)控制系統沒(méi)有備自投功能，為此我們結合生產(chǎn)實(shí)際，設計了一套適用于石油化工電氣系統特點(diǎn)的0.4kV低壓電氣備自投系統。
1備自投系統工作原理
�。�1）電源1#進(jìn)線(xiàn)、2#進(jìn)線(xiàn)運行，分段備用，即1#進(jìn)線(xiàn)、2#進(jìn)線(xiàn)斷路器在合位，母聯(lián)斷路器在分位。當電源1#進(jìn)線(xiàn)因為故障導致失電后，母聯(lián)斷路器自動(dòng)投入(圖1)。備自投滿(mǎn)足條件：Ⅰ段母線(xiàn)、Ⅱ段母線(xiàn)均三相有壓；1#進(jìn)線(xiàn)、2#進(jìn)線(xiàn)斷路器在合位，母聯(lián)斷路器在分位。當備自投滿(mǎn)足條件后，Ⅰ段母線(xiàn)線(xiàn)電壓均小于母線(xiàn)無(wú)壓?jiǎn)?dòng)定值，1#進(jìn)線(xiàn)I1無(wú)流，Ⅱ段母線(xiàn)有壓，線(xiàn)電壓大于母線(xiàn)有壓定值，則備自投啟動(dòng)，經(jīng)一定的延時(shí)，跳電源1#進(jìn)線(xiàn)斷路器，確認1#進(jìn)線(xiàn)跳開(kāi)后，且Ⅰ段母線(xiàn)線(xiàn)電壓均小于無(wú)壓合閘定值，經(jīng)一定延時(shí)去合母聯(lián)斷路器。
�。�2）電源1#進(jìn)線(xiàn)、2#進(jìn)線(xiàn)運行，分段備用，即1#進(jìn)線(xiàn)、2#進(jìn)線(xiàn)斷路器在合位，母聯(lián)斷路器在分位。當電源2#進(jìn)線(xiàn)因為故障導致失電后，母聯(lián)斷路器自動(dòng)投入(圖1)。備自投滿(mǎn)足條件：Ⅰ段母線(xiàn)、Ⅱ段母線(xiàn)均三相有壓；1#進(jìn)線(xiàn)、2#進(jìn)線(xiàn)斷路器在合位，母聯(lián)斷路器在分位。當備自投滿(mǎn)足條件后，Ⅱ段母線(xiàn)線(xiàn)電壓均小于母線(xiàn)無(wú)壓?jiǎn)?dòng)定值，2#進(jìn)線(xiàn)I2無(wú)流，Ⅰ段母線(xiàn)有壓，線(xiàn)電壓大于母線(xiàn)有壓定值，則備自投啟動(dòng)，經(jīng)一定的延時(shí)，跳電源2#進(jìn)線(xiàn)斷路器，確認2#進(jìn)線(xiàn)跳開(kāi)后，且Ⅱ段母線(xiàn)線(xiàn)電壓均小于無(wú)壓合閘定值，經(jīng)一定延時(shí)去合母聯(lián)斷路器。
2設計與方案
2.1線(xiàn)路、備用電源自投裝置的選擇
目前，國內6kV電氣系統采用南瑞繼保備自投裝置的較多，這里借鑒石油化工裝置變電所6kV電氣系統備自投的成功經(jīng)驗，結合0.4kV低壓電氣系統的特點(diǎn)，從電壓、電流的采集，聯(lián)鎖接點(diǎn)的選取，保護功能的配置等方面進(jìn)行研究設計。保護裝置采用國內頂尖的南瑞繼保PCS-9611L線(xiàn)路保護和PCS-9651L備用電源自投裝置，南瑞繼保的PCS-9611L線(xiàn)路保護裝置適用于中壓等級的非直接接地系統或小電阻接地系統中的線(xiàn)路保護及測量控制。PCS-9651L備用電源自投裝置可實(shí)現中低壓電壓等級、不同主接線(xiàn)形式（內橋、單母線(xiàn)、單母線(xiàn)分段等）的備用電源自動(dòng)投入功能，另外，還具有分段保護測控功能。兩種保護各項功能齊全，可根據實(shí)際需要配置，能夠滿(mǎn)足進(jìn)線(xiàn)和備自投裝置的測量、采集、保護、故障錄波、事件記錄等功能。
2.2電壓、電流采集
6kV系統通過(guò)電壓互感器測量母線(xiàn)電壓，而0.4kV系統沒(méi)有電壓互感器，將380V電壓數據直接接入開(kāi)關(guān)和電壓表，不參保護控制。電流通過(guò)進(jìn)線(xiàn)和母線(xiàn)的電流互感器直接接入電流表顯示。兩條進(jìn)線(xiàn)回路分別采集自身電壓、電流，之間沒(méi)有聯(lián)鎖，不能實(shí)現自投切換。要想實(shí)現備自投系統單進(jìn)線(xiàn)失電母聯(lián)自動(dòng)投切，電壓、電流數據采集和聯(lián)鎖功能必不可少。我們結合0.4kV系統單母線(xiàn)分段運行系統的特點(diǎn)，進(jìn)線(xiàn)采用3組電壓互感器，將電壓變?yōu)槟先鸨Ｗo裝置需要的電壓值，采用4組電流互感器，將電流和電壓分別引入進(jìn)線(xiàn)和母聯(lián)保護裝置，參與自動(dòng)投切條件判定（圖2）。母聯(lián)通過(guò)6組電壓互感器，分別采集兩段母線(xiàn)電壓。PCS-9651L裝置通過(guò)電壓互感器引入兩段母線(xiàn)電壓（Uab1、Ubc1、Uca1和Uab2、Ubc2、Uca2），用于有壓、無(wú)壓判別。引入兩條進(jìn)線(xiàn)電源電壓（Ux1、Ux2），用于判別備用電源是否有壓，經(jīng)繼電保護整定，選擇控制字投用狀態(tài)。引入兩條進(jìn)線(xiàn)單相電流（I1、I2），防止母線(xiàn)PT三相斷線(xiàn)后備自投誤動(dòng)作，同時(shí)，可以用來(lái)進(jìn)一步確認電源開(kāi)關(guān)是否跳開(kāi)。圖2進(jìn)線(xiàn)電壓、電流采集二次原理圖
2.3聯(lián)鎖接點(diǎn)選取
根據母聯(lián)備自投裝置原理，結合南瑞保護裝置充電條件和放電條件設計聯(lián)鎖回路。1#進(jìn)線(xiàn)、2#進(jìn)線(xiàn)斷路器處于合位，且為合后位；母聯(lián)斷路器處于跳位。母聯(lián)斷路器位置引自自身開(kāi)關(guān)的輔助接點(diǎn)，1#進(jìn)線(xiàn)、2#進(jìn)線(xiàn)斷路器的位置引自進(jìn)線(xiàn)PCS-9611L線(xiàn)路保護的輸出接點(diǎn)。PCS-9651L裝置引入1#進(jìn)線(xiàn)、2#進(jìn)線(xiàn)斷路器和母聯(lián)斷路器的跳閘位置接點(diǎn)，用于系統運行方式識別、自投準備及自投動(dòng)作。引入1#進(jìn)線(xiàn)、2#進(jìn)線(xiàn)斷路器和母聯(lián)斷路器的合后位置（KKJ）信號，用于各種運行方式下的手跳閉鎖備自投。通過(guò)采集進(jìn)線(xiàn)、母聯(lián)斷路器的狀態(tài)進(jìn)行邏輯判斷，實(shí)現備自投的閉鎖和投入，保證繼電保護裝置的可靠性。
2.4保護功能的配置
保護功能的配置直接影響備自投系統的應用效果，我們結合生產(chǎn)實(shí)際，合理地進(jìn)行繼電保護配置。通過(guò)保護壓板、控制字、保護定值及動(dòng)作時(shí)間的設定來(lái)實(shí)現備自投的選擇性、速動(dòng)性、靈敏性和可靠性。PCS-9651L裝置選擇備自投方式3/4投入，檢電源1和電源2電壓投入，過(guò)流Ⅰ段投入，過(guò)流Ⅱ段投入的保護配置。備自投方式3投入，動(dòng)作輸出：跳電源1出口，跳開(kāi)電源1進(jìn)線(xiàn)斷路器，合分段斷路器。備自投方式4投入，動(dòng)作輸出：跳電源2出口，跳開(kāi)電源2進(jìn)線(xiàn)斷路器，合分段斷路器。檢電源1和電源2電壓投入，用于系統運行方式識別、自投準備及自投動(dòng)作。PCS-9651L設置兩段定時(shí)限過(guò)流保護，各段有獨立的電流定值和時(shí)間定值以及控制字。過(guò)流Ⅰ段投入，設為速斷保護，過(guò)流Ⅱ段投入設為定時(shí)限過(guò)流保護，實(shí)現不同故障情況下跳開(kāi)分段斷路器。引入電源1和電源2過(guò)流閉鎖，實(shí)現過(guò)流故障閉鎖，防止備自投裝置投到故障點(diǎn)上造成故障范圍擴大。
3電動(dòng)機保護裝置配合
為了進(jìn)一步提高系統抗晃電性能，本文將0.4kV低壓電氣備自投系統和微機電動(dòng)機保護監控裝置相結合，通過(guò)合理的時(shí)限配合，實(shí)現0.4kV電氣系統抗晃電功能。采用具有再啟動(dòng)功能的微機電動(dòng)機保護裝置，通過(guò)微機電動(dòng)機保護監控裝置的再啟動(dòng)定制設定，將欠/失壓重啟動(dòng)的“立即重啟動(dòng)”投入，在電壓跌落小于0.5S的時(shí)候，由于慣性，認為電機轉數降落很小，可以直接重啟電機。當電壓跌落大于0.5S小于“重啟有效延時(shí)”的時(shí)候，裝置將按照重啟延時(shí)可靠啟動(dòng)電機，實(shí)現晃電不停裝置的目標。
4系統應用試驗
該系統在設備制造廠(chǎng)進(jìn)行了模擬試驗，完美實(shí)現了單進(jìn)線(xiàn)停電，母聯(lián)自動(dòng)投切的備自投功能，同時(shí)，在1座改造的變電所進(jìn)行了現場(chǎng)安及調試試驗。試驗結果證明，備自投、兩段過(guò)流保護配置合理，微機電動(dòng)機保護設置符合要求，開(kāi)關(guān)動(dòng)作準確迅速，實(shí)現了設計的最初目標。備自投系統首次應用成功后，該系統已經(jīng)進(jìn)行全面推廣。目前，已經(jīng)有10余套系統應用各新建與改造項目。
5結語(yǔ)
低壓備自投系統應用新建變電所后，獲得了巨大的社會(huì )效益和經(jīng)濟效益。石油化工裝置供電系統穩定性大大提高，能夠保障裝置連續工作不停車(chē)。因電氣系統晃電、停電導致全所停電、裝置停車(chē)的事故概率將大大減少，能夠全力保證生產(chǎn)裝置的連續運轉和平穩生產(chǎn)。
參考文獻：
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