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低壓備自投系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)備自投裝置，并應用于變配電間新建或改擴建項目。通過0.4KV低壓電氣系統(tǒng)備自投裝置與微機電動機保護監(jiān)控裝置抗晃電功能的配合，實現(xiàn)單條0.4KV進線停電或晃電時，低壓電動機回路不停車或停車后短時自啟動，保障生產(chǎn)裝置不停車，確保石油化工裝置安全平穩(wěn)生產(chǎn)的最終目標。
關(guān)鍵詞：低壓電氣系統(tǒng)；備自投；抗晃電；微機電動機保護
按照重要裝置電氣系統(tǒng)穩(wěn)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，并實現(xiàn)晃電時電動機不停機或能夠自啟動，裝置連續(xù)運轉(zhuǎn)不停車。電氣系統(tǒng)通過增加0.4kV低壓電氣備自投系統(tǒng)，采用具有抗晃電功能的微機電動機保護監(jiān)控裝置，通過繼電保護方案的配合，完美實現(xiàn)低壓電氣系統(tǒng)的備自投及抗晃電功能。由于以前的0.4kV低壓變配電所進線、母聯(lián)控制系統(tǒng)沒有備自投功能，為此我們結(jié)合生產(chǎn)實際，設計了一套適用于石油化工電氣系統(tǒng)特點的0.4kV低壓電氣備自投系統(tǒng)。
1備自投系統(tǒng)工作原理
（1）電源1#進線、2#進線運行，分段備用，即1#進線、2#進線斷路器在合位，母聯(lián)斷路器在分位。當電源1#進線因為故障導致失電后，母聯(lián)斷路器自動投入(圖1)。備自投滿足條件：Ⅰ段母線、Ⅱ段母線均三相有壓；1#進線、2#進線斷路器在合位，母聯(lián)斷路器在分位。當備自投滿足條件后，Ⅰ段母線線電壓均小于母線無壓啟動定值，1#進線I1無流，Ⅱ段母線有壓，線電壓大于母線有壓定值，則備自投啟動，經(jīng)一定的延時，跳電源1#進線斷路器，確認1#進線跳開后，且Ⅰ段母線線電壓均小于無壓合閘定值，經(jīng)一定延時去合母聯(lián)斷路器。
（2）電源1#進線、2#進線運行，分段備用，即1#進線、2#進線斷路器在合位，母聯(lián)斷路器在分位。當電源2#進線因為故障導致失電后，母聯(lián)斷路器自動投入(圖1)。備自投滿足條件：Ⅰ段母線、Ⅱ段母線均三相有壓；1#進線、2#進線斷路器在合位，母聯(lián)斷路器在分位。當備自投滿足條件后，Ⅱ段母線線電壓均小于母線無壓啟動定值，2#進線I2無流，Ⅰ段母線有壓，線電壓大于母線有壓定值，則備自投啟動，經(jīng)一定的延時，跳電源2#進線斷路器，確認2#進線跳開后，且Ⅱ段母線線電壓均小于無壓合閘定值，經(jīng)一定延時去合母聯(lián)斷路器。
2設計與方案
2.1線路、備用電源自投裝置的選擇
目前，國內(nèi)6kV電氣系統(tǒng)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(tǒng)備自投的成功經(jīng)驗，結(jié)合0.4kV低壓電氣系統(tǒng)的特點，從電壓、電流的采集，聯(lián)鎖接點的選取，保護功能的配置等方面進行研究設計。保護裝置采用國內(nèi)頂尖的南瑞繼保PCS-9611L線路保護和PCS-9651L備用電源自投裝置，南瑞繼保的PCS-9611L線路保護裝置適用于中壓等級的非直接接地系統(tǒng)或小電阻接地系統(tǒng)中的線路保護及測量控制。PCS-9651L備用電源自投裝置可實現(xiàn)中低壓電壓等級、不同主接線形式（內(nèi)橋、單母線、單母線分段等）的備用電源自動投入功能，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(jù)實際需要配置，能夠滿足進線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(tǒng)通過電壓互感器測量母線電壓，而0.4kV系統(tǒng)沒有電壓互感器，將380V電壓數(shù)據(jù)直接接入開關(guān)和電壓表，不參保護控制。電流通過進線和母線的電流互感器直接接入電流表顯示。兩條進線回路分別采集自身電壓、電流，之間沒有聯(lián)鎖，不能實現(xiàn)自投切換。要想實現(xiàn)備自投系統(tǒng)單進線失電母聯(lián)自動投切，電壓、電流數(shù)據(jù)采集和聯(lián)鎖功能必不可少。我們結(jié)合0.4kV系統(tǒng)單母線分段運行系統(tǒng)的特點，進線采用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線和母聯(lián)保護裝置，參與自動投切條件判定（圖2）。母聯(lián)通過6組電壓互感器，分別采集兩段母線電壓。PCS-9651L裝置通過電壓互感器引入兩段母線電壓（Uab1、Ubc1、Uca1和Uab2、Ubc2、Uca2），用于有壓、無壓判別。引入兩條進線電源電壓（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)。引入兩條進線單相電流（I1、I2），防止母線PT三相斷線后備自投誤動作，同時，可以用來進一步確認電源開關(guān)是否跳開。圖2進線電壓、電流采集二次原理圖
2.3聯(lián)鎖接點選取
根據(jù)母聯(lián)備自投裝置原理，結(jié)合南瑞保護裝置充電條件和放電條件設計聯(lián)鎖回路。1#進線、2#進線斷路器處于合位，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關(guān)的輔助接點，1#進線、2#進線斷路器的位置引自進線PCS-9611L線路保護的輸出接點。PCS-9651L裝置引入1#進線、2#進線斷路器和母聯(lián)斷路器的跳閘位置接點，用于系統(tǒng)運行方式識別、自投準備及自投動作。引入1#進線、2#進線斷路器和母聯(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。通過采集進線、母聯(lián)斷路器的狀態(tài)進行邏輯判斷，實現(xiàn)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(tǒng)的應用效果，我們結(jié)合生產(chǎn)實際，合理地進行繼電保護配置。通過保護壓板、控制字、保護定值及動作時間的設定來實現(xiàn)備自投的選擇性、速動性、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，過流Ⅰ段投入，過流Ⅱ段投入的保護配置。備自投方式3投入，動作輸出：跳電源1出口，跳開電源1進線斷路器，合分段斷路器。備自投方式4投入，動作輸出：跳電源2出口，跳開電源2進線斷路器，合分段斷路器。檢電源1和電源2電壓投入，用于系統(tǒng)運行方式識別、自投準備及自投動作。PCS-9651L設置兩段定時限過流保護，各段有獨立的電流定值和時間定值以及控制字。過流Ⅰ段投入，設為速斷保護，過流Ⅱ段投入設為定時限過流保護，實現(xiàn)不同故障情況下跳開分段斷路器。引入電源1和電源2過流閉鎖，實現(xiàn)過流故障閉鎖，防止備自投裝置投到故障點上造成故障范圍擴大。
3電動機保護裝置配合
為了進一步提高系統(tǒng)抗晃電性能，本文將0.4kV低壓電氣備自投系統(tǒng)和微機電動機保護監(jiān)控裝置相結(jié)合，通過合理的時限配合，實現(xiàn)0.4kV電氣系統(tǒng)抗晃電功能。采用具有再啟動功能的微機電動機保護裝置，通過微機電動機保護監(jiān)控裝置的再啟動定制設定，將欠/失壓重啟動的“立即重啟動”投入，在電壓跌落小于0.5S的時候，由于慣性，認為電機轉(zhuǎn)數(shù)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”的時候，裝置將按照重啟延時可靠啟動電機，實現(xiàn)晃電不停裝置的目標。
4系統(tǒng)應用試驗
該系統(tǒng)在設備制造廠進行了模擬試驗，完美實現(xiàn)了單進線停電，母聯(lián)自動投切的備自投功能，同時，在1座改造的變電所進行了現(xiàn)場安及調(diào)試試驗。試驗結(jié)果證明，備自投、兩段過流保護配置合理，微機電動機保護設置符合要求，開關(guān)動作準確迅速，實現(xiàn)了設計的最初目標。備自投系統(tǒng)首次應用成功后，該系統(tǒng)已經(jīng)進行全面推廣。目前，已經(jīng)有10余套系統(tǒng)應用各新建與改造項目。
5結(jié)語
低壓備自投系統(tǒng)應用新建變電所后，獲得了巨大的社會效益和經(jīng)濟效益。石油化工裝置供電系統(tǒng)穩(wěn)定性大大提高，能夠保障裝置連續(xù)工作不停車。因電氣系統(tǒng)晃電、停電導致全所停電、裝置停車的事故概率將大大減少，能夠全力保證生產(chǎn)裝置的連續(xù)運轉(zhuǎn)和平穩(wěn)生產(chǎn)。
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