GPZB-I高压保护器使用说明书.doc

济源市维创自动化科技有限公司GPZB-I微电脑智能综合保护装置说明书济源市维创自动化科技有限公司目 录1 系统综述31.1 系统概述31.2 系统特点31.3 系统构成42 产品特点53 技术指标53.1 工作环境要求53.2 功率消耗53.3 主要保护功能配置54 保护原理64.1 速断保护64.2 零序过流保护64.3 过电压保护74.4 过载反时限保护74.5 低电压保护84.6 绝缘监视保护94.7 三相不平衡95 人机对话操作说明95.1 人机对话简介95.2 主菜单说明105.3 测量数据115.4 定值整定125.5 保护功能整定及解释125.6 密码管理165.7 事件查询175.8 试验项目175.9 附加功能185.10 出厂设置 206 关于B相电流206.1 只对开关A相通电流216.2 只对开关C相通电流216.3 A相、C相同时通电流（接线方式1） 226.4 A相、C相同时通电流（接线方式2） 227 关于485通讯238 关于CAN通讯（选配）239 用户安装调试、维护说明23注意事项2310常见故障排查 2411航插（26芯）引脚说明24附件：产品接线图1、系统综述1.1 系统概述煤矿井下高压供电系统线路短、多级变电所级联，高压供电线路的布线特点使得常规继电保护装置不能通过整定值和时间级差的方式有选择的跳开故障点开关，出现“越级跳闸”问题。我们根据煤矿井下高压供电线路的实际情况，采用全系统智能零时限防越保护方式，以辐射型高速通讯网络实现上下级继电保护装置的配合，为井下的高压供电系统的每台高爆开关提供可靠、全时、动态、高速的防越信息通道，每一台开关不再独立运行，而是以相同的节拍成为防越保护系统一部分，基于全站的防越保护系统提高了高压供电线路的可靠性和故障动作时间的实时性。GPZB-I高压综合保护装置，是集继电保护、综合测控、数据通信功能于一体的矿用综合保护装置。保护采用了先进的32位ARM处理技术，吸收并借鉴了地面电站综合自动化装置成熟的软硬件技术，在保护功能的可靠性、实时性方面提供了有力的技术保障。GPZB-I高压综合保护装置具有智能零时限速断保护、短路保护、反时限过载保护、过流I段保护、过流II段保护、过压保护、欠压保护、零序过压、零序过流、相不平衡保护、选择性漏电保护和电缆绝缘监视等保护功能。GPZB-I高压综合保护装置，是我公司KJ384煤矿供电监控系统的组成部分。本保护装置可以独立作为矿用隔爆型高压配电装置综合保护器，也可以和KJ384-F矿用本安型电力监控分站一起组成矿用供电监控系统。1.2 系统特点智能零时限防越保护系统特点：1.采用故障特征码启动防越信号，在故障发生的同时，防越信号能实时到达各自的上级开关，保证任意点故障时，故障点保护动作的瞬动性。2.变电所内部采用辐射型网络，点对点的平衡式传输方式，任意一条通讯线路故障时，不影响其它通讯线路，提高通讯系统的健壮性和抗干扰能力。变电所之间采用光纤连接，保证远距离时信息的可靠传输，本系统通讯网络的布局也使施工简洁，易维护。 3.智能零时限防越保护系统具备自检功能，全系统自检周期仅3-5毫秒，当防越信号电缆出现断路或短路故障时，可以在小于四分之一周波的时间内调整保护装置的闭锁逻辑，故障线路的保护装置自动闭锁，且立即转为常规的三段式保护，以保证其它线路正常工作，并发出报警信号。1.3 系统构成如图中所示，将高压配电系统中的保护装置按照变电所位置划分为多级保护系统，级与级之间设定上下级关系，当下级发生故障时，距离故障点最近的下级保护装置启动零时限电流保护，同时启动防越信号传送至上级开关保护装置，上级开关保护装置收到防越信号后闭锁本开关保护装置的电流保护，并同时调整电流保护的动作时间，若距离故障点最近的下级开关保护装置跳闸成功，则闭锁信号自动转为正常信号，若下级保护的闭锁信号持续80160ms后仍不消失，则上级保护装置判定为下级开关拒动，上级保护装置随即发出跳闸命令切除故障，实现快速后备保护。基于全站的防越系统将每一台保护装置联合起来成为一个整体，每一台保护装置的速断保护延时定值均可整定为零时限，且不需要将上下级速断保护电流定值作明显区分。智能零时限防越保护的通讯使用成熟的光纤通信技术，采用专用的光纤通信通道，实现上下级保护之间的防越信息的可靠互换。2、产品特点 更快的运算速度，更高的采样精度，采用美国TI的32位高速DSP芯片，双极性A/D转换器，快速FFT运算。 保护器内部使用电力系统专用互感器进行高保真采样，保证了装置能测量到20倍额定电流且线性度优良，有利于保护运算结果的正确可靠。 大电路板整体设计，真正达到防潮、抗振动，适合安装于井下潮湿、高温的现场环境下运行。 装置自带大电流操作回路，在弹操结构的开关中不需要附加中间继电器就可带动合闸电机进行合闸操作。 采用12864大点阵蓝膜液晶汉字显示器，外形美观。 兼有遥测、遥控、遥信、遥脉功能。3、技术指标3.1 工作环境要求正常工作温度：-15+50，24小时内平均温度不超过35，(-40 +70，可由用户指定选择)。贮存及运输温度：-25 +70 ，在极限值下不施加激励量，装置不出现不可逆的变化，温度恢复后，装置应能正常工作。3.2 功率消耗交流电流： 1VA/相 （In=5A） 0.5VA/相 （In=1A）交流电压： 0.5VA/相直 流： 正常时 10W跳 闸 时： 15W3.3 主要保护功能配置装置主芯片采用德州仪器的TMS320C2000系列DSP器件，拥有更快的运算速度，因此我们配备更强大的保护功能、更加精确的保护定值。以下列出了本装置配备的保护功能。因三段式电流保护的辅助功能不常用，配备闭锁元件和方向性元件时需用户在订货时指定。n 速断保护功能n 过流I段保护功能n 过流II段保护功能n 过载反时限保护功能n 零序过流保护功能n 零序过压保护功能n 方向型漏电保护功能，带方向型保护n 欠压保护功能，带断相保护n 过压保护功能n 绝缘监视保护功能n 风电瓦斯闭锁保护功能n 相不平衡保护4、保护原理4.1 速断保护速断保护即短路保护，保护功能可以独立地用控制字选择，当任一相电流大于整定值后，判别元件动作。现场运行中多会发生单相对地短路，而三相短路的几率相对稍小，当发生三相短路时，短路电流最大，系统电压下降到最低值，由于保护器的电源来自高压开关电压互感器的副边，出现三相短路时，母线电压的快速下降势必影响保护器的供电，因此本保护器内部使用大容量储能元件作为装置的后备电源，当母线电压下降时，将能量释放给保护装置使用，保证在三相短路的情况下有足够的能量进行跳闸操作。4.2 零序过流保护零序过流保护是针对接地系统而设置。零序过流的方向有大电流接地系统和小电流接地系统之分，在大电流接地系统故障中，零序电流超前零序电压95110，所以我们设置了70的灵敏角，煤矿井下610KV电压等级的中性点不接地或中性点经消弧线圈接地的系统为小电流接地系统，小电流接地系统的方向我们采用了和图4-1相反的动作区。图4-1 大电流接地系统方向元件的动作范围4.3 过电压保护为避免单相接地时引起过电压保护误动，过电压保护采用线电压，过电压保护动作于跳闸。其逻辑框图见图4-2。图4-2 过电压保护逻辑框图4.4 过载反时限保护反时限保护的动作时限与被保护线路中负荷电流的大小成反比,通过平移动作曲线,可以非常方便地实现被保护线路的全线配合。见图4-3所示。即电流值越大，其允许开关工作的时间越短。即充分发挥了被保护设备的效益，又不致使设备长时间过热而损坏。由于过载反时限保护在原理上与很多负载的故障特性相似，因此，在很多场合它比定时限电流保护具有更优越的保护性能。图4-3 过载反时限特性其中：K-热容系数；Iset-反时限启动电流；tmin-为最小时间。图4-3列出了过载反时限的计算公式，Iset为反时限启动电流，当开关负荷大于这个定值时，保护启动反时限保护，进行热量积累，热量累计的速率随负荷电流的变化而变化，启动电流的设置可根据开关负荷的大小计算出来，本装置提供更为方便的反时限投入方式，只需根据负载选择过载曲线号，曲线号如表4-1所示。Ie为反时限保护的启动电流，可以开关额定工作电流，也可以是根据负荷的计算值。表4-1：过载电流与延时时间的反时限特性表延时时间过载电流整定位置1档2档3档4档1.05 Ie1.20 Ie4060秒60秒2分2分3分3分6分1.50 Ie2040秒3060秒1分1分30秒1分30秒2分30秒2.00 Ie1120秒1420秒2040秒4060秒6.00 Ie8秒8秒8秒8秒4.5 低电压保护当供电线路的电压降低或者故障引起的供电线路的电压降低时，低电压保护元件启动，电压降低到定值以下时，保护根据控制字动作于跳闸。为防止电压互感器回路断线引起误动作，本保护可选配电流闭锁功能，即当任一相电流大于闭锁电流定值时闭锁本保护出口。选配电流闭锁功能需在订货前说明。4.6 绝缘监视保护当双屏蔽电缆的屏蔽芯线与屏蔽地线之间的绝缘电阻值Rd降低到：Rd3K时，保护可靠动作；双屏蔽电缆的屏蔽芯线与屏蔽地线之间的绝缘电阻值Rd增加到Rd 5.5K保护可靠不动作；当双屏蔽电缆的屏蔽芯线与屏蔽地线之间的回路电阻值Rk增加到：Rk 1.5K时，保护可靠动作；双屏蔽电缆的屏蔽芯线与屏蔽地线之间的绝缘电阻值Rd降低到Rd 0.8K保护可靠不动作。4.7 三相不平衡任一相电源断路、低于或高于其它两相负载电流达到设定值时，保护器动作。不平衡系数 = （最大相电流值 最小相电流值）/最大相电流值。因使用相电流的最大值和最小值进行比较，所有不平衡保护引入了B相电流参与比较。5、人机对话操作说明5.1 人机对话简介装置使用大点阵式液晶，可动态显示保护线路的电气量和故障信息，配合按键或者遥控器完成保护定值的修改及查询。按开关的复位键可进入主菜单，如图5-1所示，有测量数据、定值管理、系统管理、事件记录、开关控制、模拟试验、出厂设置。带阴影的部分为当前屏的光标位置，按开关移位键，光标向下移动一个显示位置， 按确认键进入其相应选项的下级菜单。我们努力让菜单尽量简单、快捷、容易操作，尽量使用提示语，以便用户操作时更容易理解要操作的内容。菜单分屏显示是为了让用户更明了所设置的项目，对于刚开始使用的用户来说，可能会更快上手。 a.主菜单第一屏显示内容 b. 主菜单第二屏显示内容c. 主菜单第三屏显示内容图5-1：主菜单显示内容5.2 主菜单说明以下是对主菜单显示内容的说明：1) 主菜单中的“测量数据”选项，进入可以查看保护的线电压、相电流、零序电流、零序电压、有功功率、无功功率、功率因数、电度量等实时电气量。2) 主菜单中的“通讯参数” 选项，进入可以查看或者修改通讯波特率、通讯地址。3) 主菜单中的“事件查询” 选项，进入可以查看最近发生的事件，事件被记录在掉电不丢失的存储器中保持。显示在首屏的是最新的事件，每条故障信息包含有故障类型（如速断、过流、漏电、低电压、过电压、绝缘监视等），故障动作值，故障动作时间。4) 主菜单中的“定值整定” 选项，进入可以修改各保护功能的定值，是否投入保护功能。5) 主菜单中的“试验项目” 选项，为命令菜单，进入后可以做模拟实验，开关合分闸试验。6) 主菜单中的“时间设定”选项，进入可以设置保护时间。7) 主菜单中的“附加功能”选项，附加功能包括过流一段保护、过流二段保护、零序过压保、零序过流保护，因为这些保护功能不常用，所以设置为附加功能。8) 主菜单中的“通讯测试”选项，在通讯连接和调试期间，或者通讯系统出现异常期间，这个选项就会很有用，通过操作这个选项的命令，每一台通讯正常的保护都可以作为主机，发送测试码给总线上的任意一台保护，用于测试和故障判断，对于维护通讯系统很有帮助。5.3 测量数据按开关的移位键，将光标移动到“测量数据”选项，按开关的确定键进入实时数据子菜单。界面显示如图5-2，按开关移位键，显示下一屏电气量。 a.测量数据第一屏 b. 测量数据第二屏 c.测量数据第三屏 d. 测量数据第四屏 e.测量数据第五屏 f.测量数据第六屏图5-2：测量数据菜单显示内容5.4 定值管理按开关的移位键，将光标移动到“定值整定”选项，按开关的确定键进入定值管理子菜单。整定值保存操作注意事项：定值修改完成后，连续按移位键，到保存命令选项“保存修改”后，按确认键保存定值。5.5 保护功能整定及解释1.额定值设置：界面显示如图5-3，首先设置开关的额定电压和额定电流，一般开关额定电压为10KV或者6KV，额定电流为50A、100A 、150A、200A、300A、400A、600A、630A、800A、1000A。图5-3：额定值设置菜单2.短路保护设置：界面显示如图5-4， 菜单提供短路倍数设置，范围1.0-9.9倍，步长0.1倍；延时范围000-990毫秒，步长10毫秒。保护功能可打开或者关闭。这里要申明一个概念“倍”。短路保护或者过电流保护的整定值是以“倍”为单位的，这里的“倍”是指开关的额定电流，如一台开关的额定电流是630A，短路整定值是5.6倍，即以5.6倍的开关额定工作电流值作为速断定值。可计算出实际定值是5.6 630 = 3528 A。图5-4：短路设置菜单3.过载设置：界面显示如图5-5，过载保护即反时限过载保护，启动电流即过载倍数，启动电流设置范围0.2-1.5倍，步长0.1倍；过载档位范围1-4。保护功能可打开或者关闭。设置时应估算开关的负荷，负荷大时应增大启动电流，负荷小时应减少启动电流。要减慢动作时间就将过载曲线值增大，相反要加快动作速度就将曲线值减小。图5-5：过载设置菜单4.方向型漏电设置：界面显示如图5-6，单独的零序电压或者零序电流作保护缺乏可靠性，增加判定功率方向的保护功能可以使漏电保护具备区分本侧线路还是电源侧线路故障的能力。这里的功率方向判断也可以关闭，我们建议将方向打开，以区分故障线路与非故障线路。 U0：即零序电压，定值范围3.0-50.0V，步长1V； I0：即零序电流，定值范围0.5-10.0A，步长0.1A； 延时：动作时间延时，范围0.0-3.5秒，步长0.1秒； 方向：零序的功率方向，即零序电压和零序电流的角度，因漏电故障时，故障线路的零序功率角跟非故障线路的零序功率角不同，保护以此作为判断。 方向型漏电的保护功能可打开或者关闭。 图5-6：方向型漏电设置菜单5.过压保护设置：界面显示如图5-7，系统过电压有两种情况，一个是瞬间过电压，一个是长时间过电压。瞬间过电压可以由压敏管吸收；长时间过电压就由保护监测，延时动作。过压定值：范围100-145%，步长1%；延时：动作时间延时，范围0-30秒，步长1秒；图5-7：过压设置菜单6.欠压保护设置：界面显示如图5-8，欠压定值：范围55-99%，步长1%；延时：动作时间延时，范围0-30秒，步长1秒；保护功能可打开或者关闭。图5-8：欠压设置菜单7.风电瓦斯闭锁设置：界面显示如图5-9，接点类型：设置风电或者瓦斯接点的类型，即风电保护器或者瓦斯断电仪的联动出口继电器是常开点还是常闭点。保护功能可打开或者关闭。5-9：风电瓦斯闭锁设置菜单8.绝缘监视设置：界面显示如图5-10，在不使用双屏蔽电缆的绝缘监视功能时，建议关闭，出厂设置恢复时，默认关闭监视功能。保护功能可打开或者关闭。5-10：绝缘监视设置菜单因各个保护功能可独立设置它的各个定值大小及功能的“开”或者“关”，请务必确认修改过的定值被保存。简单的确认方法是设置成功后，退出到主界面后重新进入保护功能菜单查看一下，以确认设置无误。5.6 密码管理按开关的移位键，将光标移动到“密码管理”选项，按开关的确定键进入密码管理子菜单，如图5-11所示。 图5-11： 密码管理菜单密码管理菜单说明： 密码修改：出厂时密码为 “0000”，如需修改密码，可以按显示屏的提示完成密码修改。 关闭密码：密码可以关闭，也可以打开，关闭密码时，进入重要参数设置屏时就不会有密码保护。相反，密码在打开时，进入重要菜单时需要输入密码才能访问。5.7 事件查询按开关的移位键，将光标移动到“事件查询”选项，按开关的确定键进入事件记录子菜单，如图5-12所示。再次按开关的移位键查看下一条故障信息，按复位键退出故障信息显示。故障事件记录在存储器中，且被记忆，当有事故跳闸发生时，事件信息会自动弹出界面显示出来，显示在第一屏的为最新动作的事件。图5-12：事件查询菜单5.8 试验项目按开关的移位键，将光标移动到“试验项目”选项，按开关的确定键进入试验项目子菜单，如图5-13所示。再次按开关的移位键移动光标，找到要执行的命令选项，按确定键执行命令。试验项目操作前，请确认开关没有带负荷工作，以免引起不必要的跳闸停电。 图5-13： 开关控制子菜单5.9 附加功能按开关的移位键，将光标移动到“附加功能”选项，按开关的确定键进入附加功能子菜单。1. 过流一段保护如图5-14所示，作为定时限过流保护功能的补充，定值范围0.5-9.9A，步长0.1A，延时0-30秒，步长1秒，保护功能可打开或者关闭。恢复出厂值时时会关闭过流一段保护。图5-14：过流一段保护设置菜单2. 过流二段保护如图5-15所示，作为定时限过流保护功能的补充，定值范围0.5-9.9A，步长0.1A，延时0-30秒，步长1秒，保护功能可打开或者关闭。恢复出厂值时时会关闭过流一段保护。图5-15：过流二段保护设置菜单3. 零序过压设置：如图5-16所示，单独的零序电压作为保护，定值范围3-99V，步长1V，延时0-30秒，步长1秒，保护功能可打开或者关闭。恢复出厂值时时会关闭零序过压保护，道理同零序过流保护，因为零序过压保护不具有方向判断功能，无法区分电源侧故障还是本开关出线侧的故障，所以建议用户关闭此项保护功能，打开方向型漏电保护。图5-16：零序过压设置菜单4. 零序过流设置：如图5-17所示，单独的零序电流作为保护，定值范围0.5-9.9A，步长0.1A，延时0-30秒，步长1秒，保护功能可打开或者关闭。恢复出厂值时时会关闭零序过流保护，因为零序过流保护不具有方向判断功能，无法区分电源侧故障还是本开关出线侧的故障，所以建议用户关闭此保护功能，打开方向型漏电保护。图5-17：零序过流设置菜单5.10 出厂设置按开关的移位键，将光标移动到“出厂设置”选项，按开关的确定键进入出厂设置子菜单，如图5-18所示。出现问询菜单，要求用户确认是否恢复出厂设置。请谨慎使用出厂设置，当大部分参数需要重新调整时可以使用。图5-18：出厂设置菜单6、关于B相电流保护循环显示各电气量，在“测量数据”菜单中可以看到所有的测量数据，由于高压开关没有安装B相电流互感器，这里的B相电流不是实际测量值。根据三相电流相位互差120度，由基尔霍夫电流定律：矢量IB = -（IA + IC），计算出B相电流，如图6-1所示。在开关试验或者调试过程中，通常使用大电流发生器做试验，由于大电流发生器一般都是单相输出（一个回路），在实验过程中会有以下4种接线方式，接线方式的不同，B相电流会有4种显示结果。为了不造成疑问，这里举例出来说明一下。这里申明，在开关正常带载运行过程中，三相负载的状态下，3相电流有相位差，角差接近120度，不会出现以下列举的4种现象！图6-1：负荷电流显示屏6.1 只对开关A相通电流矢量IB = -（IA + IC），由于C相没有通电流，IC= 0，所以有IB = IA（公式前面的负号代表的是向量关系）。当通入300A电流时，显示如图6-2所示。图6-2：负荷电流显示屏6.2 只对开关C相通电流矢量IB = -（IA + IC），由于A相没有通电流，IA= 0，所以有IB = IC。当通入300A电流时，显示如图6-3所示。图6-3：负荷电流显示屏6.3 A相、C相同时通电流（接线方式1）接线过程:短接A、C相电流回路的出线端，大电流发生器输出接A、C相电流回路的进线端。由于A相回路电流与C相回路电流方向相反，矢量IB = -（IA + IC），IA +（- IC）= 0，所以有IB = 0。当通入300A电流时，显示如图6-4所示。图6-4：负荷电流显示屏6.4 A相、C相同时通电流（接线方式2）接线过程:将A相电流回路的出线端和C相电流回路的进线端短接，大电流发生器输出接A相电流回路的进线端和C相电流回路的出线端。由于A相回路电流与C相回路电流方向相同，IA + IC= 2IA=2IC，所以有IB = 2IA=2IC。当通入300A电流时，显示如图6-5所示。图6-5：负荷电流显示屏7、关于485通讯保护器485通讯口在液晶显示器的2芯航空插头上。通讯协议为485 Modbus RTU协议，具体协议内容请参考“485 Modbus RTU通讯协议”文档。保护器485通讯口内部通讯电路采用DC/DC电气隔离。8、关于CAN通讯（选配）CAN通讯的特点是距离远、速度快、可靠性高。通讯协议为CAN Modbus RTU协议，具体协议内容请参 “CAN Modbus RTU通讯协议”文档。本机同时配备485通讯和CAN通讯功能，也可以单独配备其中一种通讯功能。在具有两种通讯功能的保护中，因485通讯和CAN通讯