繼電保護(hù)裝置是將各種不同功能類型的繼電器，以一定的方式連接與組合起來(lái)，在系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)保護(hù)動(dòng)作，作用于斷路器脫扣線圈或給出報(bào)警信號(hào)，以達(dá)到對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)的目的。任何電力系統(tǒng)不得在無(wú)繼電保護(hù)的狀態(tài)下運(yùn)行，保護(hù)裝置能否靈敏、正確、可靠、快速地動(dòng)作，將直接影響到供配電系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

繼電保護(hù)裝置的發(fā)展經(jīng)歷了機(jī)電型、整流型、晶體管型、集成電路型和數(shù)字計(jì)算機(jī)型五個(gè)階段。近年來(lái)，隨著電力系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)等的發(fā)展，具有強(qiáng)大的計(jì)算、分析和邏輯判斷能力，能實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜保護(hù)原理，易于安裝、運(yùn)行和維護(hù)，可靠性更高的數(shù)字式綜合保護(hù)繼電器正被用戶所接受，并逐漸取代傳統(tǒng)的繼電保護(hù)裝置。

它不僅全面提高了保護(hù)裝置的性能，更重要的是為保護(hù)的原理和功能進(jìn)化提供了可能。它不只是模擬保護(hù)的簡(jiǎn)單數(shù)字化，它把微機(jī)的運(yùn)算能力、記憶能力、分析能力和通信能力有機(jī)結(jié)合為一個(gè)整體，使繼電保護(hù)裝置在原理、方法、技術(shù)上的突破成為可能。

7SJ62型綜合保護(hù)繼電器是西門子公司第四代微機(jī)保護(hù)裝置，它用途廣泛?？捎迷谂潆娋€、輸出線上作保護(hù) 、控制和監(jiān)控，可用于不同電壓等級(jí)的接地、小阻抗接地、不接地或中性點(diǎn)補(bǔ)償接地的網(wǎng)絡(luò)。可實(shí)現(xiàn)對(duì)不同電壓等級(jí)的線路、變壓器、發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)和母線的保護(hù)。本文結(jié)合實(shí)際，介紹西門子7SJ62綜合保護(hù)繼電器在公用二變10KV系統(tǒng)改造中的應(yīng)用。

西門子7SJ62綜合保護(hù)繼電器的結(jié)構(gòu)和功能

1 西門子7SJ62綜合保護(hù)繼電器的結(jié)構(gòu)

西門子7SJ62綜合保護(hù)繼電器是一種數(shù)字化、多功能保護(hù)控制綜合單元，采用功能強(qiáng)大的微處理器。所有的工作，例如測(cè)量值的采集，以及針對(duì)斷路器和其它電力裝置的命令執(zhí)行都以數(shù)字方式進(jìn)行。其硬件結(jié)構(gòu)如圖1,簡(jiǎn)介如下:

（1）模擬輸入:該部分包括CT和PT。它把來(lái)自測(cè)量傳送器的信號(hào)轉(zhuǎn)變成適合7SJ62處理的形式；

（2）微機(jī)系統(tǒng)：保護(hù)與控制功能由該部分來(lái)實(shí)現(xiàn)，是整個(gè)西門子7SJ62綜合保護(hù)繼電器的核心部分。通過(guò)它，可以實(shí)現(xiàn)測(cè)量值的濾波與預(yù)處理、測(cè)量值的連續(xù)監(jiān)視、邏輯功能信號(hào)的控制、跳閘與合閘及其它控制命令的實(shí)施、信息的記錄、通信等功能；

（3）二進(jìn)制輸入與輸出：通過(guò)二進(jìn)制輸入接收例如保護(hù)元件的閉鎖命令或斷路器的狀態(tài)。通過(guò)輸出觸點(diǎn)使命令作用于外部設(shè)備；

（4）前面板元件：前面板具有LEDs和LCD，提供指示、測(cè)量值以及該裝置故障、狀態(tài)的相關(guān)信息?？刂坪蛿?shù)字綜合鍵盤與7SJ62的LCD相連，所有的信息都可以由鍵盤取得，包括保護(hù)和控制功能的設(shè)定、運(yùn)行和故障信息以及測(cè)量值讀取，還可通過(guò)前面板對(duì)斷路器以及其它裝置進(jìn)行操作；

（5）通信接口：通過(guò)串行PC機(jī)接口既可以與當(dāng)?shù)豍C機(jī)相連接，也可以進(jìn)行遠(yuǎn)傳或與主機(jī)通信；通過(guò)SCADA接口，可將所有數(shù)據(jù)傳至主控單元和監(jiān)控系統(tǒng)；

（6）電源：可使用24V—250V直流工作電源，也可用115V或230V交流電源。

圖 1 西門子7SJ62硬件結(jié)構(gòu)圖

2 西門子7SJ62綜合保護(hù)繼電器的主要功能

（1）保護(hù)功能：包括帶或不帶方向的過(guò)流和接地保護(hù)，零序電壓、過(guò)電壓和欠電壓保護(hù)，相序監(jiān)測(cè)和電動(dòng)機(jī)保護(hù)，頻率保護(hù)，熱過(guò)負(fù)荷保護(hù)，斷路器失靈保護(hù)及自動(dòng)重合閘；

（2）控制功能：包括就地和遠(yuǎn)方控制，控制對(duì)象狀態(tài)顯示以及間隔層和變電站層的電氣操作聯(lián)鎖，CFC邏輯編程功能；

（3）信息和測(cè)量功能、故障與事件記錄功能：包括帶時(shí)標(biāo)的運(yùn)行指示和故障指示、長(zhǎng)達(dá)5S的故障記錄，200個(gè)事件記錄?？蓽y(cè)量電流基值、電流最大/最小值，電壓基值、電壓最大/最小值，頻率，功率因素、有功和無(wú)功功率等；

（4）通訊功能： 包括3個(gè)串口和一個(gè)時(shí)鐘接口。系統(tǒng)接口通過(guò)IEC60870-5-103或Profibus-FMS/DP、Modbus RTU、DNP3.0等協(xié)議連接控制系統(tǒng)；時(shí)鐘接口用于接受外部時(shí)鐘信號(hào)；服務(wù)程序接口，通過(guò)modem可用于連接遠(yuǎn)方診斷或與主機(jī)通訊；PC機(jī)接口用于現(xiàn)場(chǎng)與PC機(jī)相連，利用SIPROTEC 4的操作軟件DIGSI 4，可用PC機(jī)很方便的進(jìn)行功能設(shè)置與修改；

（5）設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)視：包括斷路器狀態(tài)監(jiān)視、跳閘回路監(jiān)視、綜合保護(hù)繼電器自檢等功能。

西門子7SJ62綜合保護(hù)繼電器的應(yīng)用

1 高壓系統(tǒng)接線及保護(hù)配置要求

變電站10KV系統(tǒng)接線：公用二變10KV系統(tǒng)采用單母線分段方式，共有10KV進(jìn)線2回、母聯(lián)1回、2臺(tái)進(jìn)線PT、 2臺(tái)母線PT 、10KV饋線6臺(tái)及饋線備用1臺(tái),如圖2。

系統(tǒng)保護(hù)配置要求：公用二變10KV系統(tǒng)采用兩路電源供電。分別由熱電生產(chǎn)中心熱二公A131和熱二公B141供電，兩路進(jìn)線互為備用，系統(tǒng)配置有“線路縱差保護(hù)”、“過(guò)電流保護(hù)”、“母線保護(hù)”、“備自投”、“不停電倒閘”等功能。

圖 2 公用二變10KV系統(tǒng)圖

2 母線保護(hù)的實(shí)現(xiàn)

母線保護(hù)原理：當(dāng)任何饋線上過(guò)電流保護(hù)動(dòng)作時(shí)，自動(dòng)閉鎖進(jìn)線上電流速斷保護(hù)。如果在任何饋線上不存在故障時(shí)，將不閉鎖進(jìn)線上的電流速斷保護(hù)，對(duì)母線故障提供可靠的保護(hù)。用此方法，有選擇的將快速過(guò)電流繼電器7SJ62或7SJ60配置于進(jìn)線和饋線上，相互配合構(gòu)成母線保護(hù)。繼電器通過(guò)接點(diǎn)輸入和輸出互聯(lián)，能夠區(qū)分出各種類型的故障和位置并有選擇地動(dòng)作，只動(dòng)作于系統(tǒng)中有故障的元件。

由于采用了饋線過(guò)電流故障實(shí)時(shí)檢測(cè)閉鎖進(jìn)線、母聯(lián)開(kāi)關(guān)電流速斷的方法，使得進(jìn)線、母聯(lián)開(kāi)關(guān)電流速斷保護(hù)僅作為母線保護(hù)，從而在實(shí)現(xiàn)母線故障快速切除的同時(shí)，又能躲過(guò)備自投動(dòng)作時(shí)變壓器勵(lì)磁涌流的影響。公用二變10KV系統(tǒng)采用饋線開(kāi)關(guān)上的西門子7SJ60綜合保護(hù)繼電器和進(jìn)線、母聯(lián)開(kāi)關(guān)上的西門子7SJ62相配合構(gòu)成母線保護(hù)，其控制流程如圖3。

正常運(yùn)行方式下10KV A段母線、B段母線電壓正常，A進(jìn)線開(kāi)關(guān)131（3GA3）、B進(jìn)線開(kāi)關(guān)141（3GB2）在運(yùn)行位置、合閘狀態(tài)，母聯(lián)開(kāi)關(guān)熱備用；此時(shí)檢測(cè)到任一饋線有過(guò)電流故障時(shí)，則其所配置的7SJ60綜合保護(hù)繼電器發(fā)出過(guò)電流閉鎖信號(hào)，閉鎖相應(yīng)進(jìn)線開(kāi)關(guān)的電流速斷保護(hù)（進(jìn)線開(kāi)關(guān)的過(guò)電流保護(hù)作為后備保護(hù)），滿足選擇性切除故障的要求。如檢測(cè)到任一母線上有短路故障，則相應(yīng)進(jìn)線開(kāi)關(guān)的電流速斷保護(hù)起動(dòng)，切除故障母線。

圖 3 母線保護(hù)控制流程圖

非正常運(yùn)行方式下，一路進(jìn)線經(jīng)母聯(lián)帶全部負(fù)荷，此時(shí)檢測(cè)到任一饋線有過(guò)電流故障，則其所配置的7SJ60綜合保護(hù)繼電器發(fā)出過(guò)電流閉鎖信號(hào)，閉鎖相應(yīng)進(jìn)線和母聯(lián)開(kāi)關(guān)的電流速斷保護(hù)（進(jìn)線開(kāi)關(guān)過(guò)電流作為后備保護(hù)），滿足選擇性切除故障的要求。如檢測(cè)到經(jīng)母聯(lián)所帶母線上有短路故障，則閉鎖相應(yīng)進(jìn)線開(kāi)關(guān)的電流速斷保護(hù)，母聯(lián)開(kāi)關(guān)的電流速斷保護(hù)起動(dòng)，切除故障母線。

3 不停電倒閘的實(shí)現(xiàn)

不停電倒閘功能是為了實(shí)現(xiàn)供電系統(tǒng)在正常運(yùn)行方式下，一路電源進(jìn)線進(jìn)行檢修時(shí)，用另一路電源進(jìn)線經(jīng)母聯(lián)帶全部負(fù)荷，而進(jìn)行的一種不停電切換操作。其組態(tài)邏輯關(guān)系如圖4、圖5。

A進(jìn)線開(kāi)關(guān)不停電倒跳閘過(guò)程：10KV A母線、B母線電壓正常，A進(jìn)線開(kāi)關(guān)131（3GA3）、B進(jìn)線開(kāi)關(guān)141（3GB2）在運(yùn)行位置、合閘狀態(tài)，母聯(lián)開(kāi)關(guān)熱備用，無(wú)閉鎖信號(hào)；此時(shí)將不停電倒閘轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)置于“合母聯(lián)分A進(jìn)線”位置，按母聯(lián)開(kāi)關(guān)合閘按鈕，則母聯(lián)開(kāi)關(guān)合閘后A進(jìn)線開(kāi)關(guān)分閘。

B進(jìn)線開(kāi)關(guān)不停電倒跳閘過(guò)程：10KV A母線、B母線電壓正常，A進(jìn)線開(kāi)關(guān)131（3GA3）、B進(jìn)線開(kāi)關(guān)141（3GB2）在運(yùn)行位置、合閘狀態(tài)，母聯(lián)開(kāi)關(guān)熱備用，無(wú)閉鎖信號(hào)；此時(shí)將不停電倒閘轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)置于“合母聯(lián)分B進(jìn)線”位置，按母聯(lián)開(kāi)關(guān)合閘按鈕，則母聯(lián)開(kāi)關(guān)合閘后A進(jìn)線開(kāi)關(guān)分閘。

圖 4 進(jìn)線不停電倒跳閘邏輯關(guān)系圖

圖 5 進(jìn)線不停電倒合閘邏輯關(guān)系圖

A進(jìn)線開(kāi)關(guān)不停電倒合閘過(guò)程：10KV A進(jìn)線、B進(jìn)電壓正常，B進(jìn)線開(kāi)關(guān)141（3GB2）、母聯(lián)開(kāi)關(guān)110（3GA1）在運(yùn)行位置、合閘狀態(tài)，A進(jìn)線開(kāi)關(guān)熱備用，無(wú)閉鎖信號(hào)；此時(shí)將不停電倒閘轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)置于“自動(dòng)”位置，按A進(jìn)線開(kāi)關(guān)合閘按鈕，則A進(jìn)線開(kāi)關(guān)合閘后母聯(lián)開(kāi)關(guān)分閘。

B進(jìn)線開(kāi)關(guān)不停電倒合閘過(guò)程：10KV A進(jìn)線、B進(jìn)電壓正常，A進(jìn)線開(kāi)關(guān)131（3GA3）、母聯(lián)開(kāi)關(guān)110（3GA1）在運(yùn)行位置、合閘狀態(tài)，B進(jìn)線開(kāi)關(guān)熱備用，無(wú)閉鎖信號(hào)；此時(shí)將不停電倒閘轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)置于“自動(dòng)”位置，按B進(jìn)線開(kāi)關(guān)合閘按鈕，則B進(jìn)線開(kāi)關(guān)合閘后母聯(lián)開(kāi)關(guān)分閘。

4 備自投功能的實(shí)現(xiàn)方法

(1)備自投裝置基本要求

①除了因手動(dòng)斷開(kāi)或電源斷路器因電流保護(hù)動(dòng)作消失外，在其它原因造成工作電源消失時(shí)，備自投裝置均起動(dòng)；

②一段電源失壓，另一段電源足夠高的電壓時(shí)，備自投裝置才起動(dòng)；

③備自投裝置自投時(shí)應(yīng)延時(shí)動(dòng)作并只動(dòng)作一次。這是為了防止備用電源投入到永久性故障上造成斷路器多次分合后，使斷路器損壞或事故擴(kuò)大；

④當(dāng)有閉鎖信號(hào)或電壓互感器的任一熔斷器熔斷時(shí)，備自投不應(yīng)起動(dòng)；

⑤不停電倒閘開(kāi)關(guān)應(yīng)在自動(dòng)位置；

⑥母聯(lián)、A進(jìn)線、B進(jìn)線斷路器在工作位置；

⑦母聯(lián)斷路器應(yīng)在電源失壓側(cè)進(jìn)線斷路器確已跳閘后才能合閘；

⑧A、B進(jìn)線斷路器在合閘狀態(tài)，母聯(lián)斷路器在分閘狀態(tài)；

⑨備自投裝置的動(dòng)作時(shí)間應(yīng)盡量縮短，以利于電動(dòng)機(jī)起動(dòng)和減少停電對(duì)生產(chǎn)的影響；

⑩當(dāng)工作電源和備用電源同時(shí)失去時(shí)，備自投裝置不應(yīng)動(dòng)作。

另外，應(yīng)校驗(yàn)備用電源的過(guò)負(fù)荷能力，如備用電源過(guò)負(fù)荷超過(guò)允許值，則備自投裝置應(yīng)能自動(dòng)減負(fù)荷。

（2）備自投過(guò)程及實(shí)現(xiàn)

備自投起動(dòng)時(shí),失壓側(cè)電源進(jìn)線開(kāi)關(guān)分閘，母聯(lián)投入，恢復(fù)故障母線供電。利用西門子7SJ62綜合保護(hù)繼電器的CFC邏輯可編程功能，將備自投條件進(jìn)行組態(tài)實(shí)現(xiàn)該功能，其邏輯電路如圖6。

備自投裝置有二個(gè)功能：①備自投條件的實(shí)時(shí)檢測(cè)：包括進(jìn)線電壓、母線電壓監(jiān)測(cè)，開(kāi)關(guān)位置監(jiān)測(cè)，閉鎖條件監(jiān)測(cè)（實(shí)時(shí)檢測(cè)監(jiān)控內(nèi)容詳見(jiàn)表1）；②備自投起動(dòng)：跳進(jìn)線開(kāi)關(guān)和合母聯(lián)開(kāi)關(guān)，實(shí)現(xiàn)備自投。

備自投過(guò)程：10KV A進(jìn)線、B進(jìn)線電壓正常，A進(jìn)線開(kāi)關(guān)131（3GA3）、B進(jìn)線開(kāi)關(guān)141（3GB2）在運(yùn)行位置、合閘狀態(tài)，母聯(lián)開(kāi)關(guān)熱備用；此時(shí)若檢測(cè)到任一進(jìn)線欠電壓、該側(cè)母線同時(shí)也欠電壓，且不是因?yàn)檫^(guò)流故障引起的欠電壓，且低于額定電壓的25%、時(shí)間達(dá)0.8S后，自投裝置起動(dòng)，跳開(kāi)欠壓側(cè)進(jìn)線開(kāi)關(guān)，母聯(lián)開(kāi)關(guān)自動(dòng)投入。

表1 備自投裝置邏輯狀態(tài)監(jiān)測(cè)（L為低電平，H為高電平）

圖6 備自投邏輯電路圖

使用中的注意事項(xiàng)

(1) 嚴(yán)禁帶紫外線設(shè)備進(jìn)入控制室內(nèi)，防止紫外線擦除微機(jī)保護(hù)芯片程序，或者造成保護(hù)程序出錯(cuò)；

（2）合理設(shè)置保護(hù)裝置的啟動(dòng)電壓。應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)控制電壓的不同，在17V、73V中合理選擇，防止啟動(dòng)電壓設(shè)置偏低時(shí)，由于外界快速瞬變脈沖干擾而造成保護(hù)誤動(dòng)；

(3) 為免除人為干擾造成保護(hù)誤動(dòng)或拒動(dòng)，嚴(yán)禁在高壓室內(nèi)使用高能輻射設(shè)備(如手機(jī)、對(duì)講機(jī)等大功率通信設(shè)備)；

(4) 當(dāng)微機(jī)保護(hù)裝置程序版本需升級(jí)時(shí)，必須是線路兩側(cè)保護(hù)(主要是高頻保護(hù))都升級(jí) 后保護(hù)才能投入運(yùn)行；

(5) 當(dāng)繼電保護(hù)人員對(duì)微機(jī)保護(hù)輸入定值、裝置內(nèi)部作業(yè)，或者在裝置使用的交流電流、交流電壓、開(kāi)關(guān)量輸入、輸出回路作業(yè)時(shí)， 必須申請(qǐng)停用整套微機(jī)保護(hù)裝置；

(6) 裝置發(fā)出的信號(hào)不能長(zhǎng)時(shí)間保持， 防止中央信號(hào)光字牌回路(強(qiáng)電)串到保護(hù)弱電回路而燒壞元器件。在得到可靠確認(rèn)后可進(jìn)行復(fù)位。

結(jié)語(yǔ)

綜上所述，7SJ62綜合保護(hù)繼電器的應(yīng)用極大地簡(jiǎn)化了繼電保護(hù)的配置，使接線簡(jiǎn)單、方便。同時(shí)，保護(hù)使保護(hù)動(dòng)作的正確性、靈敏性、可靠性、選擇性也大大提高，實(shí)現(xiàn)了電力系統(tǒng)的實(shí)時(shí)檢測(cè)與控制、事故自動(dòng)報(bào)警及事故追憶記錄、故障錄波等功能，使電力系統(tǒng)的管理水平取得了極大的提高。

如果與變電站監(jiān)控系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合起來(lái)，應(yīng)用計(jì)算機(jī)數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)和通信技術(shù)，把保證變電站安全可靠運(yùn)行而相互有關(guān)聯(lián)的各部分聯(lián)結(jié)為一個(gè)有機(jī)的整體，完成變電站繼電保護(hù)、正常測(cè)量和監(jiān)視、事故過(guò)程記錄與分析、開(kāi)關(guān)操作、生產(chǎn)工藝過(guò)程控制、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、處理、信息共享等全部功能，不僅能提高裝置的技術(shù)水平，同時(shí)也將大大提升管理水平，為企業(yè)的減員增效提供保障。

（編自《電氣技術(shù)》，原文標(biāo)題為“西門子7SJ62綜合保護(hù)繼電器的應(yīng)用”，作者為戚正良。）