PST640系列技术说明书.doc

PST 640 系列 数字式变压器保护装置 技术说明书 使用说明书 编写 王胜 王家华 审核 马文龙 批准 郭效军 V1 52 国电南京自动化股份有限公 司 2003 年 11 月 本公司保留对此说明书修改的权利 请注意最新版本资料 由国电南自技术部监制 第一部分 技术说明书 目 次 1装置简介 1 2技术参数 5 2 1额定参数 5 2 2主要技术性能 5 2 3绝缘性能 6 2 4电磁兼容性能 7 2 5机械性能 7 2 6环境条件 8 3装置硬件 9 3 1机箱结构 9 3 2交流模件 9 3 3CPU 模件 10 3 4电源模件 12 3 5逻辑及跳闸模件 12 3 6人机对话模件 13 3 7开关量保护模件 14 4保护原理 15 4 1差动速断元件 15 4 2比率差动元件 15 4 3二次谐波制动元件 16 4 4TA 断线报警及闭锁 16 4 5非电量保护的事件记录及延时 17 4 6过电流元件 17 4 7低电压闭锁元件 18 4 8负序过电压闭锁元件 18 4 9过负荷元件 18 4 10 TV 断线检测 18 4 11 三相重合闸 18 4 12 后加速 19 4 13 数据记录 19 5与变电站自动化系统配合 21 6定值及整定说明 22 6 1PST 641 数字式变压器差动保护装置整定值清单及说明 22 6 2PST 642 数字式变压器后备保护装置整定值清单及说明 24 声 明 声 明 恭喜您购买了国电南京自动化股份有限公司的数字式保护及自动化产品 数字保护及自 动化技术的国内领先者 所有国电南京自动化股份有限公司的 PS 系列数字式保护及自动化产品符合严格的技术 规范和 ISO9001 产品质量标准 经得起恶劣的现场工作环境的考验 拥有丰富的数字式保护 及自动化设备的开发经验 对用户常年 24 小时的技术支持 您尽可以信赖国电南京自动化 股份有限公司的产品 PS 系列产品采用完全汉化的显示技术 人机界面友好 使您免除查找说明书操作的烦 恼 每款产品均配置了基于 PC 机调试界面的接口 结合本公司提供的 Psview 调试软件包 大大改善了现场调试手段 PS 640 系列产品采用防水 防尘 抗振动设计 适合安装于开关柜等环境条件较为恶 劣的现场运行 机箱面板采用先进的工业美学设计 使用方便 倍感亲切 通过尽心的研究和设计 PS 640 系列数字式保护及自动化产品具有如下特点 大资源 高起点大资源 高起点 摩托罗拉 32 位单片机技术 使产品的稳定性和运算速度得到保证 保护采用 14 位的 A D 转换器 可选配的专用测量模块其 A D 转换精度更 是高达 24 位 各项测量指标轻松达到 配置以大容量的 RAM 和 Flash Memory 可记录 8 至 50 个录波报告 记录 的事件数不少于 40 次 可独立整定 16 套保护定值 定值切换安全方便 高精度的时钟芯片 并配置有 GPS 硬件对时电路 便于全系统时钟同步 配备高速以太网络通信接口 并集成了 IEC 60870 5 103 标准通信规约 现场免维护概念现场免维护概念 尽心的电气设计 整机无可调节器件 高等级 品质保证的元器件选用 优异的抗干扰性能 组屏或安装于开关柜时不需其它抗干扰模件 防水 防尘 抗振动的机箱设计 完善的自诊断功能 安全标准 安全标准 PST 640 系列数字式保护装置符合各种安全标准 GB T 7261 2000 继电器及装置基本试验方法 GB 9254 1998信息技术设备的无线电骚扰限值和测量方法 GB T 9361 1988 计算站场地安全要求 GB T 14537 1993 量度继电器和保护装置的冲击和碰撞试验 GB T 14598 1998 静态继电器及保护装置的电气干扰试验 GB T 17626 2 1998 电磁兼容 试验和测量技术 静电放电抗扰度试验 GB T 17626 3 1998 电磁兼容 试验和测量技术 射频电磁场辐射抗扰度试验 GB T 17626 4 1998 电磁兼容 试验和测量技术 电快速瞬变脉冲群抗扰度试验 GB T 17626 5 1999 电磁兼容 试验和测量技术 浪涌 冲击 抗扰度试验 GB T 17626 6 1998 电磁兼容 试验和测量技术 射频场感应的传导骚扰抗扰度 GB T 17626 8 1998 电磁兼容 试验和测量技术 工频磁场抗扰度试验 GB T 17626 9 1998 电磁兼容 试验和测量技术 脉冲磁场抗扰度试验 GB T 17626 10 1998 电磁兼容 试验和测量技术 阻尼振荡磁场抗扰度试验 GB T 17626 12 1998 电磁兼容 试验和测量技术 振荡波抗扰度试验 GB T 16836 1997 量度继电器和保护装置安全设计的一般要求 SD 286 1988 线路继电保护产品动模试验技术条件 IEC 60255 21 1 1988电气继电器 第 21 部分 量度继电器和装置的振动 冲击 碰撞和地震试验第一章 振动试验 正弦 装置简介 1 1装置简介 PST 640 系列数字式变压器保护装置是适用于 66kV 及以下电压等级的成套变压器保护 提供二次谐波制动的比率差动保护 开关量保护 及反应相间故障的后备保护 整套装置在 硬件上由几个独立的单元构成 差动保护单元 开关量保护单元及按侧配置的后备保护单元 各部分在电气及结构上均互相独立 各侧的后备保护单元同时完成该侧的测量控制功能 本保护装置每个电气保护单元的基本配置为两个 CPU 模件 其一为由 32 位微处理器构 成的保护功能单元 该单元配置了大容量的 RAM 和 Flash Memory 具有极强的数据处理 逻辑运算和信息存储能力 另一 CPU 由总线不出芯片的单片机构成通用的人机接口单元 两 个 CPU 模件之间相互独立 无依存关系 各种保护功能及自动化功能均由软件实现 表 1 本系列产品的型号及功能配置表 功能PST 641PST 642PST 644 差动速断 二次谐波制动的比率差动 TA 1 断线闭锁差动 过流保护 负序过电压闭锁 电流启动风扇 电流闭锁调压 过负荷告警 重瓦斯就地显示 上传 调压重瓦斯就地显示 上传 冷却故障就地显示 上传 压力释放就地显示 上传 轻瓦斯就地显示 上传 调压轻瓦斯就地显示 上传 油温高就地显示 上传 遥控功能压板 注 1 电流互感器 以下同 装置简介 2 功能PST 641PST 642PST 644 测量 TA 遥测 保护 TV 遥信 遥控 电度计量 2 电度 脉冲计量 GPS 对时 3 防误闭锁 远方管理 光纤通信接口 4 注 2 选配功能 需专用测量子模件 3 分 秒自适应 4 选配功能 需光纤通信子模件 订货时说明 装置的特点 本系列产品其保护及自动化功能均采用基于图形化界面的逻辑可编程的方式实现 采用 逻辑可编程方式构成的定型产品其功能配置能够满足多数用户的要求 如对功能配置有不同 要求 修改工作可以在短时内完成 所有产品的功能配置在出厂前已由本公司完成 不增加 用户额外的工作量 采用此种方式有以下优点 其一 缩短了相关产品的开发周期 产品功 能的拓展也更为快速方便 其二 由于功能配置的变化不需修改软件 系列产品的核心构成 不但在硬件上 而且在软件上彻底模块化 平台化 增强了产品品质的可信赖性 简单 灵 活 可靠三者得到完美的统一 此外 本系列装置还具备如下特点 1 完备的保护功能配置 差动保护 开关量保护及各侧的后备保护测控功能分别由独立的的单元完成 反应保护区内的差动电流速断保护及比率差动保护 并带有 TA 断线闭锁功能 反映相间故障的三段式相间电流后备保护 各段可独立设置成带或不带低压闭锁 以及带或不带负序过压闭锁 过负荷告警功能 电流启动风扇和闭锁调压功能 装置简介 3 TV 2 断线自动检测 配置了 8 路开关量保护 其中 4 路可用于跳开变压器各侧开关 2 一体化的设计 兼有遥测 遥控 遥信功能 可选配的专用测量模块 包括电度计量在内的各种测量及计量精度可达 0 5 级 对装设专用电度表的用户 提供累计脉冲电度的接入端 本间隔防误闭锁及信号提示 装置自带操作回路 不需附加其它设备即可直接跳合开关 真正的防水 防尘 抗振动设计 适合安装于开关柜等环境条件较为恶劣的现场运 行 3 人性化设计 产品采用全汉化液晶显示及打印 人机界面清晰易懂 实时显示及传送各种运行状态及数据 便于当地及远方巡检 面板配置有 RS232 接口 可接至 PC 机进行人机对话操作 配备计算机界面的调试 与分析软件 大大丰富了调试手段 可独立整定 16 套保护定值 定值切换安全方便 4 大资源 保护功能模件 CPU 的核心为 32 位微处理器 配置以大容量的 RAM 和 Flash Memory 使本产品具有极强的数据处理 逻辑运算和信息存储能力 Flash Memory 中可记录的录波报告为 8 至 50 个 可记录的事件数不少于 40 次 这些信息在装置 掉电后不会丢失 保护采用 14 位的 A D 转换器 可选配的专用测量模块其 A D 转换精度更是高达 24 位 各项测量指标轻松达到 配置了充足的开关量输入端 方便外部遥信量的接入 设置了高精度的时钟芯片 并配置有 GPS 硬件对时回路 便于全系统时钟同步 配备高速以太网络通信接口 并集成了 IEC 60870 5 103 标准通信规约 5 高可靠性 产品具有优异的抗干扰性能 顺利通过 IEC 60255 22 4 标准规定的 IV 级 注 2 电压互感器 以下同 装置简介 1515 4kV 10 快速瞬变干扰试验 IEC 60255 22 2 标准规定的 IV 级 空间放电 15kV 接触放电 8kV 静电放电试验 组屏或安装于开关柜时不需其它抗干扰模件 6 透明化 记录内部各元件动作行为和录波数据 记录各元件动作时内部各计算值 可将数据在 Psview 软件上分析内部各元件动作过程 7 免调试概念 在采样回路中 选用高精度 高稳定的器件 保证正常运行的高精度 避免因环境 改变或长期运行而造成采样误差增大 完善的自检功能 满足状态检修的要求 产品中无可调节元件 无需在现场调整采样精度 大大提高运行稳定性 技术参数 5 2技术参数 2 1额定参数 2 1 1 额定直流电压 220V 或 110V 订货注明 2 1 2 额定交流数据 a 交流电压 V 3 100 b 交流电流 5A 或 1A 订货注明 c 额定频率 50Hz 2 1 3 功率消耗 a 直流回路 正常工作时 不大于 25W 动作时 不大于 40W b 交流电压回路 每相不大于 0 5VA c 交流电流回路 额定电流为 5A 时 每相不大于 1VA 额定电流为 1A 时 每相不大于 0 5VA 2 1 4 状态量电平 CPU 及通信接口模件的输入状态量电平 24V 18V 30V GPS 对时脉冲输入电平 24V 18V 30V 各 CPU 输出状态量 光耦输出 允许电平 24V 18V 30V 驱动能力 150mA 2 2主要技术性能 2 2 1 采样回路精确工作范围 10 误差 电压 0 4V 120V 电流 0 08In 20In 2 2 2 接点容量 信号回路接点载流容量 400VA 信号回路接点断弧容量 60VA 2 2 3 跳合闸电流 断路器跳闸电流0 5A 5A 订货注明 断路器合闸电流0 5A 5A 订货注明 技术参数 6 2 2 4 各类元件精度 电流元件 5 电压元件 5 时间元件 Icd Ir Ir0 Id Icd Kcd Ir Ir0 Ir Ir0 同时满足上述两个方程时 比率差动元件动作 其中 Id为差动电流 Ir为制动电流 Kcd为比率制动系数 Icd为差动电流门槛定值 Ir0为拐点电流值 建议将元件中的拐点电流 Ir0设定为 1 0 倍的高压侧额定电流 以保证匝间短路在制动 电流小于额定电流即 Ir Ie时 没有制动作用 差动电流门槛判据不宜过小 建议取 Icd 0 4 0 8 Ie 比率制动系数的整定可按以下的公式进行 Kcd Kk Ktx Fwc U Fph 其中 Kk为可靠系数 取 1 3 1 5 Ktx为同型系数 取 1 0 Fwc为电流互感器的允许误差 取 0 1 U 为变压器调压抽头引起的误差 取调压范围的一半 保护原理 15 Fph为因电流互感器引起的电流不平衡产生的相对误差 取 0 05 比率制动系数 Kcd建议取值范围为 0 3 0 7 对于双圈变 Id I H I L Ir 2 I H I L 式中 分别为高压侧和低压侧电流 均以流入变压器为正方向 I H I L 在差动保护装置内 变压器各侧电流存在的相位差由软件自动进行校正 变压器各侧的 电流互感器均采用星形接线 并且以指向变压器为同极性 各差动元件的差电流 制动电流 均可在 采样值 测量值 菜单中实时显示 或在主菜单实时循环显示 以便于装置检测和 运行监视 差动保护动作后 共输出 4 副跳闸接点 分别为 X5 1 X5 2 X5 7 X5 8 X5 9 5 10 和 X5 11 X5 12 4 3二次谐波制动元件 利用三相差动电流中的二次谐波作为励磁涌流闭锁的判据 动作方程如下 Id2 Kxb Id 其中 Id2为三相差动电流中的二次谐波 Id为对应的三相差动电流 Kxb为二次谐波制 动系数 三相差动电流中只要任一相满足上述条件 均闭锁三相比率差动保护 Kxb 一般取 为 10 20 之间 建议取为 0 15 各差动元件的二次谐波有效值均可在 采样值 测量值 菜单中实时显示 或在主菜单 实时循环显示 以便于装置检测和运行监视 4 4TA 断线报警及闭锁 具有瞬时 TA 断线闭锁或告警功能及差流越限告警功能 1 比率差动启动后 需经过瞬时 TA 断线的检测 保证差流不是由于断线引起的 由于变 压器差动 TA 采用 Y Y 接线方式 能够比较方便的进行判别 判别为 TA 断线后 发出告警信 号 报告 TA 断线 通过调整控制字可以决定是否闭锁差动保护 瞬时 TA 断线判别在满足下列任何一个条件时 将不进行 TA 断线判别 保护原理 16 a 启动前某侧最大相电流小于该侧额定电流的 20 则不判该侧 b 启动后相电流最大值大于该侧额定电流的 120 c 启动后任一侧电流比启动前增加 在上述三个条件均不满足的情况下 如某一侧同时满足以下条件 则判为 TA 断线 a 只有一相电流为零 b 其余两相电流于启动前电流相等 2 如差流大于 15 的额定电流 经判别超过 10s 后 发出告警信号 并报告差流越限 但 不闭锁差动保护 这一功能兼起保护装置交流采样回路的监视功能 4 5非电量保护的事件记录及延时 从变压器本体来的接点经 PST 644 非电量保护装置重动后 输出一组空接点至 PST 641 主保护装置进行事件记录 并可通过 MMI 将记录上传至后台计算机 与 PST 644 非电量保护装置相对应 PST 641 装置通过投退软压板选择何种非电量信息 需要进行记录 整定控制字选择冷却故障是否经过延时跳闸 延时时间也可整定 PST 641 装置在延时到达后 输出一付跳闸接点 备用出口 4 X5 13 X5 14 经压板返回 PST 644 非电量保护装置起动跳闸总出口 4 6过电流元件 装置实时计算并进行三段过流判别 每段均为一个时限 各段电流及时间定值可独立 整定 可通过控制字分别控制各段电流保护的投退 装置在执行三段过流判别时 各段判别逻辑一致 其动作条件如下 1 I Idn Idn 为 n 段电流定值 I 为相电流 2 T Tdn Tdn 为 n 段延时定值 后备保护中采用的默认的跳闸逻辑为 电流 段 经电流 段延时后驱动分段断路器出口 电流 段 经电流 段延时后驱动对侧断路器出口 电流 段 经电流 段延时后驱动本侧断路器出口 相应调整各段电流定值和延时时间 即可改变动作逻辑 如上述逻辑组合无法满足用 户技术要求中提出的跳闸逻辑时 可通过更改保护的逻辑图满足用户的要求 保护原理 17 4 7低电压闭锁元件 低电压元件在三个线电压中的任意一个低于低电压定值时动作 开放被闭锁保护元件 通过控制字可分别决定三段电流保护是否经过低电压闭锁 4 8负序过电压闭锁元件 由三个线电压计算得到 当负序大于负序过电压定值时 开放被闭锁保护元件 可以同 低电压闭锁元件共同构成复合电压闭锁元件 与过电流元件构成复合电压过电流保护 本元 件也可通过控制字决定闭锁任何一段电流保护元件 4 9过负荷元件 过负荷元件监视三相的电流 其动作条件为 MAX I Ifh 其中 Ifh为过负荷电流定值 4 10 TV 断线检测 满足以下任一条件时 装置报发 TV 断线 信息并点亮告警灯 1 三相电压均小于 8V 某相电流大于 0 25A 判为三相失压 2 三相电压和大于 8V 最大线电压小于 16V 判为两相 TV 断线 3 三相电压和大于 8V 最大线电压与最小线电压差大于 16V 判断为单相的 TV 断 线 装置在检测到 TV 断线后 退出电压元件 TV 断线检测功能可以通过 模拟量求和自 检 控制字投退 4 11 三相重合闸 PST 642 变压器后备保护仅对本装置操作回路所对应断路器设有三相重合闸功能 此 功能由软压板中 备用 1 控制投退 输出接点为 重合闸重动 X5 1 X5 3 4 11 1 充电条件 断路器合位且无闭锁重合闸信号 经 15 秒后完成重合闸充电 充电过程中 备用 1 软压板灯发闪光 充电完成后发平光 不再闪烁 4 11 2 启动方式 电流 I 段仅仅跳开本侧断路器后启动重合闸 保护原理 18 4 11 3 闭锁条件 满足以下任一条件 重合闸 放电 1 控制回路断线后 重合闸延时 10s 自动 放电 2 弹簧未储能端子高电位 重合闸延时 2s 自动 放电 3 闭锁重合闸端子 备用开入 1 高电位 重合闸立即 放电 4 电流 II 段延时跳对侧断路器 重合闸立即 放电 备用 1 软压板仅能投退重合闸功能 而位置不对应启动重合闸仅通过控制字 KG1 8 投退 且充电灯不反应其充电过程 4 12 后加速 PST 642 变压器后备保护仅对本装置操作回路所对应断路器 设置有重合闸后加速和 手合后加速功能 后加速功能开放时间为 3s 由软压板中 备用 2 控制投退 如不投入 重合闸功能 而只投入后加速软压板 则手合后加速功能有效 本装置的手合加速回路不需由外部手动合闸把手的触点来起动 此举主要是考虑到目 前许多变电站采用综合自动化系统后 已取消了控制屏 在现场不再安装手动操作把手 或仅安装简易的操作把手 手合加速回路的启动条件为 a 断路器在分闸位置的时间超过 30s b 断路器由分闸变为合闸 加速允许时间扩展 3s 本装置设置了独立的电流加速段电流定值及相应的时间定值 4 13 数据记录 装置具备故障录波功能 可记录各输入模拟量 可记录的状态量为断路器位置 保护跳 闸合闸命令 为避免因系统扰动使保护频繁启动 导致存储不需要的数据 本装置录波数据仅当保护 动作后 才存入 FLASH RAM 中 掉电保持 否则 本次数据只保存在 RAM 中 掉电不保持 可被 PC 机读取 可记录的录波报告为 8 至 50 个 可记录的事件不少于 40 次 数据存入 FLASH RAM 中 与变电站自动化系统配合 19 5与变电站自动化系统配合 本系列装置可用于自动化变电站也可用于非自动化变电站 安装于装置面板上的运行方式开关打至 就地 位置 就地操作电源被接通 可实现就 地分合断路器操作 此时 远方遥控断路器的操作将被闭锁 运行方式开关打至 运行设置 位置时 可由当地进行压板投退 定值手动切换等操作 此状态下远方遥控压板及遥控设 置保护定值等功能也将被闭锁 当运行方式开关打至 远方 位置 则装置的运行方式可由 监控系统遥控投退 软压板 控制 定值也由监控系统操作 同时允许通过遥控方式对断路 器进行操作 此状态下就地操作均将被闭锁 本系列装置提供的标准通信接口为以太网接口 并可根据用户要求提供光纤通信接口 装置集成了 IEC 60870 5 103 标准通信规约 为高度开放的终端系统 同时 通过本公司提 供的 PSX 系列通信接口及规约转换器 可方便地接入各种不同系统 定值及整定说明 20 6定值及整定说明 6 1PST 641 数字式变压器差动保护装置整定值清单及说明 1 整定值清单 序号定值名称参考范围单位备注 1控制字 10000 FFFF无参见控制字 1 KG1 定义 2控制字 20000 FFFF无备用 3高压侧额定电流0 2 15 0A 4低压侧额定电流0 2 15 0A 5差动速断电流0 02 100 0A 6差动启动电流0 02 40 0A 7比率差动拐点电流0 10 10 0A 8比率差动制动系数0 00 1 00无 9二次谐波制动系数0 01 0 50无 10冷却故障跳闸延时0 9000s 控制字 1 KG1 定义 位置 1 时的含义置 0 时的含义 15备用备用 14变压器为 Y 11 接线方式变压器为 Y Y 12 接线方式 3 13备用备用 2二次谐波制动投入二次谐波制动退出 1TA 断线闭锁差动保护TA 断线不闭锁差动保护 仅发信 0冷却故障跳闸延时投入冷却故障跳闸延时退出 2 定值整定计算方法及步骤 1 计算变压器各侧额定电流 In Sn Ue3 其中 Sn 变压器额定容量 单位 kVA Ue 计算侧额定电压 单位 kV 2 计算各侧流入差动元件的额定二次电流 Ie Kjx In Klh 定值及整定说明 21 其中 Klh 电流互感器变比 Kjx 变压器接线系数 变压器 Y 侧为 三角形侧为 1 3 例 已知变压器参数为 额定容量 Sn 20MVA 各侧额定电压 35 4 2 5 10 5kV 接 线方式为 Y 11 选用 TA 二次额定电流为 5A 名 称各侧数值 额定电压 kV 3510 5 额定电流 A 20000 35 329 9320000 10 5 1099 73 TA 接线方式YY 选用 TA 变比600 5 1201200 5 240 定值整定二次额定电流 A 329 9 120 4 7631099 7 240 4 58 3 比率差动元件的启动值一般取定值中 高压侧额定电流 的 0 4 倍 0 8 倍 4 比率差动拐点电流一般取 0 8 倍 1 0 倍的 高压侧额定电流 定值 5 比率制动系数一般取 0 3 0 7 之间 6 二次谐波制动系数一般可取 0 10 0 2 之间 建议取为 0 15 7 差动速断元件按躲过变压器的励磁涌流 最严重外部故障时的不平衡电流等情况整定 3 PST 641 数字式变压器差动保护装置软压板清单 压板名称对应功能 差 速差动速断保护功能投退 差 动差动保护功能投退 TA 断线无投退功能 始终处于投入状态 重瓦斯保护事件记录功能投退 调压重瓦斯保护事件记录功能投退 冷却故障保护事件记录功能投退 压力释放保护事件记录功能投退 轻瓦斯保护事件记录功能投退 调压轻瓦斯保护事件记录功能投退 油温高保护事件记录功能投退 需要的功能必须将软压板投入 不采用的功能将相应软压板退出即可 TA 断线 功能 定值及整定说明 22 压板正常运行时 建议投入 便于直观监视 6 2PST 642 数字式变压器后备保护装置整定值清单及说明 1 PST 642 数字式变压器后备保护装置整定值清单 序号定值名称整定范围单位备注 1控制字 10000 FFFF无参见控制字 1 KG1 定义 2控制字 20000 FFFF无备用 3过电流 I 段0 2 100 0A 4过电流 II 段0 2 100 0A 5过电流 III 段0 2 100 0A 6过电流 I 段时间0 0 20 00s 7过电流 II 段时间0 0 20 00s 8过电流 III 段时间0 0 20 00s 9低电压1 0 120 0V线电压 10负序