电动机保护测控装置.doc

目目 录录 第一章第一章 系统概述系统概述1 1.1 适用范围 1 1.2 主要特点 1 第二章第二章 技术参数技术参数2 2.1 通用参数 2 2.2 电气性能 3 2.2.1 绝缘电阻 3 2.2.2 介质强度 3 2.2.3 冲击电压 3 2.2.4 抗电磁干扰性能 3 2.3 保护、测控、通讯参数 4 第三章第三章 装置功能装置功能5 3.1 保护功能 5 3.2 测控功能 5 3.3 自检功能 5 第四章第四章 装置原理装置原理6 4.1 保护和定值整定原理 6 4.1.1 二段过流保护 6 4.1.2 过负荷保护 7 4.1.3 反时限过流保护 8 4.1.4 过热保护 8 4.1.5 负序过流保护 9 4.1.6 负序过流反时限保护 10 4.1.7 接地保护 11 4.1.8 低电压保护 12 4.1.9 过电压保护 12 4.1.10 启动保护 13 4.1.11 PT 断线告警14 4.1.12 事故记录 14 4.1.13 故障录波 14 4.2 定值清单 15 4.3 保护逻辑框图 17 4.4 测控原理 18 4.4.1 遥测采集和计算 18 4.4.2 遥信采集 18 4.4.3 遥脉采集 19 4.4.4 遥控输出 19 4.4.5 通讯 20 4.4.6 对时 20 4.4.7 统计 20 4.5 自检功能 20 4.6 选配功能 20 第五章第五章 硬件说明硬件说明21 5.1 整体配置 21 5.2 面板说明 21 5.2.1 液晶显示屏 22 5.2.2 信号指示灯 22 5.2.3 调试口 22 5.2.4 按键 22 5.3 显示说明 24 5.4 模件说明 27 5.5 机械结构 29 5.6 背板布局及端子号 29 5.7 装置硬件接线图 29 第六章第六章 安装调试与投运安装调试与投运30 6.1 安装前检查 30 6.2 装置通电检查 30 6.3 调试 30 6.4 投运说明及注意事项 31 第七章第七章 订货须知订货须知32 HN-2001 电动机保护测控装置 技术说明书 1 第一章第一章 系统概述系统概述 1.1 适用范围适用范围 HN-2001 型电动机保护测控装置（以下简称装置）是在总结本公司多年继电保护 研发和工程经验的基础上，参考国内外相关成果，应用先进的软、硬件技术和专利抗 干扰技术研制而成，符合继电保护的四统一的要求，适用于 35KV 及以下电压等级中 高压异步电动机的综合保护、测量、控制。 HN-2001 型电动机保护测控装置可与 HN-2041 型电动机差动保护装置（主保护） 组成电动机成套保护装置，对 2MW 及其以上容量电动机提供完善的保护。 1.2 主要特点主要特点 保护原理成熟可靠，并经历长时间的现场运行考验 带有测控功能，计算精度高，能实现四遥功能，是四合一保护产品 可采用 CAN 网、以太网等通讯方式，以单网、双网方式与监控系统通讯，通讯 速度快，可靠性高 保护功能与通讯功能相互独立，任何通信故障不影响保护单元的正常运行 具有本地或远方操作功能 装置可存入多套定值，定值可以由本地或远方整定 采用硬件实时时钟，装置掉电后仍连续计时，并采用 GPS、通讯对时 采用大屏幕液晶中文显示，人机界面友好，信息详细直观，操作、调试方便 面板上有专用调试口，便于调试、整定和维护 装置具有故障录波功能及 32 次带时间信息的保护动作顺序事件记录，且具有掉电 保持功能 装置具有自检功能，菜单中带有开出试验选项，便于调试、检验 采用与本系列其它产品统一的软硬件平台，便于调试和维护 通讯采用统一编码设计，伸缩性和扩展性好 装置为分板插件整面板式结构，封闭、加强型单元机箱，抗强振动、强干扰设计， 适应于恶劣环境 采用模块化设计，软硬件兼容性好 装置具有独立的交流电流电压输入、输出回路，及独立的具有防跳功能的操作回 路（适用于断路器回路或 FC 回路） 可分散安装于开关柜上，也可集中组屏安装 HN-2001 电动机保护测控装置 技术说明书 2 第二章第二章 技术参数技术参数 2.1 通用参数通用参数 装置工作电源 AC/DC 220V 或 AC/DC 110V； 允许偏差 -20+10 输入交流电压 Un100/V 或 100V3 输入交流电流 In5A 或 1A 额定参数 输入交流频率50Hz 直流回路正常工作时15W，动作时25W 交流电压回路0.5VA/相（Un=100V） 功率消耗 交流电流回路 0.5VA/相（In=5A） ； 0.3VA/相（In=1A） 温度范围-25+55 相对湿度不超过 95%，机箱表面无凝露 大气压力80110 kPa 环境要求 工作位置偏离基准位置不超过 5 外形尺寸高*宽*深=277mm*197mm*240mm 物理性能 重量70V（表示三相线电压U 都曾稳定达到 70V）和20%（表示电流突变量大于 20%） 。 I I 定值整定原则： a）如果为不重要的电动机，电压按避开最低运行电压及大容量电动机的启动电 压整定，一般取额定线电压的（60%70%） ，时限比电流速断大一个时限阶段 t =0.5s。 b）如果为重要的电动机，低电压定值一般取额定线电压的（40%50%） ，PT 断 线应该闭锁低电压保护。时限按保证技术安全取工艺过程特点的条件整定，一般为 510s（一般电压短时下降的时间小于 10s） 。 4.1.9 过电压保护过电压保护 通过控制字可设定保护的投退。 动作判据为： 0 max TWJ Tt UU zdUH zdL 式中：为三相线电压的最大值； max U 为过电压定值； zdH U HN-2001 电动机保护测控装置 技术说明书 13 为过电压动作时限； zdUH T 判断电动机是否处于合位。TWJ 定值整定原则：一般情况下过电压定值应该大于 105%的额定电压，时间应该躲 过系统的电压波动带来的短时过电压。 4.1.10 启动保护启动保护 装置通过面板可整定二套保护定值： a) 电动机运行保护定值 b) 电动机启动保护定值 电动机的启动保护包括：启动电流速断、启动负序速断、启动零序保护、启动过 热保护、启动时间过长等保护。装置能够自动判别电动机的启动及运行态，通过整定 电动机启动的时间，在电动机启动整定时间内，按照启动保护定值进行保护。电动机 启动整定时间到后且装置判断电机已进入正常运行状态，自动改为按照电动机运行保 护定值进行保护。二套保护定值的时间定值以及过热反时限保护的曲线号，则是共同 的。当启动和运行定值转换时，启动保护的热积累状态可持续到运行保护状态。即运 行时，热过载保护会在启动时热过载值基础上继续累计。 启动整定时间内动作判据为： ； （速断保护） 3 I 3 zq I 或 且 ； （负序定时限保护） 2 I 2 zq IT 2Z T 或 且 ； （零序定时限保护） 0 I 0 zq IT 0Z T 或 ； （过载反时限保护） t eq dtI 0 2 2 )05 . 1 ( 式中： 2 2 2 2 1 2 )6( eqg eq I II I 电动机启动时间过长会造成转子过热，本装置配置了启动时间过长保护。 启动时间的整定按电动机的实际启动时间，即从启动到电动机转速达到额定 qd T 转速的时间，考虑留有裕度，可整定为实际启动时间的 1.11.2 倍。 电动机启动状态的判断：当电动机最大相电流从无流状态突变到 10%时，认为 e I 电机进入启动状态；无流定值一般取 0.20.3A。 动作判据： 且 stzdst Tt st I qdzd I HN-2001 电动机保护测控装置 技术说明书 14 定值整定原则： a）电流定值必须小于速断保护定值，一般可以取 1.52。 e I b) 本保护是在启动时间到达后才启动，进入运行状态就退出，此时已经经过 qd T 了电动机的启动时间，所以动作只需加一个很小的延时即可,一般不应超过 1s。 电动机启动结束后，整定值自动改为运行保护定值，由其继续提供保护。 4.1.11 PT 断线告警断线告警 装置具有 PT 断线检查功能，可通过控制字投退。装置检测母线电压异常时报 PT 断线，并闭锁相关的保护，待电压恢复正常后保护也自动恢复正常。 PT 断线判据如下： a）最大相间电压小于 30V，且任一相电流大于 0.06； n I b）负序电压大于 8V。 满足以上任一条件认为发生 PT 断线，同时闭锁相关保护并延时 3s 报 PT 断线告 警。PT 断线消失后延时 10 秒返回。 4.1.12 事故记录事故记录 装置可记录 32 个事故信息。事故信息包含事故相的电压或电流和保护动作时间。 4.1.13 故障录波故障录波 装置可进行故障录波，便于分析事故。 HN-2001 电动机保护测控装置 技术说明书 15 4.2 定值清单定值清单 序号符号名称整定范围 整定 步长 单 位 1 e I电动机额定电流0.220 n I n I 0.01A 2 qd T 电动机启动时间0.0099.990.01s 31GL过流段控制字投跳/投信/退出 4 zd I1过流段定值0.220 n I n I 0.01A 5 1I T过流段时限0.0099.990.01s 62GL过流段控制字投跳/投信/退出 7 zd I2过流段定值0.220 n I n I 0.01A 8 2I T过流段时限0.0099.990.01s 9 zdFH I负荷电流的报警整定值0.220 n I n I 0.01A 10 IFH T负荷电流报警时限0.0099.990.01s 111FGL负序过流 I 段控制字投跳/投信/退出 12 zdFX I 1 负序过流 I 段定值0.220 n I n I 0.01A 13 1FX T负序过流 I 段时限0.0099.990.01s 14FXGFH负序过负荷报警控制字投跳/投信/退出 15 zdFX I 2 负序过流 II 段定值0.220 n I n I 0.01A 16 2FX T负序过流 II 段时限0.0099.990.01s 170L零序电流保护控制字投跳/投信/退出 18 0Z I零序电流保护定值0.0220.00 0. 01A 19 0Iz T零序电流保护时限0.0099.99 0.01s 200U零序电压保护控制字投跳/投信/退出 21 0Z U零序电压保护定值1.00120.00 0.01V 22 0Uz T零序电压保护时限0.0099.99 0.01s 23DY低电压保护控制字投跳/投信/退出 24 zdL U低电压定值1.00120.00 0.01V 25 ULzd T低电压动作时限0.0099.99 0.01s 26GY过电压保护控制字投跳/投信/退出 HN-2001 电动机保护测控装置 技术说明书 16 27 zdH U过电压定值1.00120.00 0.01V 28 zdUH T过电压动作时限0.0099.99 0.01s 序号符号名称整定范围 整定 步长 单 位 29BJGR 过热保护报警控制字投跳/投信/退出 30TZGR 过热保护跳闸控制字投跳/投信/退出 31 zg I 过热保护的电流定值0.212 n I n I 0.01A 32 发热时间常数199991s 33 QDGC启动时间过长保护控制字投跳/投信/退出 34 qdzd I 启动时间过长保护电流定值13 n I n I 0.01A 35 stzd T启动时间过长保护时间定值0.001.00 0.01s 36GLFSX反时限过流保护控制字投跳/投信/退出 37 p I 反时限过流电流基准值0.220 n I n I 0.01A 38 p t 反时限过流时间常数0.001.000.01s 39FSX负序反时限过流保护控制字投跳/投信/退出 40 p I2 负序过流反时限电流基准值0.220 n I n I 0.01A 41 p t2 负序过流反时限时间常数0.001.000.01s HN-2001 电动机保护测控装置 技术说明书 17 4.3 保护逻辑框图保护逻辑框图 & & HN-2001 电动机保护测控装置逻辑方框图 HN-2001 电动机保护测控装置 技术说明书 18 4.4 测控原理测控原理 4.4.1 遥测采集和计算遥测采集和计算 遥测量可通过装置内的高隔离（AC 2000V） 、高精度（0.2 级）CT/PT 将现场来 的强交流电信号（5A/1A，100/V）不失真的转换成适合计算机采集的小信号，经3 滤波后送入 A/D 芯片变换成数字信号，最后进入 CPU 进行计算。由于采用了高速高 精度同步采集技术和先进的 FFT 算法，使装置的精度有充分的保证。 遥测精度如下： 电压/电流精度：0.2 级 有功/无功精度：0.5 级 频率测量精度：0.01Hz 积分电度精度：0.5 级 遥测量一方面通过液晶显示，另一方面可通过通讯网络上传到监控系统。遥测量 刷新率小于 1s。 4.4.2 遥信采集遥信采集 遥信输入经 RC 网络抗干扰滤波后，由光耦隔离变换输入装置； 可直接采集常开或常闭 220/110V DC 的外部开入信号； 装置周期性查询信号状态，遥信事件分辨率小于 2ms； 为了消除遥信误报，装置采用了软件去抖算法。 装置可采集 12 路遥信量，具体定义如下： HN-2001 电动机保护测控装置 技术说明书 19 遥信序号遥信量定义备注 K1开关合位 K2开关分位 当开关既不在合位也不在分位 判断为控制回路断线 K3断路器储能位置 K4小车工作位置 断开表示小车在检修， 不允许远方合、分 K5小车试验位置 K6远方/就地转换 断开为就地操作， 远方不能合、分 K7温度 闭合表示温度超过上限， 预告信号继电器动作 K8接地刀位置 K9就地急停闭锁闭合表示急停，并且闭锁命令合 K10K12备用 4.4.3 遥脉采集遥脉采集 装置提供两路脉冲电度输入，输入采用了光耦隔离变换； 装置具有脉冲初值设置功能； 电度脉冲数可通过装置液晶查看，也可由通讯上传到监控后台。 4.4.4 遥控输出遥控输出 装置一般提供两路遥控输出：遥控合闸、遥控跳闸。一般要求遥控跳合对象即为 装置所保护的电力设备。遥控输出在装置内部设置多级软件和硬件闭锁，遥控操作由 监控主站下达命令，装置接收此命令并返回校核无误，即输出此命令对开关进行跳/ 合操作。该控制受相关逻辑如装置故障、防跳回路、分合闸监控回路等控制电路的限 制，这保证了遥控能安全、可靠地执行。 此外提供 3 路备用遥控输出，每路输出有两对同时动作的空接点。 HN-2001 电动机保护测控装置 技术说明书 20 4.4.5 通讯通讯 装置可采用 CAN 或以太网组成单或双网与监控系统通讯。CAN 通讯波特率 20K500K 可设置；以太网通讯波特率为 10M。 4.4.6 对时对时 装置有硬件时钟，掉电后仍能连续计时，并具有通讯对时功能。 4.4.7 统计统计 装置能自动记录装置运行期间采集到的最大保护电流值、最大功率值和动作次数。 4.5 自检功能自检功能 装置具有完善的自检功能： a) 能及时发现装置失电并发出信号； b) 能自动检测到开出控制通道的损坏，并报警； c) 在装置发生内部故障时闭锁保护出口，并发装置故障信号。 4.6 选配功能选配功能 为适用某些特定环境、特定工程的需要，装置还可选配： a）一路或两路 420mA 直流输入功能； b）一路或两路 420mA 直流输出功能； c）GPS 对时功能，有一路秒脉冲对时接口； d）一路或两路电度脉冲输出功能。 HN-2001 电动机保护测控装置 技术说明书 21 第五章第五章 硬件说明硬件说明 5.1 整体配置整体配置 装置采用标准 5U 半机箱，为整体面板，硬件模块采用插件式结构，所有结构件 均采用高强度铝合金型材，刚性好、承载大；主体应用精蚀阳极氧化工艺进行处理， 具有良好的导电性能。机箱采用嵌入式安装方式，接线方式为箱后式接线。 5.2 面板说明面板说明 本装置具有友好的人机对话界面，在前面板设有一个液晶显示屏、九个按键、五 个信号指示灯及一个专用调试口（见图 1） 。 任任任任任任任任任任任任 HE NENG 任任任任任任任任任 复位 任任 确定 任任任任 HN-2001 退出 任任任任 图 1 装置的面板布置图 HN-2001 电动机保护测控装置 技术说明书 22 5.2.1 液晶显示屏液晶显示屏 本装置采用实际有效显示面积达 66.52mm*33.24mm 的 128*64 点阵的图形显示液 晶，显示界面清晰，醒目。 5.2.2 信号指示灯信号指示灯 5.2.3 调试口调试口 DB9 型接口，用于调试更新程序。 5.2.4 按键按键 按键定义： 【确认键确认键】 1当箭头指向主菜单中非设定项、非调试项时，按此键可进入下一级菜单。进 入下一级后，此键无效。 2当箭头指向可设定项、调试项时，按此键也可进入下一级菜单。在箭头提示 下，按此键后，整定值的某位或某字闪动，调整后，再按此键闪动停止。 【退出键退出键】 1当进入到主菜单项以下的非设定项的任一屏时，按此键可退到主菜单。 2在设定项菜单中，按此键退到最后一屏的“是否退出”行。按（退出键）则 转到设定项第一屏。 【左、右键左、右键】 1在非设定项菜单中，此键可向前、向后翻屏（循环） ，但只能在某一项菜单中 翻屏。 2在设定项、调试项菜单中，只要无闪动点，同样可以向前、向后翻屏。 3在设定项、调试项菜单中，有闪动点，按此键可改变数字闪动位。 名 称定 义颜色 运行灯闪烁时表明装置正常运行；常亮时表明装置处于整定状态绿灯 告警灯 装置内部故障或有告警出口时，此灯点亮并保持直到装置复 归 红灯 跳闸灯保护跳闸时此灯常亮红灯 合位灯断路器处于合闸位置此灯常亮红灯 分位灯断路器处于分位时此灯常亮绿灯 HN-2001 电动机保护测控装置 技术说明书 23 【上、下键上、下键】 1在非设定项菜单中，此键可逐行改变箭头指向位置。 2在设定项、调试项菜单中，只要无闪动点，按此键同样可以逐行改变箭头指 向位置。 【加、减键加、减键】 1在非设定项菜单中，此键无效。 2在设定项、调试项菜单中，若无闪动点，按此键无效。 3在设定项、调试项菜单中，有闪动点，按此键可使闪动数字加一或减一。 【复位键复位键】 任何时候按此键装置复位。 HN-2001 电动机保护测控装置 技术说明书 24 5.3 显示说明显示说明 a）主界面）主界面 开机上电或系统复位后，液晶上显示装置主界面，如下图： 此时可以通过左右键进入装置选项菜单屏（即主菜单屏） 。 b) 主菜单屏主菜单屏 主菜单屏因选项太多故分两屏，如下图： 此时可通过上下键移动光标选择要查看的菜单项；选定后按确定键则进入下一级 菜单；此时也可通过退出键返回主界面屏。 c) 实时参数实时参数 实时参数又分为：测量电流、 保护电流、过载量、电压值、 电度、电度脉冲计数等屏， 如下图： 此时可按左右键翻屏，分别显示各参数屏；也可按退出键返回主菜单屏。 d) 开入量状态开入量状态 12 路开入量的状态分三屏显示，每屏如下图： 图中“0”和“1”分别表示 “未动”和“动作”。此时按左右键翻屏，分别显示实 测量电流 IA= 00.00 A IC= 00.00 A 保护电流 Ia = 00.00 A Ib = 00.00 A Ic = 00.00 A 电度脉冲 M1= 0000 M2= 0000 直流量 Dc1=00.00mA Dc2=00.00mA 1、实时参数 2、开入量状态 3、开出量状态 4、事件记录 5、设定值查看 6、统计 7、设定值修改 8、开出量调试 HN2001 V4.0 20021018 140150 合 能 电 气 K01： 0 K02： 1 K03： 0 K04： 1 K05： 0 K06： 0 K07： 0 K08： 0 K09： 0 K10： 1 K11： 0 K12： 1 HN-2001 电动机保护测控装置 技术说明书 25 时开入量状态；也可按退出键返回主菜单屏。 e) 开出量状态开出量状态 8 路开出量的状态分三屏显示，每屏如下图： 此时按左右键翻屏，分别显示实时开出量状态；也可按退出键返回主菜单屏。 f) 事件记录事件记录 可记录 32 个事故，详细显示事件类型及事件时的实时参数。显示如下图： 在第一屏输入需要查看的事件序号，按确定键进入，按左右键翻屏可查看该序号 事件记录的详细信息。 g) 设定值查看设定值查看 可查看各保护功能的投退设定、定值设定、开入量的投退设定等。 下图为速断保护的屏显，其余相似。 此时可按左右键翻屏并查看其余保护设置，也可按退出键返回主菜单屏。 h) 统计统计 1、重合闸： 动作 2、命令合： 未动 3、保护跳： 未动 4、命令跳： 未动 事件总数：07 事件号 ： 01 Uab = 000.00 V Ubc = 000.00V Uca = 000.00V U0 = 000.00V 速断 投跳/投信/退出 I = 20.00 A T =10.00 s 01速断 Ia = 00.00 A Ib = 00.00 A Ic = 00.00 A 20021018 162620200 5、预告信号：动作 6、事故信号：未动 7、装置故障：未动 8、备用： 未动 I1 = 00.00 A I2 = 00.00 A I0 = 00.00 A HN-2001 电动机保护测控装置 技术说明书 26 统计分三屏显示，如下图： 可按左右键翻屏查看，也可按退出键返回主菜单屏。 i) 设定值修改设定值修改 由主菜单进入设定值修改菜单后，显示提示“请输入密码” ，按加减键变数、左 右键移位，装置密码缺省为“1234” ，完成后按确认键进入定值修改。按上下键移动 指示光标到需修改项，按确认键确认选定，此时被选定项闪烁，按加减键改变数字或 状态，按左右键移位，按确认键设定结束，光标恢复正常显示，此时按左右键进入下 一屏设定，按退出键返回到“修改结束是否要保存？”屏。 各屏如下图： 同设定值查看 j) 开出调试开出调试 主要用于调试时测试开出回路。由主菜单进入开出调试菜单后，按上下键移动光 标选定调试回路，按确认键确认选定，此时装置应动作相应出口，状态显示也随之改 变。按退出键退出。 统计起始时间 2002-10-18 152025 保护动作：000 次 最大电流：00.00 A 最大功率：0000.0W 最近启动数据： 启动次数：000 次 最大电流：00.00 A 启动时间：00.00 s 请输入密码 0000 密码无效 请输入密码 0000 退出修改？ 当前时间修改 2002-10-18 15:18:23 系数微调： 序号： 02 K=1.000 清除统计？ 清除电度、脉冲？ 清除微调？ 保存定值？ 1、重合闸： 合 2、命令合： 分 3、保护跳闸：分 4、命令跳： 分 5、预告信号：分 6、事故信号：分 7、装置故障：分 8、备用 HN-2001 电动机保护测控装置 技术说明书 27 5.4 模件说明模件说明 本装置由交流接口插件（互感器板） 、CPU 插件（主板） 、出口插件（继电器板） 、 电源和开入量插件（电源和开入量板）组成。 4321 3.继电器板 2.主板1.互感器板 4.电源和开入量板 图 2 装置内部插件布置图 HN-2001 电动机保护测控装置 技术说明书 28 a) 交流插件交流插件 本插件将系统电压互感器、电流互感器二次侧强电信号变换成保护装置所需的弱 电信号，同时起隔离和抗干扰作用，经两级 RC 低通滤波接入模数（A/D）转换回路。 在转换过程中，采用了独创的处理采集相角误差方法，既满足了测量精度的要求，又 满足了对保护动作范围的要求。 b) CPU 插件插件 CPU 插件采用先进的高性能工业级嵌入式微处理器，多 CPU 结构，硬件系统具 有高的抗干扰能力及工作可靠性。 采用高速、高精度的 A/D 转换芯片，提高了数据采集的分辨率和测量精度。 CPU 插件有 12 路开关量输出回路，用于驱动出口跳闸继电器和信号继电器。开 出量按其电源受控情况分为两类：一类是 24V 电源经本装置故障告警继电器常闭接点 闭锁的，用于驱动出口继电器，可防止 CPU 故障时上述继电器误出口跳闸。另一类 是 24V 电源不经闭锁的，用于驱动信号继电器。 c) 出口插件出口插件 出口插件上设有启动继电器，其常开接点闭锁跳合闸回路 24V 电源。保护动作后， 由出口插件的跳闸继电器给出一对跳闸接点，并分别给出遥控信号、出口信号和面板 上的灯光信号；检测到装置和系统运行异常时，由出口插件的告警继电器发出告警信 号。 装置具有操作回路，由直流 220V/110V 提供电源，直接驱动断路器的跳闸、合 闸线圈。通过防跳继电器实现防跳功能，并通过合闸位置继电器和跳闸位置继电器对 断路器分、合闸控制回路进行监视和闭锁，如果断路器发生异常，可以启动跳合闸位 置继电器，从