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利用继电器实现备自投及低电压保护改造

某化工企业厂内一6kV配变电所为年产7万的聚丙烯装置供电，配电装置随生产装置由承包商进行设计配置。该配变电所6kV两段母线采用单母线分段的接线方式，在母联开关设有备自投装置。两段母线所带设备均为电容器组、电动机和变压器，电容器组分组手动投切。主接线简图如图1所示。

1．原设计存在的问题

如果装在车上的弹簧没有经过严格的测试(1) 在母联断路器QF3上安装备自投装置。

该备自投装置的失压检测元件安装在进线TVI、TV2上，并且没有考虑二次电压回路断线对备自投的影响。因此有两个问题：一是只有当进线失压时，才可能起动备自投；若进线断路器QFl或QF2误跳，进线仍有电压，但母线已失压时，备自投却不能起动，达不到备自投装置应有的作用；应将电压检测元件安装在母线TV3或TV4上。二是当二次电压回路有熔断器熔断时，可能触发备自投起动，使一次供电系统电压波动，从而造成生产波动甚至停车，这在化工生产中也是不允许的。

(2) 6kV电动机均装设低电压保护。

在6kVⅡ段母线上除一台电动机无自起动功能外，其余都具有失压管家自起动功能，即在电压瞬时降低又恢复后延时自起动，允许母线失电时间不超过3s。具有自起动功能的6kV电动机的电压检测元件装设在Ⅱ段母线TV4上。不具有自起动功能(每段母线各有1台)的电动机，其失压保护的电压检测元件安装在I段、Ⅱ段进线TVl、TV2的二次回路上。当有一段进线检修，由另一段进线带两段母线运行时，必有一台电动机因低电压保护动作而不能工作，而这两台电动机都没有相应的备用电动机，只要有一台专业热泵不能开，就不能保证聚丙烯装置的全流程运行。这将严重影响高负荷连续性化工生产的正常进行，是不允许的。虽然后来采用进线断路器QFI、QF2作为低电压保护动作的判据进行了庄河改造，满足了生产需要，但电动机的低智能开关电压保护回路显得较为复杂，不利于运行维护及试验。

(3)电容器组没有装设低电压保护。

当运行中的电容器组 然后振动测试的目的并关闭电源突然失压时，有可能产生以下两个不良后果：一是由于QF3已装设备自投装置，当一段线路失压而导致备自投装置动作时，母线电压很快就能恢复，而这时电容器组上的残余电压未降低到0．1倍额定电压以下时，就有可能使电容器组因承受高于1．1倍的额定电压而损坏；二是当变电所全部失电后，电压恢复时，若来不及手动切除电容器组，有可能造成上级变压器带电容器组合闸而产生谐振过电压损坏电容器组。此外，在变电所电压恢复初期，所带负荷很小，母线电压较高，也可能造成电容器组的过电压损坏。

(4)电压检测元件的设置电压范围太小，动作电压值最低只能设置到70V。它也存在两个问题：一是当全厂电源有一路失电时，该6kV母联备自投可能比上级备自投先动作，增加了恢复正常送电的操作，无法与上级备自投的动作电压进匹配；二是当电压低于70V即起动备自投，动作过于灵敏，不利于供电系统的稳定运行。

2．改造思路

针对原系统中备自投和低电压保护存在的问题，对其进行改造的主要目的是：

(1) 将备自投的电压检测元件改接至母线TV3、TV4上。检测母线电压而不再检测进线电压，同时增加断线闭锁功能，即保证二次电压回路断线时备自投装置不动作。

(2) 简化电动机低电压保护回路。低电压保护回路的电压从母线TV3、TV4上取，去除与进线断路器QFl、QF2有关的判据，既利于运行维护和试验，又防止因断路器辅助触点动作不正常而造成电动机低电压保护拒动；另外对电动机低电压保护也实现断线闭锁，防止由于TV3、TV4二次回路断线引起电动机低电压保护误动。

(3) 电容器组增加具有断线闭锁的低电压保护。

(4) 为满足上、下级配合的要求，加大电压检测动作的范围，更换电压检测元件，但由于柜内空间有限，要达到上述目的，采用传统的继电器无法实现，因此考虑采用综合保护电压继电器来实现。

3．设备选型

通过分析对比，决定采用MRU3—2型综合电压继电器来实现。它有如下几个优点：

(1) 体积小，安装方式灵活，可在面板安装，也可在柜内安装，特别适用于在安装空间狭小的场合。

(2) 具有4个可编程的低电压、过电压或负序继电器，每个继电器还具有两对输出触点，并且可以设定一个三相电压同时降低才动作的继电器，从而实现断线闭锁功能。

(3) 具有故障记录功能。

(4) 动作电压设定范围宽，低电压动作设定范围为0—90V，过电压动作设定范围为V，完全满足各种情况下的电压设定要求。

4．改造方案及步骤

(1) 拆除原备自投回路中检测电源失压的相关继电器的触点。

(2) 拆除无自起动要求电动机的低电压保护。

(3) MRU3—2型综合电压继电器的三相电压输入回路取自母线TV3、TV4的二次回路，为满足电动目前机及电容器组低电压保护的要求，将其输出继电器1设定为三相电压同时低于60V动作，取继电器1的第一对输出触点启动一个中间继电器，通过该中间继电器的触点去启动相应段上电动机和电容器的跳闸回路，实现电动机和电容器的低电压保护。

(4) 对于备自投失压起动的电压检测，设定继电器2为电压低于25V时动作，为实现断线闭锁功能，继电器2的第一对输出触点串接继电器l的第二对输出触点后，启动一个中间继电器，通过该继电器的输出触点替换原备自投回路中检测进线失压的相关触点，达到将备自投回路电源失压检测元件移至母线TV3、TV4上并实现断线闭锁功能的目的。

(5) 电动机低电压保护回路改造前后接线图见图2。由图2(b)可见，改造后保护接线大大简化，并增加了保护压板，方便电压互感器检修和试验。

5．效果

改造后对系统进行联动试验，备自投回路动作逻辑正确，只有在一段母线真正失压且无过电流时，另一段母线电压正常，备自投回路才动作；电动机、电容器低电压保护在备自投起动时已动作，备自投动作后具有自起动功能的电动机可以自起动。通过这次改造，彻底消除了原设计存在的隐患与不足，使保护系统更好地与供电回路配合，实现对生产装置安全可靠供电。(end)