MPM200AII变压器保护技术说明书.docx
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MPM200AII变压器保护技术说明书
MPM200AII变压器保护装置
技术说明书
目录
第一章概述………………………………………………………………1
第二章技术参数…………………………………………………………2
第三章装置结构…………………………………………………………4
第四章系统功能及配置…………………………………………………7
第五章人机界面操作说明………………………………………………16
第六章安装说明………………………………………………………33
第七章用户调试………………………………………………………34
附录定值一览表
第一章概述
一、装置简介
MPM200AII型变压器保护管理装置是针对变压器回路而设计开发的保护测控一体化装置,能完成变压器的保护、测量、控制、谐波分析、故障录波和联网通信远动功能。
具备最优的性能价格比,结构简单、实用、功能强,运行安全可靠。
既可集中组屏,也可分散安装在开关柜上,适用于6~10KV场站用变压器,或者110KV以下电力变压器的后备保护。
二、总体特点
(1)独特的多CPU系统:
高速32位浮点DSP芯片负责保护算法,高性能32位定点ARM芯片负责各种人机接口,16位MCU负责扩展功能。
(2)人性化的人机接口:
160×128的大屏幕点阵液晶显示图形化菜单界面,配备旋转开关及多功能按钮,LED灯报警指示。
(3)支持ISP功能,所有程序(保护算法,显示界面等)均可现场下载,整个系统具有极大的扩展性,兼容性和开放性。
(4)维护更换方便简洁:
采用模块化设计+背插式结构,各个模块可以很方便抽出。
(5)可靠性高:
装置的主要器件(开关电源、IC、液晶、TVS管等)均为工业级器件,PCB板经过了计算机铜孔测试,采用了先进的电磁兼容性(EMC)设计技术、新型抗电磁和尖脉冲干扰器件、μPC器件,结构和工艺上均优先保证可靠性和抗干扰能力,软件上采用了冗余、容错、数字滤波等技术,从而保证了产品的高可靠性,能在强干扰和恶劣环境下(-20℃~65℃)长期稳定工作。
(6)精度高,免校检:
装置内无任何可调元件,精度均由软件调整,并带自校验,全数字化处理,从根本上消除了零点漂移、量程变化、线性变化等因素,使装置每年精度漂移小于0.1%。
因此精度不需定期校验(十年校核一次即可)。
(7)智能化程度高,自适应能力强:
通过面板或软件可设置和修改PT、CT变比、量程、接线方式、保护定值等参数,所有保护功能均设有软压板,可根据现场需要投退。
出口继电器均为可编程输出,所有设置及参数掉电后可保存十年。
高智能化使装置能通过现场设置修改适应现场要求,且便于互换,可最大限度地减少现场装置种类和备件数量。
(8)开放性好:
产品具有良好的通讯接口(标准RS232调试口,2路RS485口,1路以太网端口),接口均向用户和其他厂家开放,因此,产品可方便地接入其他系统。
第二章技术参数
一、额定参数
●装置电源:
100~250VDC或85~276VAC
●输入电流:
5A或1A(订货注明)
●输入电压:
100V
●额定频率:
50Hz
二、主要技术性能
1、功耗:
●交流电压回路:
不大于0.5VA/相
●交流电流回路:
不大于1VA/相(In=5A时)
不大于0.5VA/相(In=1A时)
2、采样回路精确工作范围:
●电压:
1~120V(相电压)
●保护电流:
0.1~20In
●测量电流:
0.01~1.2In
3、出口继电器接点容量:
●DO0~DO3:
250V10A(闭合);250VDC、0.3A或250VAC、3A(断开)
●DO4~DO7:
250V5A(闭合);250VDC、0.15A或250VAC、1.5A(断开)
5、精度:
●保护精度:
不超过±3%
●测量精度
电流、电压:
0.2级
功率:
0.5级
频率:
不超过±0.02Hz
积分电度:
1.0级
三、绝缘性能
●绝缘电阻:
参照IEC255-5,4级标准
●介质强度:
参照IEC255-5&ANSI/IEEEC37.90,CT输入、PT输入、电源、开关量输入、继电器输出对地安全接地系统,4级标准
●湿热性能:
参照IEC60068-2-30,4级标准
四、抗电磁干扰性能
●群脉冲干扰:
参照IEC255-22-1,4级标准
●快速瞬变干扰:
参照IEC255-22-4,4级标准
●静电放电:
参照IEC255-22-2,4级标准
●电磁场辐射:
参照IEC255-22-3,4级标准
五、机械性能
●振动:
装置能承受IEC规定的严酷等级为I级的振动耐久能力试验
●冲击:
装置能承受IEC规定的严酷等级为I级的冲击耐久能力试验
●碰撞:
装置能承受IEC规定的严酷等级为I级的碰撞耐久能力试验
六、环境条件
●环境温度:
工作温度:
-20℃~+65℃,24小时内平均温度不超过35℃
贮存温度:
-35℃~+70℃,在极限值下不施加激励量,装置不出现不可逆
变化,温度恢复后,装置能正常工作。
●相对湿度:
最湿月的月平均最大相对湿度为95%,同时该月的月平均最低
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:
86~106kPa(海拔高度2000m以下)
第三章装置结构
装置机箱按照全密封、防尘、抗振动的原则设计,以确保安装于条件较为恶劣的环境时仍具备高可靠性。
装置采用整面板形式,面板上包括汉化液晶显示器、操作按键、信号指示灯。
装置内部由CPU模块、交流模块、电源模块、人机对话模块构成。
一、CPU模块
CPU模块原理简图如下:
硬件时钟
人机对话
EPROM
RS485-1
/RS485-2/RS232通信
以太网口
ARM
数据采集
开入量
信号、告警输出
出口
图3-1CPU模块原理示意图
CPU模块主要由以下几部分构成:
1、CPU系统
CPU系统由微处理器CPU、NVRAM、EPROM、串行E2PROM、CPLD等构成,其中事件记录数据存放在非易失性NVRAM中,大容量EPROM用于存放程序代码,各种整定值则存放于串行E2PROM。
大规模复杂可编程逻辑器件CPLD大幅度减少了印制线路板的面积和接插件,缩短连线。
四层板工艺使抗干扰性能大大增强。
2、数据采集系统
数据采集系统由滤波回路、多路模拟开关、A/D转换器组成。
由于A/D转换器件内部包
含了采样保持及同步电路,具有转换速度快、采样偏差小、功耗低及稳定性好等特点,故装置采样回路无可调元件。
数据采集系统原理示意图如下:
交流
变换
模块
低通滤波1
A/D
......
......
图3-2数据采集系统原理示意图
3、开关量输入及输出
本装置设有供外部输入的12路开关量、4路电度脉冲输入。
除4路电度脉冲输入可选为无源(装置内部提供专用24VDC)或有源的方式,其余均为无源输入。
装置开出量全部可以自由组态,按容量分为两类,DO0~DO3为大容量继电器,建议用于跳闸,DO4~DO7为小容量继电器,建议用于报警。
4、通信部分
装置前面板设有供调试用的RS232通信口,背板提供两个可同时工作的RS485通信接口,两个RS485通信接口的通信地址、波特率、通信协议均可分别设置。
装置提供标准的MODBUS-RTU通信协议。
装置提供1路以太网通信接口(可选)。
5、时钟回路部分
装置模块内设置了硬件实时时钟,采用高精度的时钟芯片,不受装置掉电影响。
二、交流模块
交流模块包括电压输入(测量与保护共用)、零序电压输入、测量电流输入、保护电流输入、和零序电流输入。
电压变换器线性范围为:
1.00~120V(相电压)
保护电流变换器线性范围为:
0.1~20In
零序电流变换器线性范围为:
0.020~1.000A;小电流接地
0.1~20In;非小电流接地
测量电流测量范围为:
0.01~1.2In
交流模块接线原理参见附图。
三、电源模块
装置电源为高频开关电源,100~250VDC或85~276VAC输入。
模块输出三组直流电压,即+5V、±12V、+24V。
1、+5V为CPU等数字电路的工作电源;
2、±12V为AD采样电路工作电源;
3、+24V为DI、DO工作电源。
四、人机对话模块
本模块主要功能是显示CPU系统的输出信息,同时扫描面板上的按键状态并实时传送给CPU系统。
显示模块采用160×128大屏幕液晶,人机界面清晰易懂。
配置按键和旋转飞梭,使得人机对话操作方便、简单。
同时考虑到实际运行情况,在本模块还配置了LED灯指示相关信息,使装置运行更为直观。
第四章系统功能及配置
MPM200AII变压器保护管理装置以电流保护、电压保护、零序保护为基本配置,适用于6~10KV场站用变压器,或者110KV以下电力变压器的后备保护。
一、保护功能及原理
保护采用相电流突变量启动和辅助启动两种方式。
1)相电流突变启动方式
相电流突变采用周/周比较,其特点是不受负荷电流影响且快速灵敏同时具有较强的抗干扰能力,表达式为:
|i(k)-i(k-n)|-|i(k-n)-i(k-2n)|≥ε
其中:
n为每工频周期采样点,k为当前采样点。
当任一相电流突变量大于启动值,保护启动进入故障处理程序进行故障计算判别。
2)稳态量启动方式
保护还采用每相差电流的有效值作为辅助启动判别量,以便在没有明显突变量的情况下保护能可靠启动。
装置的保护功能主要包括:
●二段式电流保护(可选方向或复压闭锁)
●三段式电流保护
●纯过流保护
●反时限过流保护(一般反时限、强反时限、极强反时限、长反时限)
●二段过负荷保护
●高、低压侧反时限零序电流保护(一般反时限、强反时限、极强反时限、长反时限)
●高压侧二段零序电流保护(带方向闭锁)
●低压侧二段零序电流保护
●二段零序电压保护
●过压保护
●低压保护
●非电量保护
1、二段复压闭锁方向过电流保护
(1)复合电压闭锁过流元件
复合电压闭锁元件的起动判据是线电压和负序电压两个判据,低电压低于定值或负序电压超过定值均可起动过流保护,它们之间是“或”的逻辑关系。
所以复合电压闭锁(方向)过电流保护的判据为:
式中——负序电压;——最小线电压;d48:
低压定值;d67:
负压定值
(2)功率方向元件
方向元件的算法采用90°接线,装置规定由母线指向变压器为正方向,由变压器指向母线为反方向,方向元件的最大灵敏角为45°或30°可选,其正方向、动作方程(以IA,UBC为例)为:
即为:
,其中α为45°或30°可选,Re表示取向量的实部。
过流保护的I段、II段采用同一个方向元件,为防止变压器近区三相短路时失去方向性,过流保护I段采用记忆电压消除方向元件的电压死区。
装置在执行复压过流判别时,各段判别逻辑一致,其动作条件如下:
1)IΦ>IZD;IΦ为A、B、C任一相电流
;IZD为电流定值
2)电压闭锁条件满足
3)功率方向满足
4)T>TZD;TZD为延时时间定值
2、三段式电流保护
MPM200AII三段电流保护取变压器高压侧三相电流作为判据,包括速断、限时速断、定时限过流,其保护电流定值分别独立整定,满足条件后延时出口。
其中一段和二段可设置投入二次谐波制动。
当任意相电流大于速断电流定值时,装置出口,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)IΦ>IZDN;IΦ为A、B、C任一相电流
;IZDN为N段电流定值
2)T>TZDN;TZDN为N段延时时间定值
3)谐波制动闭锁条件满足(若投入)
3、纯过流保护
过流保护不加任何闭锁,作为复压闭锁过流保护的后备。
纯过流保护不经启动,当输入电流中任一相幅值大于整定值后,判别元件延时动作,动作判据为:
1)Imax>IZD;Imax为A、B、C最大相电流
;IZD为电流定值
2)T>TZD;TZD为延时时间定值
4、反时限过流保护
反时限曲线选用基于IEC255-4标准的四条反时限曲线,分别为标准反时限、强反时限、极端反时限、长反时限,其通用表达式如下:
其中:
:
动作时间;:
时间系数(整定值);I:
实际电流;:
起动电流整定值。
四条曲线的陡度不同,其陡度由α和β共同决定:
反时限类型
α
β
标准反时限
0.02
0.14
强反时限
1.0
13.5
极强反时限
2.0
80.0
长反时限
1.0
120.0
其中各反时限曲线对应的α、β值在装置出厂时已经固定,如果用户有上述之外的其它要求,请在订货时注明。
5、过负荷保护
MPM200AII具有两段过负荷保护功能。
当高压侧A、B、C任一相电流超出过负荷电流定值,装置经整定延时出口。
过负荷动作条件如下:
1)IΦ>IGFHZDN;IΦ为高压侧A、B、C任一相电流
;IGFHZDN为N段过负荷电流定值
2)T>TGFHZDN;TGFHZDN为N段过负荷延时时间定值
6、反时限零序电流保护
零序反时限过流保护基本原理与反时限过流保护相同。
7、高压侧零序方向过流保护
变压器中性点直接接地的零序保护方式是由二段零序方向过流保护构成,每段均可通过设置相应控制字选择是否投入、是否经方向闭锁。
零序电流可以用零序CT实测值,也可以用自产零序电流,用户可以通过“零序电流选择”软压板选择。
零序功率方向根据零序电流与零序电压的夹角确定,动作方程为:
,其中为零序电流与零序电压的夹角,为方向灵敏角。
正方向表示指向变压器,方向灵敏角为,故动作方程为;反方向表示指向系统,方向灵敏角为,故动作方程为。
方向元件的动作特性下图所示:
可得零序功率方向元件的动作方程为:
即为:
,Re表示取向量的实部,动作方向指向系统时,动作方向指向变压器时。
注:
①计算零序功率方向元件所采用的零序电流为自产零序电流;方向元件所采用的零序电压为自产零序电压;
②作为保护判据的零序电流可以选择采用零序CT采集电流和自产零序电流,由零序电流选择软压板选择。
8、低压侧二段零序电流保护
装置设有两段低压侧零序电流保护,动作逻辑如下:
1)I0 ;IDYZD为零序电流保护电流定值 2)T>TDYZD;T为动作时间,TDYZD为保护延时定值 9、二段零序电压保护 装置设有两段零序过压保护作为变压器接地故障保护,零序电压取自开口三角形零序电压或自产零序电压。 动作逻辑如下: 1)U0 ;UDYZD为零序电压保护电压定值 2)T>TDYZD;T为动作时间,TDYZD为保护延时定值 10、过电压保护 为避免使用相电压在单相接地时引起过压保护误动,装置过压保护取母线线电压。 UAB、UBC、UCA任一高于过压定值,延时时间到后跳闸。 过压保护动作条件如下: 1)ULL>UGYZD;ULL为任一线电压UAB、UBC、UCA ;UGYZD为过压保护电压定值 2)T>TGYZD;T为动作时间,TGYZD为过压保护延时定值 11、低电压保护 PT断线闭锁低电压保护,当无PT断线闭锁,且母线UAB、UBC、UCA任一线电压低于定值,延时时间到后装置跳闸出口。 低压保护动作条件如下: 1)ULL ;UDYZD为低压保护电压定值 2)无PT断线闭锁;PT断线及闭锁投入 3)T>TDYZD;T为动作时间,TDYZD为低压保护延时定值 12、非电量保护(本体保护) 变压器保护配置四个非电量保护,可用于变压器常见的轻、重瓦斯,超、高温等本体保护。 当设定的DI输入接点闭合时,保护延时出口。 13、PT断线检测 PT的二次侧每相都装有熔断器,在运行中,PT二次侧短路或发生其他故障时,常常导致二次回路的一相、两相甚至三相熔断器熔断,造成二次回路断线。 二次回路断线后,接至保护回路的相电压或线电压都将降低,甚至电压完全消失,表现为,正序电压很小(理想为零),如果是单相断线,由于单相电压为零,则三相电压不对称,出现较大的负序电压,因此判别方法为: ✧正序电压小于30V,且任一相电流大于0.04Ie ✧负序电压大于8V 满足上面任一条件,并且与电压量有关的保护启动元件没有动作,则延时10s报PT断线告警信号,电压正常后延时恢复。 在断线期间,根据整定控制字选择是退出经方向或低电压闭锁的各段过流保护或是暂时取消方向和低电压闭锁元件。 14、装置告警 当装置检测到下列硬件故障时: RAM、EPROM、定值出错、继电器状态不正确时,装置报警,并同时闭锁保护出口。 15、信号指示 装置向用户提供8个信号指示灯,均可用用户自由定义。 动作指示灯动作后,需通过装置按键手动复归;也可通过通信口远方复归。 装置默认LED0用于指示通讯,LED1用于指示事故信号,LED2用于指示告警信息,其余由用户自定义,用户也可以选择8个LED灯全部自定义(装置正常放置时从上到下依次为LED0到LED7)。 各定值整定方式及范围见【人机界面】和【定值一览表】。 二、监控功能 1.电气量测量功能 装置可实时测量变压器回路的各种电气量并在当地进行显示,亦可通过通信接口随时将当地测量参数内容上传后台机。 ①实时测量 实时测量参数包括电力参数和谐波失真。 所有测量值都是真有效值。 电力参数包括: ●A、B、C三相电流及其相角 ●A、B、C三相电压及其相角,AB、BC、CA三个线电压及其相角 ●电压、电流的正序、负序和零序分量 ●三相总有功功率、总无功功率、总视在功率 ●功率因数及频率 以上测量值均为线路高压侧一次实时有效值。 其中各相角均以UA为参考,相角测量未作精度要求,但能显示各输入量的相位关系,可直观地反映现场的接线是否出错。 对于各相的电压输入、测量电流输入,装置按每相基波的百分率计算谐波失真,每个输入都包括下面参数: ●高达31次的总谐波失真(THD) ●各次谐波失真(HD2~HD31) ②电度 电度参数是一个累计值,基本的电度参数包括: ●有功输入电度、有功输出电度 ●无功输入电度、无功输出电度 电度读数是真有效值,所有的电度参数表示三相的总和。 电度读数的最大范围为 999,999,999度,分辨率为1度。 超出这个值,读数将回到零。 1)输入: 输入电度代表了电能的消耗 2)输出: 输出电度表示产生的或反馈回电网的电能 2.脉冲电度累计功能 装置提供PI0~PI3四个脉冲输入接口,可分别对应常用的正有功、正无功、负有功、负无功4路电度脉冲输入,为无源方式。 每路输入都对应一个计数器,计数最大刻度为999,999,999个脉冲,超出此范围计数器将归零并重新开始计数。 PI也可用作DI使用。 3.遥信功能 装置提供用户12路无源开关量输入(DI0~DI11),SOE分辨率<1ms,可通过显示界面查看其位置状态。 4、通信功能 MPM200AII提供两个可同时工作的RS485通信接口,两个串口的通信地址、波特率、通信协议均可分别设定。 通信地址: MPM200AII在所有与主机相连的设备中被给定的编号,可设定为1~254。 波特率: 与主机的通信速率,可设定为1200、2400、4800、9600、19200、38400b/s。 通信协议: MODBUS-RTU协议。 MPM200AII前面板设有RS232调试口。 MPM200AII提供1路以太网通信接口(可选)。 5、事件记录功能(SOE) 装置可记录NO.0至NO.99共100个带有精确到1ms的事件记录,其中NO.0为最近一次事件记录,SOE总数超出100个,则最早产生的事件记录将被新近产生的事件记录覆盖。 装置掉电后事件记录仍可保存。 事件记录主要内容有: ●保护动作; ●遥信变位; ●定值修改; ●装置上电、告警等情况。 6、故障跳闸记录 装置故障跳闸时,除了在SOE中记录外,还记录最近的11次跳闸记录,其中跳闸信息(包括跳闸时间、跳闸类型、跳闸动作参数)可以在屏幕上直接查看,故障波形需要通过专门的上位录波软件查看。 7、PT、CT变比设置 PT变比和CT变比仅对实时测量值有效,MPM200AII的保护功能均取二次值。 PT变比——即PT一次额定电压与二次额定电压的比值。 如某系统PT初级额定线电压为35KV,次级额定线电压为100V,则PT变比=35KV/100V=350;如某系统电压未经过PT而直接输入,则PT变比应设为1。 CT变比——即CT一次额定电流与二次额定电流的比值。 如某CT初级额定电流为100A,次级额定电流为5A,则CT变比为: 100A/5A=20。 第五章人机界面操作说明 一、键盘说明 本装置设有4个按键和1个旋钮,说明如下: 【确认】――进入相应子菜单。 【退出】――退出本级菜单。 在“主菜单”下按下此键可以复归信号灯。 在“定值修改”画面时按下此键将弹出是否修改定值对话框。 【左移】――在“修改定值”画面时,按此键可以使光标向左移动。 【右移】――在“修改定值”画面时,按此键可以使光标向左移动。 【正旋】――在“主菜单”画面时,可以使光标向上移动,选择相应的子菜单;在“修改定值”画面时,可以使光标所对应的数据加1。 【反旋】――在“主菜单”画面时,可以使光标向下移动,选择相应的子菜单;在“修改定值”画面时,可以使光标所对应的数据减1。 二、显示菜单 本菜单采用层状方式,总体结构图如下所示: ·装置型号 ·开机自检 开入开出 系统定值 故障报告 1.开机自检画面 开启电源后显示的第一幅画面,显示的内容包括产品型号和公司名称,以及自检进度。 在自检成功之后显示“自检OK”,然后自动进入主菜单的显示;否则,自检失败发装置告警信号。 2.主菜单 主菜单显示的内容为9个子菜单的图标,当光标停在某个子菜单上时,对应的子菜单图标反色显示,在画面的最下方将显示图标的说明,如上图,光标停在开入开出子菜单,则该图标反色显示,最下方显示“开入开出”字样。 可以通过【正旋】和【反旋】旋动旋钮进行光标的移动;当光标停在所选子菜单上时,按下【确认】键进入相应的子菜单;在“主菜单”下,按下【退出】键可以复归信号指示灯。 装置上电自检完成后将显示此画面。 3.数据测量 在主菜单选择“数据测量”进入,可以查看单线图,测量相电压,测量线电压,测量电流,保护相电压,保护线电压,保护电流,保护对称分量,功率,功率因数,频率,电度量和
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