胡　平

(中国石化仪征化纤有限责任公司PTA生产中心，江苏仪征　211900)



基于7SJ68微机综合保护测控装置的低压继电保护改造

胡平

(中国石化仪征化纤有限责任公司PTA生产中心，江苏仪征211900)

摘要：本文针对PTA装置原低压进线继电保护装置存在的问题，提出了继电保护改造的方案，并基于西门子7SJ68微机综合保护测控装置对控制逻辑及控制回路进行重新设计。经改造验证，综合保护测控装置工作可靠，实现了不停电倒闸及备自投功能，解决了原继电保护装置存在的问题。

关键词：继电保护不停电倒闸备自投

1继电保护存在的问题及改造方案

1.1存在问题

PTA装置低压进线继电保护由继电器元件实现，该保护系统于1995年设计、投用，保护装置及控制柜盘面布局如图1 所示。

图1　原继电保护装置及控制柜盘面布局

该继电保护装置存在下述问题：

(1)元器件老化严重、无替代备件更换。原继电保护所用元件均为进口产品，无备件更换，继电器内部线圈及机构老化严重。

(2)盘面报警使用掉牌继电器，因掉牌继电器线圈及内部机构老化，误动频繁且无法复位。

(3)电流及电压显示使用指针表，需手动切换查看显示数据，数字化、自动化程度低。

(4)继电保护装置使用静态继电器，功耗高、电路设计复杂，可靠性、灵敏性、快速性低。

(5)整定通过调节保护装置面板拨码开关进行设置，整定不精确。继电保护校验时，因无报警输出及动作记录，动作显示不直观。

(6)接线复杂(继电保护部分控制原理如图2 所示),故障时需检测、排查的点较多，不利于故障处理，可靠性降低。原继电保护功能均通过各继电器的触点搭建的控制线路实现，接线复杂且进线柜内部交叉接线较多，不利于进行故障定位，影响故障处理进度。随着继电保护元件使用年限的增加，各元器件的故障风险加大，继电保护的可靠性降低。

图2　继电保护控制原理图

1.2改造方案

基于原继电保护装置使用状况及存在的问题，制定如下改造方案，以提高继电保护的可靠性:

(1)选用西门子7SJ68系列微机综合保护装置替换PTA装置PMCC1 A段、B段进线及PMCC2 A段、B段进线的过流、欠压继电器保护装置。

(2)取消母联同步检测继电器及残压保护继电器，进线保护功能全部由7SJ68提供。

(3)通过组态7SJ68逻辑、重新设计控制回路，以简化接线，实现PTA装置PMCC1、PMCC2低压进线的不停电倒闸及备自投，从而提高继电保护的可靠性，避免误动作。

2系统设计

2.1西门子7SJ68微机综合保护测控装置简介及选型

7SJ68综合保护装置应用于母线/馈线的保护、控制和监测。该综合保护测控装置可用作中性点直接接地、低阻抗接地、不接地以及有中性点补偿设备接地电网的线路保护。

无方向性过流保护是该装置的一个最基本的功能。它包含三个定时限过流元件和一个可用于相电流或零序电流的反时限过流元件。对于反时限过电流保护，可以选择使用不同标准的特征曲线或自定义特征曲线。

7SJ68硬件结构如图3所示，该装置主要由测量输入(MI)模块、增益放大器 (IA)、A/D 转换器、微处理器系统(μC)、输出放大器(OA)、开入开出模块、系统操作服务接口组成。

图3　7SJ68硬件结构

测量输入(MI)模块对CT和PT采集来的数据进行变换，使之达到处理器所能处理的电压水平。测量输入模块MI将采集到的模拟量送到增益放大器 (IA),IA用于处理测量值,并对带宽和处理速度进行优化。模数部分由多路复用器、A/D 转换器和一个与处理器进行数据传输的存储元件组成。

微处理器系统(μC)通过开入开出模块从电力系统或外部设备获得信息，在完成测量值处理的同时，还实现下列保护和控制功能：

(1)测量量的滤波和预处理。

(2)测量值的连续监测。

(3)监控各个保护功能元件的启动条件。

(4)比较限值和时序。

(5)逻辑功能信号的控制。

(6)控制开关设备命令的输出。

(7)消息、故障数据和故障值的记录。

(8)操作系统管理及相关功能，如数据记录，实时时钟，通讯，接口等。

(9)通过输出放大器(OA)实现信息传送。

装置可配置集成式或分离式前面板，通过LED和LCD显示装置的功能状况、事件、状态和测量值等相关信息。在前面板上装有一个服务串行接口，通过电缆可以和电脑上的DIGSI应用软件进行通讯。

通过DIGSI软件及7SJ68微机综合保护测控装置，可实现下述功能：

(1)参数配置与整定。通过微机综合保护测控装置控制面板操作键盘或DIGSI软件可实现参数的配置和整定。

(2)开关控制操作。通过集成的控制面板、系统接口、开入量，或使用DIGSI软件的串行口，能够对开关进行控制操作。

(3)电力系统和装置的状态信息显示。测量值和计算值可以直接显示在本地装置屏幕上，并可通过串行接口进行通讯在远方显示。

(4)装置信息显示、处理及远传。装置信息可以通过安装在装置面板上的LED显示出来，可以通过输出接点进行外部处理，通过用户自定义逻辑 (CFC) 进行关联或通过串行接口进行传送。

(5)故障记录。如果发生故障，重要的事件和状态变化会被记录在故障记录里，可实时查询。装置同时记录瞬时故障值，便于事后分析。

(6)状态实时检查。7SJ68提供了方便的调试环境，例如接线检查、开入开出量状态检查及系统接口信息的快速检查。

(7)闭锁功能。能够和任何元件进行交互闭锁。

考虑继电保护改造实现的功能需求、继电保护装置控制电压、需检测的断路器位置、输入输出开关量配置，结合微机综合保护测控装置的配置，确定继电保护改造微机综合保护测控装置的选型为：7SJ6825-6EW20-3FE0。

2.2功能描述及设计要求

2.2.1备自投

(1)发生I段进线侧低电压时，微机综合保护测控装置发出指令分断I段进线断路器，在I段进线断路器分闸后，如果I段进线无事故信号送出、II段进线断路器合闸且母线电压正常，则发出合母联指令，闭合母联断路器，使I段母线恢复供电。

(2)发生II段进线侧低电压时，微机综合保护装置发出指令分断II段进线断路器，在II段进线断路器分闸后，如果II段进线无事故信号送出、I段进线断路器合闸且母线电压正常，发出合母联指令，闭合母联断路器，使II段母线恢复供电。

2.2.2不停电倒闸

(1)若I段电网失压且母联已投入，当I段电网电压正常后，可将转换开关旋转到“跳母联”位置，这时保护装置发出允许合进线断路器指令，可以手动合上I段进线断路器，实现不停电倒合闸。在I段进线断路器合闸后，发出指令分断母联断路器。

(2)若II段电网失压且母联已投入，当II段电网电压正常后，可将转换开关旋转到“跳母联”位置，这时保护装置发出允许合进线断路器指令，可以手动合上II段进线断路器，实现不停电倒合闸。在II段进线断路器合闸后，发出指令分断母联断路器。

(3)当I段、II段母线电压均正常，若要用II段电源向I段负载供电，这时将转换开关旋转到“跳I段进线”位置，综合保护装置将发出允许合母联断路器的指令，按下母联柜上合闸按钮使母联柜合闸，此时I、II段电网并列运行。在母联柜合闸后，发出分I段进线断路器指令，I段进线断路器分闸。I段母线上的电压由II段母线来提供。当用I段母线来向II母线供电时动作原理与此相同。

(4)由于两路进线来自同一供电网络，压差小，合环后产生环流小，可通过进线及母联柜门板上的分合闸转换开关任意操作，实现强合母联开关，人工分任意一个进线开关，或强合进线开关人工分母联开关。

2.2.3设计要求

在实现备自投、不停电倒闸功能的同时，为便于线路检查、避免继电保护误动作及误投入故障线路造成停电范围扩大，设计需满足下述要求：

(1)母联断路器不设置微机综合保护器，不停电倒闸及备自投逻辑由进线侧2台微机综合保护器实现。

(2)不停电倒闸位置检测均需指示输出。

(3)设置手动分闸回路，可在倒闸出现异常时手动进行分闸操作。

(4)应保证自动投入装置只动作一次，以免发生永久性故障时，备用电源被多次投入到故障元件上去，对系统造成不必要的冲击，或导致整体失电。

(5)工作电源故障或断路器被错误断开时，备自投应延时动作。

(6)手动断开工作电源、电压互感器回路断线和备用电源无电压的情况下，不应启动备自投。

(7)工作电源故障时，手动分合进线断路器时，备自投不应动作。

(8)跳闸回路设置保护压板，以便于继电保护测试、控制回路检查。

(9)设置PT二次空开断线保护闭锁，避免PT二次空开故障导致继电保护误动。

2.3逻辑设计

根据功能描述将系统设计分为工作位置检测、备自投启动及动作、不停电倒闸、进线合闸允许、保护跳闸及事故信号5个逻辑模块。将两段母线定义为本段、对段，依据逻辑模块所实现的功能及7SJ68配置，对微机综合保护测控装置开入开出量进行分配，如表1所示。

表1开入开出量分配表

序号开入开出量用途1BI1本段进线合位2BI2本段断路器工作位3BI3对段进线合位4BI4对段断路器工作位5BI5母联断路器合位6BI6母联断路器工作位7BI7PT空开分闸8BI8备投自动位9BI9不停电倒闸跳母联10BI10不停电倒闸跳进线11BI11对侧有压12BO1保护跳进线13BO2进线合闸允许14BO3合母联15BO4分母联16BO5故障信号17BO6本段电压正常

2.3.1工作位置检测

将断路器限位开关、辅助开关触点信号送至综合保护测控装置进行位置及状态检测。如图4所示，工作位置检测模块主要检测本段断路器工作位、对段断路器工作位、合闸位、母联断路器工作位。将工作位置检测结果定义为ZH(转换1)，用作备自投及不停电倒闸动作条件。

图4　工作位置检测

2.3.2备自投启动及动作

备自投启动逻辑如图5所示,其动作条件为：

(1)转换1(本段断路器、母联断路器、对段断路器均进入工作位，且对段断路器合闸)。

(2)本段进线PT空开完好。

(3)本段进线断路器合闸位。

(4)备投自动位。

(5)对侧有压。

(6)本侧线路低电压。

母联断路器合闸后，闭锁备自投，以保证备自投只动作一次。

图5　备自投启动逻辑

备自投动作逻辑如图6所示，本段进线过流闭锁备自投。在备自投启动后，若本段无过流，则延迟后发出跳本段进线信号。本段进线跳闸后，发出合母联信号。延迟时间可根据继电保护整定值进行调节。

图6　备自投动作逻辑

2.3.3不停电倒闸

不停电倒闸逻辑由合母联跳进线逻辑、合进线跳母联逻辑组成。合母联跳进线逻辑如图7所示，不停电倒闸合母联跳进线需同时满足下述条件：

(1)转换1(本段断路器、母联断路器、对段断路器均进入工作位，且对段断路器合闸)。

(2)旋转开关选择“不停电倒闸跳本段进线”。

(3)母联断路器合闸。

不停电倒闸合进线跳母联则需同时满足下述条件：

(1)转换1(本段断路器、母联断路器、对段断路器均进入工作位，且对段断路器合闸)。

(2)旋转开关选择“不停电倒闸跳母联”。

(3)备投位于手动位，即备自投未投入。

(4)本段进线断路器合闸。

为避免母联跳闸线圈持续通电导致线圈故障，在逻辑设计中将备投投入信号取反，则备投处于自动位时不发出跳母联指令。

图7　不停电倒闸逻辑

2.3.4合闸允许

合闸允许逻辑如图8所示，下述条件满足时触发合闸允许：

(1)线路无过流或备自投未启动“跳本段进线”。

(2)母联断路器分闸位或不停电倒闸未选择“跳本段进线”。

(3)本段进线断路器工作位。

图8　合闸允许逻辑

2.3.5保护跳闸及事故信号

保护跳闸及事故信号逻辑如图9所示，当过流保护动作时，触发保护跳闸，同时发出事故信号。备自投启动跳进线时同样发出事故信号。

图9　保护跳闸及事故信号

2.3.6输入输出配置及CFC组态

使用DIGSI软件创建新的工程项目，对相应的开入开出量进行配置，并根据逻辑设计及功能要求搭建CFC图，从而将逻辑设计架构转化为微机综合保护测控装置可执行程序。

2.4控制原理图设计

根据微机综合保护测控装置间的信号联络、断路器位置检测开关设置及储能、合闸、分闸实现方式，设计控制原理图。进线控制原理图如图10所示，母联控制原理图如图11所示。

图10　进线控制原理图

图11　母联原理图

3改造实施及调试

利用装置检修机会，进线及母联全部停电后，对原继电保护装置进行拆除。重新敷设控制电缆，依据控制原理图及微机综合保护测控装置接线图进行接线。同时对原配电柜面板进行改造，对元器件重新进行布局设计。

完成接线检查、控制回路测试后，将DIGSI软件创建工程载入7SJ68微机综合保护测控装置中，并按照表2继电保护整定值进行定值设定，依据定值对综合保护测控装置及设计的继电保护逻辑进行测试。经测试，7SJ68综合保护测控装置可靠动作，不停电倒闸及备自投试验均成功，保证了进线保护的可靠性。

表2继电保护整定值表

继电保护类别变比 定值备注速断4000/5 12.5A0.3SI2/In=2.5过电流4000/5 4.5A0.85SI1/In=0.9备自投380/100 50%2.5S

4结语

通过应用7SJ68微机综合保护测控装置对PTA装置低压进线继电保护进行改造，解决了原继电保护系统存在的问题，在实现原保护功能的同时，实现了系统运行数据的数字化，并可对开关位置状态信息、操作记录、报警信息等进行在线查询，便于操作参考及故障判断。

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

中图分类号：TH86

文献标识码：B

文章编号：1006-334X(2016)01-0056-06

作者简介：胡平(1981-)，吉林乾安人，高级工程师，主要从事电气技术管理工作。

收稿日期：2016-01-18