低壓備自投系統設計與應用研究

蘭永良

（大慶石化公司水氣廠，黑龍江 大慶 163714）

按照重要裝置電氣系統穩定性和抗晃電功能的要求，0.4kV變電所母聯應有備自投功能，并實現晃電時電動機不停機或能夠自啟動，裝置連續運轉不停車。電氣系統通過增加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機保護監控裝置，通過繼電保護方案的配合，完美實現低壓電氣系統的備自投及抗晃電功能。由于以前的0.4kV低壓變配電所進線、母聯控制系統沒有備自投功能，為此我們結合生產實際，設計了一套適用于石油化工電氣系統特點的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，母聯斷路器在分位。當電源1#進線因為故障導致失電后，母聯斷路器自動投入(圖1)。

圖1 備自投系統單線圖

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，經一定延時去合母聯斷路器。

（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，母聯斷路器在分位。當電源2#進線因為故障導致失電后，母聯斷路器自動投入(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，經一定延時去合母聯斷路器。

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驗，結合0.4kV低壓電氣系統的特點，從電壓、電流的采集，聯鎖接點的選取，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或小電阻接地系統中的線路保護及測量控制。

PCS-9651L備用電源自投裝置可實現中低壓電壓等級、不同主接線形式（內橋、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系統通過電壓互感器測量母線電壓，而0.4kV系統沒有電壓互感器，將380V電壓數據直接接入開關和電壓表，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，之間沒有聯鎖，不能實現自投切換。要想實現備自投系統單進線失電母聯自動投切，電壓、電流數據采集和聯鎖功能必不可少。我們結合0.4kV系統單母線分段運行系統的特點，進線采用3組電壓互感器，將電壓變為南瑞保護裝置需要的電壓值，采用4組電流互感器，將電流和電壓分別引入進線和母聯保護裝置，參與自動投切條件判定（圖2）。母聯通過6組電壓互感器，分別采集兩段母線電壓。

圖2 進線電壓、電流采集二次原理圖

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，經繼電保護整定，選擇控制字投用狀態。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是否跳開。

2.3 聯鎖接點選取

根據母聯備自投裝置原理，結合南瑞保護裝置充電條件和放電條件設計聯鎖回路。

1#進線、2#進線斷路器處于合位，且為合后位；母聯斷路器處于跳位。母聯斷路器位置引自自身開關的輔助接點，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#進線斷路器和母聯斷路器的跳閘位置接點，用于系統運行方式識別、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、母聯斷路器的狀態進行邏輯判斷，實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抗晃電性能，本文將0.4kV低壓電氣備自投系統和微機電動機保護監控裝置相結合，通過合理的時限配合，實現0.4kV電氣系統抗晃電功能。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”的時候，裝置將按照重啟延時可靠啟動電機，實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進行了模擬試驗，完美實現了單進線停電，母聯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場安及調試試驗。試驗結果證明，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，開關動作準確迅速，實現了設計的最初目標。備自投系統首次應用成功后，該系統已經進行全面推廣。目前，已經有10余套系統應用各新建與改造項目。

5 結語

低壓備自投系統應用新建變電所后，獲得了巨大的社會效益和經濟效益。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。因電氣系統晃電、停電導致全所停電、裝置停車的事故概率將大大減少，能夠全力保證生產裝置的連續運轉和平穩生產。