西门子7SJ62综合保护继电器的应用方法及注意事项

本文在简单介绍了继电保护的发展过程、功能的基础上，详细阐述了西门子7SJ62综合保护继电器的结构特点、主要功能；在对母线保护原理、不停电倒闸及备自投逻辑进行详细分析的基础上，结合在公用二变改造工程中的实际应用。

重点分析了如何采用西门子7SJ62数字式综合保护继电器替代传统继电器，实现10KV高压系统的母线保护、不停电倒闸、备自投等功能的方法；最后结合使用中遇到的问题对设备使用中的注意事项进行了明确，对设备的优点进行了小结。

继电保护装置是将各种不同功能类型的继电器，以一定的方式连接与组合起来，在系统发生故障时保护动作，作用于断路器脱扣线圈或给出报警信号，以达到对系统进行保护的目的。任何电力系统不得在无继电保护的状态下运行，保护装置能否灵敏、正确、可靠、快速地动作，将直接影响到供配电系统的安全稳定运行。

继电保护装置的发展经历了机电型、整流型、晶体管型、集成电路型和数字计算机型五个阶段。近年来，随着电力系统、计算机技术、通信技术等的发展，具有强大的计算、分析和逻辑判断能力，能实现各种复杂保护原理，易于安装、运行和维护，可靠性更高的数字式综合保护继电器正被用户所接受，并逐渐取代传统的继电保护装置。

它不仅全面提高了保护装置的性能，更重要的是为保护的原理和功能进化提供了可能。它不只是模拟保护的简单数字化，它把微机的运算能力、记忆能力、分析能力和通信能力有机结合为一个整体，使继电保护装置在原理、方法、技术上的突破成为可能。

7SJ62型综合保护继电器是西门子公司第四代微机保护装置，它用途广泛。可用在配电线、输出线上作保护 、控制和监控，可用于不同电压等级的接地、小阻抗接地、不接地或中性点补偿接地的网络。可实现对不同电压等级的线路、变压器、发电机、电动机和母线的保护。本文结合实际，介绍西门子7SJ62综合保护继电器在公用二变10KV系统改造中的应用。

西门子7SJ62综合保护继电器的结构和功能

1 西门子7SJ62综合保护继电器的结构

西门子7SJ62综合保护继电器是一种数字化、多功能保护控制综合单元，采用功能强大的微处理器。所有的工作，例如测量值的采集，以及针对断路器和其它电力装置的命令执行都以数字方式进行。其硬件结构如图1,简介如下:

（1）模拟输入:该部分包括CT和PT。它把来自测量传送器的信号转变成适合7SJ62处理的形式；

（2）微机系统：保护与控制功能由该部分来实现，是整个西门子7SJ62综合保护继电器的核心部分。通过它，可以实现测量值的滤波与预处理、测量值的连续监视、逻辑功能信号的控制、跳闸与合闸及其它控制命令的实施、信息的记录、通信等功能；

（3）二进制输入与输出：通过二进制输入接收例如保护元件的闭锁命令或断路器的状态。通过输出触点使命令作用于外部设备；

（4）前面板元件：前面板具有LEDs和LCD，提供指示、测量值以及该装置故障、状态的相关信息。控制和数字综合键盘与7SJ62的LCD相连，所有的信息都可以由键盘取得，包括保护和控制功能的设定、运行和故障信息以及测量值读取，还可通过前面板对断路器以及其它装置进行操作；

（5）通信接口：通过串行PC机接口既可以与当地PC机相连接，也可以进行远传或与主机通信；通过SCADA接口，可将所有数据传至主控单元和监控系统；

（6）电源：可使用24V—250V直流工作电源，也可用115V或230V交流电源。

图 1 西门子7SJ62硬件结构图

2 西门子7SJ62综合保护继电器的主要功能

（1）保护功能：包括带或不带方向的过流和接地保护，零序电压、过电压和欠电压保护，相序监测和电动机保护，频率保护，热过负荷保护，断路器失灵保护及自动重合闸；

（2）控制功能：包括就地和远方控制，控制对象状态显示以及间隔层和变电站层的电气操作联锁，CFC逻辑编程功能；

（3）信息和测量功能、故障与事件记录功能：包括带时标的运行指示和故障指示、长达5S的故障记录，200个事件记录。可测量电流基值、电流最大/最小值，电压基值、电压最大/最小值，频率，功率因素、有功和无功功率等；

（4）通讯功能： 包括3个串口和一个时钟接口。系统接口通过IEC60870-5-103或Profibus-FMS/DP、Modbus RTU、DNP3.0等协议连接控制系统；时钟接口用于接受外部时钟信号；服务程序接口，通过modem可用于连接远方诊断或与主机通讯；PC机接口用于现场与PC机相连，利用SIPROTEC 4的操作软件DIGSI 4，可用PC机很方便的进行功能设置与修改；

（5）设备的状态监视：包括断路器状态监视、跳闸回路监视、综合保护继电器自检等功能。

西门子7SJ62综合保护继电器的应用

1 高压系统接线及保护配置要求

变电站10KV系统接线：公用二变10KV系统采用单母线分段方式，共有10KV进线2回、母联1回、2台进线PT、 2台母线PT 、10KV馈线6台及馈线备用1台,如图2。

系统保护配置要求：公用二变10KV系统采用两路电源供电。分别由热电生产中心热二公A131和热二公B141供电，两路进线互为备用，系统配置有“线路纵差保护”、“过电流保护”、“母线保护”、“备自投”、“不停电倒闸”等功能。

图 2 公用二变10KV系统图

2 母线保护的实现

母线保护原理：当任何馈线上过电流保护动作时，自动闭锁进线上电流速断保护。如果在任何馈线上不存在故障时，将不闭锁进线上的电流速断保护，对母线故障提供可靠的保护。用此方法，有选择的将快速过电流继电器7SJ62或7SJ60配置于进线和馈线上，相互配合构成母线保护。继电器通过接点输入和输出互联，能够区分出各种类型的故障和位置并有选择地动作，只动作于系统中有故障的元件。

由于采用了馈线过电流故障实时检测闭锁进线、母联开关电流速断的方法，使得进线、母联开关电流速断保护仅作为母线保护，从而在实现母线故障快速切除的同时，又能躲过备自投动作时变压器励磁涌流的影响。公用二变10KV系统采用馈线开关上的西门子7SJ60综合保护继电器和进线、母联开关上的西门子7SJ62相配合构成母线保护，其控制流程如图3。

正常运行方式下10KV A段母线、B段母线电压正常，A进线开关131（3GA3）、B进线开关141（3GB2）在运行位置、合闸状态，母联开关热备用；此时检测到任一馈线有过电流故障时，则其所配置的7SJ60综合保护继电器发出过电流闭锁信号，闭锁相应进线开关的电流速断保护（进线开关的过电流保护作为后备保护），满足选择性切除故障的要求。如检测到任一母线上有短路故障，则相应进线开关的电流速断保护起动，切除故障母线。

图 3 母线保护控制流程图

非正常运行方式下，一路进线经母联带全部负荷，此时检测到任一馈线有过电流故障，则其所配置的7SJ60综合保护继电器发出过电流闭锁信号，闭锁相应进线和母联开关的电流速断保护（进线开关过电流作为后备保护），满足选择性切除故障的要求。如检测到经母联所带母线上有短路故障，则闭锁相应进线开关的电流速断保护，母联开关的电流速断保护起动，切除故障母线。

3 不停电倒闸的实现

不停电倒闸功能是为了实现供电系统在正常运行方式下，一路电源进线进行检修时，用另一路电源进线经母联带全部负荷，而进行的一种不停电切换操作。其组态逻辑关系如图4、图5。

A进线开关不停电倒跳闸过程：10KV A母线、B母线电压正常，A进线开关131（3GA3）、B进线开关141（3GB2）在运行位置、合闸状态，母联开关热备用，无闭锁信号；此时将不停电倒闸转换开关置于“合母联分A进线”位置，按母联开关合闸按钮，则母联开关合闸后A进线开关分闸。

B进线开关不停电倒跳闸过程：10KV A母线、B母线电压正常，A进线开关131（3GA3）、B进线开关141（3GB2）在运行位置、合闸状态，母联开关热备用，无闭锁信号；此时将不停电倒闸转换开关置于“合母联分B进线”位置，按母联开关合闸按钮，则母联开关合闸后A进线开关分闸。

图 4 进线不停电倒跳闸逻辑关系图图 5 进线不停电倒合闸逻辑关系图

A进线开关不停电倒合闸过程：10KV A进线、B进电压正常，B进线开关141（3GB2）、母联开关110（3GA1）在运行位置、合闸状态，A进线开关热备用，无闭锁信号；此时将不停电倒闸转换开关置于“自动”位置，按A进线开关合闸按钮，则A进线开关合闸后母联开关分闸。

B进线开关不停电倒合闸过程：10KV A进线、B进电压正常，A进线开关131（3GA3）、母联开关110（3GA1）在运行位置、合闸状态，B进线开关热备用，无闭锁信号；此时将不停电倒闸转换开关置于“自动”位置，按B进线开关合闸按钮，则B进线开关合闸后母联开关分闸。

4 备自投功能的实现方法

(1)备自投装置基本要求

①除了因手动断开或电源断路器因电流保护动作消失外，在其它原因造成工作电源消失时，备自投装置均起动；

②一段电源失压，另一段电源足够高的电压时，备自投装置才起动；

③备自投装置自投时应延时动作并只动作一次。这是为了防止备用电源投入到永久性故障上造成断路器多次分合后，使断路器损坏或事故扩大；

④当有闭锁信号或电压互感器的任一熔断器熔断时，备自投不应起动；

⑤不停电倒闸开关应在自动位置；

⑥母联、A进线、B进线断路器在工作位置；

⑦母联断路器应在电源失压侧进线断路器确已跳闸后才能合闸；

⑧A、B进线断路器在合闸状态，母联断路器在分闸状态；

⑨备自投装置的动作时间应尽量缩短，以利于电动机起动和减少停电对生产的影响；

⑩当工作电源和备用电源同时失去时，备自投装置不应动作。

另外，应校验备用电源的过负荷能力，如备用电源过负荷超过允许值，则备自投装置应能自动减负荷。

（2）备自投过程及实现

备自投起动时,失压侧电源进线开关分闸，母联投入，恢复故障母线供电。利用西门子7SJ62综合保护继电器的CFC逻辑可编程功能，将备自投条件进行组态实现该功能，其逻辑电路如图6。

备自投装置有二个功能：①备自投条件的实时检测：包括进线电压、母线电压监测，开关位置监测，闭锁条件监测（实时检测监控内容详见表1）；②备自投起动：跳进线开关和合母联开关，实现备自投。

备自投过程：10KV A进线、B进线电压正常，A进线开关131（3GA3）、B进线开关141（3GB2）在运行位置、合闸状态，母联开关热备用；此时若检测到任一进线欠电压、该侧母线同时也欠电压，且不是因为过流故障引起的欠电压，且低于额定电压的25%、时间达0.8S后，自投装置起动，跳开欠压侧进线开关，母联开关自动投入。

表1 备自投装置逻辑状态监测

（L为低电平，H为高电平）

图6 备自投逻辑电路图

使用中的注意事项

(1) 严禁带紫外线设备进入控制室内，防止紫外线擦除微机保护芯片程序，或者造成保护程序出错；

（2）合理设置保护装置的启动电压。应根据现场控制电压的不同，在17V、73V中合理选择，防止启动电压设置偏低时，由于外界快速瞬变脉冲干扰而造成保护误动；

(3) 为免除人为干扰造成保护误动或拒动，严禁在高压室内使用高能辐射设备(如手机、对讲机等大功率通信设备)；

(4) 当微机保护装置程序版本需升级时，必须是线路两侧保护(主要是高频保护)都升级 后保护才能投入运行；

(5) 当继电保护人员对微机保护输入定值、装置内部作业，或者在装置使用的交流电流、交流电压、开关量输入、输出回路作业时， 必须申请停用整套微机保护装置；

(6) 装置发出的信号不能长时间保持， 防止中央信号光字牌回路(强电)串到保护弱电回路而烧坏元器件。在得到可靠确认后可进行复位。

结语

综上所述，7SJ62综合保护继电器的应用极大地简化了继电保护的配置，使接线简单、方便。同时，保护使保护动作的正确性、灵敏性、可靠性、选择性也大大提高，实现了电力系统的实时检测与控制、事故自动报警及事故追忆记录、故障录波等功能，使电力系统的管理水平取得了极大的提高。

如果与变电站监控系统有机结合起来，应用计算机数字信号处理技术和通信技术，把保证变电站安全可靠运行而相互有关联的各部分联结为一个有机的整体，完成变电站继电保护、正常测量和监视、事故过程记录与分析、开关操作、生产工艺过程控制、数据存储、处理、信息共享等全部功能，不仅能提高装置的技术水平，同时也将大大提升管理水平，为企业的减员增效提供保障。

（编自《电气技术》，原文标题为“西门子7SJ62综合保护继电器的应用”，作者为戚正良。）