母线微机保护装置关键技术说明指导书.doc

WMH-800微机母线保护装置 技术阐明书.3.15前 言感谢您使用许继电气股份公司研制生产WMH-800型微机母线保护装置。WMH-800型微机母线保护装置完全符合ISO-9001产品质量原则。采用全汉化技术，调试、打印报告全汉化输出。提供和谐调试分析软件，便于调试和事故分析。本阐明书合用于WMH-800型微机母线保护装置Ver1.90至Ver2.10软件版本。目 录1概述1-11.1 应用范畴1-11.2 保护配备1-11.3 性能特性1-32技术参数2-12.1 机械及环境参数2-12.2 额定电气参数2-12.3 重要技术指标2-23保护原理简介3-13.1 母线差动保护3-13.2 运营方式辨认3-43.3 CT断线闭锁及告警3-83.4 复合电压闭锁元件3-83.5 母联（分段）充电保护3-93.6 母联死区及母联断路器失灵保护3-103.7 母联过流保护3-133.8 母联非全相保护3-133.9 断路器失灵保护3-143.10 三取二方案3-144硬件简介4-14.1 装置整体构造4-14.2 面板布置4-34.3 构造与安装4-54.4 装置接线端子4-64.5 装置开关量输入回路4-94.6 装置输出接点4-114.7 装置通讯接口4-134.8 插件阐明4-155定值及整定计算阐明5-15.1 定值内容5-15.2 整定计算阐明5-36附图6-1附图1 差动机箱原理图6-1附图2 电压闭锁机箱原理图6-3附图3 WMH-800/500继电器插件原理图6-61 概述1.1 应用范畴WMH-800型微机母线保护装置合用于500kV及500kV如下电压级别各种主接线形式母线，作为发电厂、变电站母线成套保护装置。1.2 保护配备1.2.1 多段母线接线方式配备方案双母线、双母线单分段、单母线分段接线，连接元件数不超过24个（含母联和分段），如配备断路器失灵保护（不配母联非全相保护）连接元件数不超过18个，如配备断路器失灵保护（配母联非全相保护）连接元件数不超过16个，采用三台差动保护装置、一台电压闭锁装置配备，如图1.1.1所示。小接地电流系统，可选用A、C两相差动保护装置。双母线双分段接线，配备两套WMH-800装置配合完毕母线保护。功能配备：母线差动保护、母联充电保护、母联失灵(或死区保护)、母联过流保护(可选)、母联非全相保护(可选)以及断路器失灵保护(可选) 图1.1.1 注：图中/1表达单相；/3表达三相，如下同。1.2.2 单母线接线方式配备方案 单母线接线，元件数不超过8个，采用一台差动保护装置配备，如图1.1.2所示，如多于8个，配备同图1.1.1。功能配备：母线差动保护、断路器失灵保护(可选) 图1.1.21.2.3 一种半断路器接线方式配备方案一种半断路器接线方式，不超过8串，每段母线配备三台差动保护装置，按三取二方案，如图1.1.3示。功能配备：母线差动保护、断路器失灵保护(可选) 图1.1.3 三取二方案示意图1.2.4 断路器失灵保护单独组屏失灵保护与否加电流鉴别加电流鉴别元件数组屏方案1.2.51.2.6 是不超过8个一台失灵保护装置+一台电压闭锁装置多于8个三台失灵保护装置+一台电压闭锁装置1.2.7 否一台失灵保护装置+一台电压闭锁装置1.3 性能特性l 采用国内外比较成熟具备比率制动特性差动保护原理。设立大差及各段母线小差，大差作为母线区内故障鉴别元件，小差作为故障母线选取元件。l 自适应能力强，可以适应母线各种运营方式，倒闸过程自动辨认，不需退出保护。通过方式辨认程序完毕各种运营方式下母线各段小差计算和出口回路动态切换。l 瞬时值电流差动算法，保护动作速度快、可靠性高、抗干扰能力强。l 完善抗CT饱和办法，保证母线外部故障CT饱和时装置不误动；而当发生区内故障或故障由区外转至区内时，保护可靠动作。l 容许母线上各联接元件CT变比不一致。CT变比可由顾客现场设立。l 独立于差动保护计算机系统复合电压元件作为差动保护闭锁办法，复合电压闭锁接点分别串接在各断路器跳闸回路中。l 调试维护简便，具备零漂自动校准功能，所有继电器均可通过人机接口进行检查。l 灵活后台通讯方式，配有RS-485/422或LonWorks通信接口或以太网,支持电力行业原则DL/T667-1999(IEC60870-5-103)通讯规约。l 与COMTRADE兼容故障录波。配套有有完善、灵活调试软件。2 技术参数2.1 机械及环境参数 机箱构造尺寸：482.6mm266mm245mm 安装方式：嵌入式 正常工作温度:040 极限工作温度:-1055 贮存及运送：-2570 相对湿度：最湿月月平均最大相对湿度为90%，同步该月月平均最低温度为25且表面无凝露。最高温度为40时，平均最大相对湿度不超过50% 大气压力：80kPa110kPa2.2 额定电气参数2.2.1 额定交流数据 交流电压Un： V 交流电流In：5A或1A 频率：50Hz2.2.2 额定直流电压220V或110V2.2.3 打印机工作电压AC 220V 50HZ2.2.4 交流回路过载能力 交流电压：1.2Un 持续工作 交流电流：2In 持续工作 40In 1s2.2.5 功率消耗 交流电压回路:不不不大于0.5VA/相(额定电压下) 交流电流回路：当In=5A时，每相不不不大于1VA；当In=1A时，每相不不不大于0.5VA 直流电压回路:不不不大于100W2.3 重要技术指标2.3.1 成套保护重要指标 母差保护整组动作时间:16ms(两倍整定电流以上，0.5倍整定电压如下) 定值误差:0.04In），则开放充电保护5s。对有充电手合开入状况，WMH-800直接辨认手合开入，若充电手合接点闭合则充电保护投入，投入时间不超过5s。在充电保护投入期间，若母联电流任一相不不大于充电保护整定电流，则经整定充电保护延时将母联断路器切除。母联充电保护出口默认经电压闭锁，如果特别规定不经电压闭锁，则可在工程配备时实现。依照母联充电保护闭锁母差控制字投退来决定充电保护投入期间与否闭锁母差保护，若控制字投入，则在充电保护投入期间闭锁母差保护500ms。考虑到顾客也许有专门母联保护，在进行母联充电实验时不使用WMH-800母联充电保护，但又需要闭锁WMH-800母差保护，因此引入充电手合开入接点，虽然WMH-800充电保护未投入，但只要外部充电手合接点闭合，且母联充电保护闭锁母差控制字投入，则闭锁母差，这种状况下闭锁母差时间与手合开入时间一致，最长5s。 3.6 母联死区及母联断路器失灵保护母联死区保护依照母联CT不同布置分如下状况：3.6.1 母联双CT母联断路器两侧装设两组CT，交叉接线，不存在死区，如图3.6.1所示。装置默认CT1极性与I母元件一致，CT2极性与II母元件一致，母联CT1计入I母小差，母联CT2计入II母小差。 K点故障，差动保护动作跳两段母线。图3.6.1 母联双CT示意图3.6.2 母联死区保护 图3.6.2 母联死区故障示意图母联断路器仅一侧装设CT，如图3.6.2中所示。在双母线接线中，K点发生故障，对II母而言为外部故障，II母差动保护不动；对I母而言为内部故障，I母差动保护动作，跳开I母上连接元件及母联断路器。但此时故障仍不能切除，针对这种状况，本装置采用I母母差动作跳开母联断路器后检测母联断路器跳位开入，若有跳位开入，则封掉母联CT电流，从而破坏II母电流平衡，使II母差动动作，最后切除故障。若没有把母联跳位接点引入保护装置，或者保护没有辨认到母联TWJ，则母联死区故障时保护自动按母联失灵来解决。3.6.3 充电合闸到死区故障如图3.6.2所示，I母为工作母线，II母为被充电母线，这种状况下充电保护不会动作，而差动保护判为工作母线区内故障，保护瞬时跳闸会导致全站失压，是不适当。这种工况下先跳母联切除故障，详细判据如下：Id：大差电流 Idd：大差定值 I1：母联电流 SHJ：手合开入Tmlsl：母联失灵延时3.6.4 双母线分裂运营时发生死区故障若母联隔离刀闸未拉开，而仅靠隔离刀闸进行方式辨认，则母联为运营状态，母联死区故障时就会引起双母线相继跳闸。如图3.6.3中所示，K点故障，I母为区内，I母差动动作跳I母，II母延时跳闸。这样就扩大了停电范畴。为避免这种状况发生，装置中引入母联断路器跳位辅助触点以判断母联断路器投退状况，当跳位闭合时，母联电流不计入小差，这样K点故障相称于II母故障，II母差动动作跳开II母线以切除故障。这种运营方式下不再进行死区及母联失灵鉴别。 图3.6.3 双母线分裂运营母联死区故障母联双CT状况下保护逻辑是同样。3.6.5 母联失灵保护图3.6.4 母联失灵示意图母联失灵示意图如图3.6.4中所示，I母线内部故障，I母差动保护动作，跳母联及I母所有连接元件，若母联断路器失灵，故障依然存在，延时（延时可整定，躲母联断路器跳闸时间）若大差动作且母联电流越限则跳开双母线上所有连接元件，最后切除故障。母联失灵及死区保护（无母联TWJ时）逻辑框图如下：3.6.6 分段失灵保护双母线双分段接线设立分段失灵保护如下图所示：当屏差动保护动作跳-母时，启动屏-母分段失灵保护；当屏差动保护动作跳-母时，启动屏-母分段失灵保护；同理，当屏差动保护动作跳-母时，启动屏-母分段失灵保护；当屏差动保护动作跳-母时，启动屏-母分段失灵保护；分段失灵保护动作逻辑图：Ifdsl：分段失灵电流定值 Tfdsl：分段失灵延时如果分段失灵启动持续5s不返回，装置发出告警信号，并闭锁该启动，直到该启动返回后再解除对它闭锁。3.7 母联过流保护这是一种简朴辅助保护。依照顾客需要可设计成母联过流保护或者是旁路保护，当运用母联断路器作为线路（或旁路）暂时保护时可投入过流保护。过流保护投入时，当母联（或旁路）任一相电流不不大于过流保护电流整定值，经整定延时跳母联（或旁路）开关。过流保护出口不经复合电压闭锁。3.8 母联非全相保护当母联断路器非全相运营时，由母联非全相保护延时跳开母联断路器三相。在母联非全相保护投入时，若母联三相TWJ状态不一致，且母联零序电流不不大于母联非全相电流定值，经整定延时跳母联开关。母联非全相保护出口不经复合电压闭锁。母联非全相保护逻辑框图如下：3.9 断路器失灵保护任一断路器失灵时，来自外部该元件失灵启动接点启动失灵保护，失灵保护判出该元件所在母线，并经设定延时时间切除母联和失灵元件所在母线。失灵保护逻辑有两种，方式一和方式二。区别在于辨认到外部失灵启动接点后来要不要再判一次该失灵元件电流与否过限。方式一判电流，方式二不判电流。断路器失灵保护逻辑框图如下：失灵保护组屏上留有1#元件（母联）失灵启动开入，定值单中也设立了相应电流定值Isl1。这重要考虑是母联代路状况。当用母联开关代旁路开关运营时可用1#失灵鉴别逻辑来作为旁路开关失灵保护。对于专用母联状况，母联失灵保护由母差保护自身实现，不需要引1#失灵启动接点，Isl1也可以不整定。3.10 三取二方案一种半开关接线方式，由于没有电压闭锁，按三取二方案配备。即采用三台差动保护装置，各间隔交流电流串联进入每个装置，各装置由CPU完毕差动鉴别及跳令开出，三个装置中至少有两个同步开出时保护才干出口跳闸。4 硬件简介4.1 装置整体构造图4.1.1 多段母线接线方式配备方案装置整体构造图(差动以A相为例)图4.1.2 单母线接线方式配备方案装置整体构造图一种半断路器接线方式配备方案装置整体构造除不引入电压外同图4.1.2。4.2 面板布置图4.2.1是差动保护机箱(以A相为例)正面面板布置图。 图4.2.1差动保护机箱面板布置图(正面)图4.2.2是差动保护机箱背面面板布置图图4.2.2差动机箱端子布置图(背面)图4.2.3是电压闭锁机箱正面面板布置图。图4.2.3电压闭锁机箱面板布置图(正面)图4.2.4是电压闭锁机箱背面面板布置图。 图4.2.4电压闭锁机箱端子布置图(背面)图4.2.5是WMH800/500机箱正面面板布置图。 图4.2.5 WMH800/500面板布置图(正面)图4.2.6是WMH800/500机箱背面面板布置图。 图4.2.6WMH800/500端子布置图(背面) 4.3 构造与安装装置采用原则6U机箱,用嵌入式安装于屏上,机箱构造和屏面开孔尺寸分别见图4.3.1和4.3.2。 图4.3.1 机箱构造图 图4.3.2屏面开孔图4.4 装置接线端子图4.4.1为差动保护机箱端子定义图备注：1G表达I母刀闸开入，2G表达II母刀闸开入母联TWJ引母联开关三相串联常闭辅助触点(当母联断开时该触点闭合)TWJA、TWJB、TWJC用来作母联三相不一致鉴别用图4.4.1差动保护机箱端子定义图图4.4.2为电压闭锁机箱端子定义图图4.4.2 电压闭锁机箱端子定义图图4.4.3 为WMH800/500端子定义图图4.4.3 WMH800/500端子定义图4.5 装置开关量输入回路4.5.1 多段母线接线方式配备方案开关量输入回路图4.5.1 多段母线接线方式配备方案开关量输入回路(以双母线为例)差动机箱n2插件端子重要作为刀闸位置或失灵保护启动开入用。n1-z2旁路兼母联或母联兼旁路接线跨条刀闸开入位置。n1-d18母联开关跳位开入，规定三相串联，当母联开关断开时候，该触点闭合。可引入母联开关跳位常闭辅助触点。本开入作用：辅助鉴别母联运营方式。n1-z20z24母联跳位开入，本开入作用：母联非全相保护不一致鉴别。n1-z30 GPS对时开入，用于接受GPS或其他对时装置发来分脉冲接点或光耦信号，输入信号可以是无源或有源，通过保护屏上光藕端子实现隔离，如下图4.5.2所示。各机箱GPS脉冲对时开入是并联。 图4.5.2 对时输入接点示意图差动机箱端子n1-d4d16是各保护投退压板。4n10-d2端子是检修压板，本开入作用：防止在保护装置进行实验时，关于报告经IEC60870-5-103规约接口向监控系统发送有关信息，而干扰调度系统正常运营。在装置检修时，将该压板投上，在此期间进行实验动作报告不会通过通信口上送，但本地显示和打印不受影响；运营时应将该压板退出。n3-z32端子为信号复归输入，用于复归装置磁保持信号继电器和及信号，普通在屏上装设信号复归按钮。信号复归也可以实现远方复归。n1-z32为手合开入，可以用来启动充电保护和在充电闭锁母差控制字投入状况下，用来闭锁母差保护。如果不用本装置充电保护而又规定充电时闭锁母差保护时必要接，否则可以不接入。4n5-z2z8失灵解除复合电压闭锁开入，本开入作用：当发电机变压器组非全相运营时解除失灵保护复合电压闭锁。4.5.2 单母线及3/2接线方式配备方案开关量输入回路 图4.5.3 单母线及3/2接线方式配备方案开关量输入回路N1-ZJ各元件失灵启动开入接点。N1-DD GPS对时开入，用于接受GPS或其他对时装置发来分脉冲接点或光耦信号，输入信号可以是无源或有源，通过保护屏上光藕端子实现隔离,如图4.5.2所示。N4-S端子为信号复归输入，用于复归装置磁保持信号继电器和及信号，普通在屏上装设信号复归按钮。信号复归也可以实现远方复归。N4-W差动保护投入，差动保护投退压板。N4-AA失灵保护投入，失灵保护投退压板。4.6 装置输出接点4.6.1多段母线接线方式配备方案装置输出接点如图4.6.1所示 MCJ表达差动继电器，YJ表达电压继电器图4.6.1a输出接点图一 图4.6.1b输出接点二4.6.2单母线及3/2接线方式配备方案装置输出接点如图4.6.2所示图4.6.2a输出接点一图4.6.2b输出接点二4.7 装置通讯接口装置提供通讯口详见下表：通讯接口数 量用 途 备注 RS-485/4222监控系统、信息子站支持IEC60870-5-103、许继CBZ-8000、四方CSC-通讯规约 Lonworks以太网接口(通过外设网关实现) RS-232打印接 口1打印机或共享打印网RS-232调试 接 口1连接PC机，调试软件使用RS-232GPS对时接口1连接GPS对时接口支持各种对时通讯规约图4.7.1为多段母线接线方式配备方案通讯接口示意图图4.7.1 多段母线接线方式配备方案装置通讯接口示意图图4.7.2为单母线及3/2接线方式配备方案通讯接口示意图图4.7.2 单母线及3/2接线方式配备方案装置通讯接口示意图图4.7.3 为RS-232调试口至PC机连线示意图 图4.7.3 RS-232调试口至PC机连线示意图图4.7.4为打印机口连线示意图图4.7.4为打印机口连线示意图4.8 插件阐明4.8.1 DSP-11保护插件DSP-11模块是在分析和借鉴了国内外同类产品基本上，从技术和开发手段先进性，软硬件资源通用性，系统可靠性等方面出发，开发研制DSP型保护模块。作为基本软硬件平台，在单块PCB板上完毕了数据采集及A/D转换、I/O、保护及控制功能等。WMH-800采用DSP-11保护插件作为保护CPU。重要技术特点如下： 采用32位浮点DSP技术，数据解决能力强： 16位精度ADC，数据采集精度高，测量范畴大。 16M32寻址空间。 256K32 FLASH作程序存储区。 256K16数据存储区。 16通道、16位辨别率片内DMA控制模仿输入 (带扩展板可扩展至32路)。 16通道数字量输入 (带扩展板可扩展至64路)。 16通道数字量输出 (带扩展板可扩展至40路)。 2路异步串行通讯。 具备看门狗和电源监测电路，系统安全、可靠。 C语言/汇编语言混合编程，库函数支持。 具备JTAG仿真接口，可软、硬件仿真，开发手段先进齐全。 遵循国际原则6U尺寸，强、弱电回路分开连接器构造。 6层印制板，表面贴装工艺。4.8.2 差动保护箱插件阐明（ABC三相完全相似,原理图见附图1） 图4.8.1 差动保护箱内部构造示意图如图4.8.1所示，1为交流插件，每个交流插件装有6路电流变换器和1路电压变换器，它们将输入电压、电流量转换为保护CPU使用电压量。2为CPU插件(DSP-11)，它由一块主板和一块扩展板通过插针连接构成，完毕保护逻辑判断和I/O量、模仿量读取。3为信号插件，提供差动保护动作信号和告警信号，信号通过26芯扁平电缆传到面板上显示。4为电源插件，将直流220V或110V电源输入转换为+5V、+15V、-15V、+24V四组稳压电源供保护使用。4.8.3 电压闭锁箱插件阐明(原理图见附图2) 图4.8.2 电压闭锁箱内部构造示意图如图4.8.2所示，1为电源插件，它将直流220V或110V电源输入转换为+24V稳压电源输出，供开关量输入使用。2为电源插件，将直流220V或110V电源输入转换为+5V、+15V、-15V、+24V四组稳压电源供保护使用。3为交流插件，每个交流插件装有8路电压变换器，将输入电压量转换为保护CPU使用电压量，每段母线采样电压量有Ua、Ub、Uc、3U0。对单母线（或一倍半）接线方式只用前4路，对单母分段（或双母线）接线方式只用前8路，对双母单分段接线方式用前12路。4为CPU插件(DSP-11)，只有一块主板不带扩展板，它完毕电压闭锁逻辑判断和I/O量、模仿量读取。5为出口插件，提供保护24路出口回路和相应信号。注意：出口插件上信号灯只反映差动动作行为，不代表跳闸出口，跳闸出口