DSI 5151电动机保护说明书.docx
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DSI5151电动机保护说明书
DSI5151
使用说明书
综述
北京天能继保电力科技有限公司历经三年研发推出的DSI5000系列新型厂站综合自动化产品,是基于IEC61850建模要求及系统解决方案的全新产品,也是面向智能电网发展需求的新产品,被列为2008年北京市《中关村科技园区中小企业创新基金》支持项目,该系列产品具有我公司多项自主创新技术,也进一步体现了我公司专注于精益求精做产品的决心和能力。
DSI5000系列产品具有如下主要特点:
Ø全面高效实现IEC61850通讯协议
DSI5000系列产品基于IEC61850的面向对象的设计理念,保护和控制功能完全按照IEC61850-7-4的要求建模,完全实现了标准开放、未来可扩展、易于升级、柔性化的系统构架。
Ø领先的保护、控制功能图形可编程组态实现方法
保护和控制功能模块采用面向对象的设计和编程(OOD/OOP)方法,每个模块定时扫描执行。
各模块的输入和输出通过可编程图形工具由设计人员形成连接关系,并生成配置文件,配置文件通过FTP下载到装置即生成了特定功能的产品。
方便的现场可编程功能,使得非标产品可以在工程现场进行输入和输出逻辑编程,以满足特殊需求。
Ø高性能的软、硬件平台
采用应用于航天工程的Vxworks实时多任务操作系统实现了对CPU的综合利用,并保证了实时任务的快速响应,以满足继电保护可靠性和快速性的要求。
CPU采用Freescale公司高性能ColdFire32位工业级处理器,主频166MHz,外扩32MDDR、16MFlash和2MNVRAM。
支持双以太网通讯,介质可采用双绞线或光纤,协议支持IEC61850及IEC60870-5-103规约;双14位A/D转换器实现同步采样;320×240大屏幕蓝屏液晶显示器。
Ø丰富灵活的自动化功能
装置以COMTRADE格式记录故障录波数据,其中录波长度、录波内容、启动方式均可配置,最长录波时间长达20秒,并可用录波数据重复再现故障状态。
基于GOOSE信息可实现操作联锁,备自投、VQC、小电流接地选线等集中类功能分布实施完成,即可靠又减少了二次设备,也大大降低了使用维护成本。
采用软对时与对时脉冲相结合或IRIG-B编码实现GPS同步授时。
Ø大屏幕、指示灯可编程的友好人机界面
友好的人机界面,装置具有大屏幕汉字液晶显示和7个按键,配有人性化操作菜单,不需说明书就能很方便操作,面板上有多达18个可编程的指示灯,满足用户的不同需求。
Ø极强的的抗干扰性能
装置端子直接从插件后引出,实现了强弱电的有效隔离,提高了抗干扰能力。
在国家继电保护及自动化设备质量监督检验中心通过了快速瞬变4级、浪涌3级等12项EMC试验。
目录
1概述1
1.1适用范围1
1.2主要功能1
2技术参数1
2.1额定参数1
2.2交流回路过载能力1
2.3功率消耗2
2.4输出触点容量2
2.5工作电源2
2.6保护电流电压精确工作范围2
2.7主要技术指标2
2.8绝缘性能3
2.9冲击电压3
2.10抗干扰能力3
2.11机械性能3
2.12环境条件4
3装置硬件4
3.1装置结构4
3.2硬件说明4
4工作原理6
4.1启动元件(DeltaStr)6
4.2电动机状态监视(Motorstat)7
4.3电动机启动时间过长(启动堵转)保护(PTOCa)7
4.4电流速断保护、过流保护(PIOCg)8
4.5反时限过流保护(PTOCf)8
4.6两段负序电流保护(PTOCa、PTOCd)9
4.7零序过流保护(PTOCb)及小电流接地选线(PSDE)10
4.8零序过压保护(PTOVa)11
4.9过负荷保护(PTOCb)11
4.10过电压保护(PTOVc)12
4.11低压保护(PTUVa)12
4.12过热保护(PTTRa)13
4.13TV断线检测(TVFaulta)14
4.14TA断线检测(TAFaulta)15
4.15控制回路断线检测及电动机状态监视功能(OpFault)15
4.16本体保护(PGIOb)16
4.17测控功能16
4.18对时(TimeSyn)18
4.19故障录波(RADR、RBDR、RDRE)18
4.20通讯功能18
4.21自检(GCHK)18
5使用说明18
5.1人机对话板操作说明18
5.2保护定值说明27
5.3调试说明33
5.4运行维护34
6贮存保修36
6.1贮存条件36
6.2保修条件36
7供应成套性36
8订货须知36
9附图37
1概述
1.1适用范围
DSI5151电动机保护测控装置适用于3kV~10kV电压等级的中高压异步电动机的保护测量及控制功能,可在开关柜就地安装,也可组屏安装。
1.2主要功能
Ø速断保护、过流保护
Ø反时限过流保护;
Ø启动时间过长保护;
Ø负序速断保护和负序反时限保护;
Ø过负荷保护:
出口跳闸或告警可选择;
Ø过热保护;
Ø零序过流保护(出口跳闸或告警可选择)、小电流接地选线;
Ø零序过压保护;
Ø过电压保护;
Ø低电压保护;
Ø本体保护功能;
ØTV断线检测、TA断线检测及控制回路断线检测;
Ø遥测、遥信、遥控功能;
Ø故障录波及用故障数据再现故障状态;
2技术参数
2.1额定参数
Ø直流电压:
220V或110V(订货注明);
Ø交流电压Un:
100/
V,100V;
Ø交流电流In:
5A或1A(订货注明);
Ø频率:
50Hz。
注意:
以下文档中Ie指电动机二次侧额定电流,In指TA二次额定电流。
2.2交流回路过载能力
Ø施加1.2In~2In装置可持续工作;
Ø施加1.2Un装置可持续工作;
Ø施加40In持续1s后无绝缘损坏。
2.3功率消耗
Ø直流电压回路:
在额定电压下,正常时<10W、动作时<15W;
Ø交流电压回路:
<0.5VA/相;
Ø交流电流回路:
<0.5VA/相。
2.4输出触点容量
Ø触点容量:
直流220V接通5A(不断弧)。
2.5工作电源
Ø直流电源电压220V或110V,允许偏差为±20%。
2.6保护电流电压精确工作范围
Ø电流:
0.1In~20In;
Ø电压:
1V~140V。
2.7主要技术指标
2.7.1速断保护、过流保护、负序过流I段、启动时间过长保护
Ø动作电流整定范围:
0.2In~10In(电流速断保护整定范围0.2In~20In),级差0.01A,误差不超过±2.5%;
Ø动作时间整定范围:
0.0s~10s(启动时间过长为0.1s~500s,负序过流I段为0.05s~10s),级差0.01s,误差不超过±40ms或±1%。
2.7.2电流反时限和负序反时限
Ø动作电流整定范围:
0.2In~2In(负序反时限:
0.05In~2In),级差0.01A;
Ø时间常数整定范围:
0.05s~10s,级差0.01s,误差不超过±50ms或±5%。
2.7.3零序过流保护及小电流接地选线
Ø动作电流整定范围:
0.05A~6.0A,级差0.01A,误差不超过±20mA或±2.5%;
Ø动作时间整定范围:
0.1s~100s,级差0.01s,误差不超过±40ms或±1%。
2.7.4低电压保护、过电压保护、零序过压保护
Ø过电压整定范围:
100V~140V,级差0.1V,误差不超过±2.5%;
Ø低电压整定范围:
10V~90V,级差0.1V,误差不超过±2.5%;
Ø零序过压整定范围:
10V~100V,级差0.01V,误差不超过±2.5%;
Ø动作时间整定范围:
0.1s~100s,级差0.1s,误差不超过±50ms或±1%。
2.7.5过负荷保护
Ø动作电流整定范围:
0.2In~2In,级差0.01A,误差不超过±2.5%;
Ø动作时间整定范围:
1.0s~1000s,级差0.1s,误差不超过±50ms或±1%。
2.7.6热保护功能
Ø动作电流(电动机二次额定电流Ie)整定范围:
0.1In~2In,级差0.01A;
Ø过热告警水平整定范围:
0.2~0.95,级差0.01;
Ø发热时间常数整定范围:
1.0~6000s,级差1;
Ø散热系数整定范围:
0.01~10,级差0.01;
Ø负序发热系数整定范围:
3.0~10,级差0.01;
Ø理论计算值与实测值误差不超过±0.1s或±5%。
2.7.7本体保护
Ø设有两路本体保护,跳闸或告警可选;
Ø延时整定范围:
0.1s~1000s,级差0.1s,误差不超过±50ms或±1%。
2.8绝缘性能
2.8.1绝缘电阻
Ø装置所有电路与外壳之间绝缘电阻在标准实验条件下,不小于100MΩ。
2.8.2介质强度
Ø装置所有电路与外壳的介质强度能耐受交流50Hz,电压2kV(有效值),历时1min试验,而无绝缘击穿或闪络现象。
当复查介质强度时,试验电压值为规定值的75%。
2.9冲击电压
Ø装置的导电部分对外露的非导电金属部分及外壳之间,在规定的试验大气条件下,
能耐受幅值为5kV的标准雷电波短时冲击检验。
2.10抗干扰能力
Ø装置能承受GB/T14598.13-1998规定的严酷等级为Ⅲ级的振荡波干扰试验;
Ø装置能承受GB/T14598.14-1998规定的严酷等级为Ⅳ级的静电放电干扰试验;
Ø装置能承受GB/T14598.9-2002规定严酷等级为Ⅲ级的射频电磁场辐射干扰试验;
Ø装置能承受GB/T14598.10-1996规定的严酷等级为Ⅳ级的电快速瞬变脉冲群干扰试验;
Ø装置能承受GB/T17626.5-1999规定的严酷等级为Ⅲ级的浪涌干扰试验;
Ø装置能承受GB/T17626.6-1998规定的严酷等级为Ⅲ级的射频传导干扰试验;
Ø装置能承受IEC60255-22-7:
2003规定的严酷等级为A级的工频干扰试验;
Ø装置能承受GB/T17626.8-1998规定的严酷等级为Ⅴ级的工频磁场干扰试验;
Ø装置能承受GB/T17626.9-1998规定的严酷等级为Ⅳ级的脉冲磁场干扰试验;
Ø装置能承受GB/T17626.10-1998规定严酷等级为Ⅳ级阻尼振荡磁场干扰试验;
Ø装置能满足GB/T14598.16-2002规定的传导发射限值要求;
Ø装置能满足GB/T14598.16-2002规定的辐射发射限值要求。
2.11机械性能
Ø工作条件:
装置能承受严酷等级为1级的振动响应、冲击响应检验;
Ø运输条件:
装置能承受严酷等级为1级的振动耐久、冲击耐久及碰撞检验。
2.12环境条件
Ø环境温度
工作:
-10℃~+50℃;
贮存:
-25℃~+70℃,在极限值下不施加激励量,装置不出现不可逆变化,温度恢复后装置应能正常工作;
Ø大气压力:
86~106KPa(相当于海拔高度2km及以下);
Ø相对湿度:
不大于95%,无凝露;
Ø其它条件:
装置周围的空气中不应含有带酸、碱、腐蚀或爆炸性的物质。
3装置硬件
3.1装置结构
本装置结构采用嵌入式安装方式,箱后接线;机箱为6U、1/3×19英寸前后插相结合的机箱结构,采用防水、防尘、抗振动设计,外壳封闭,适合安装于开关柜等环境条件较为恶劣的现场运行,机箱面板为整面板形式,面板上包括汉化液晶显示器、信号指示灯、操作键盘,采用先进的工业美学设计,美观大方,使用方便。
机箱外形及开孔见图3-1,端子具体定义见附图3。
图3-1装置外形尺寸及安装开孔尺寸
3.2硬件说明
本装置硬件平台包括3个功能插件,从左到右依次为模拟量采集及转换插件、基本I/O及电源插件、扩展输出及操作回路插件;另外有人机对话板、主板及背板。
3.2.1装置硬件构成图
图3-2装置硬件构成图
3.2.2主板
主板是整个装置的核心,CPU采用Freescale公司高性能ColdFire®V2内核的32位微处理器MCF5275,可在166MHz的时钟频率下提供高达159MIPS的处理能力(Dhrystone2.1),且低功耗。
MCF5275较先前的器件增添了一些模块:
包括第二个10/100M以太网通讯控制模块和硬件加密模块,一个增强型乘加运算单元(eMAC),再加上64KB片内静态存储器和用户可定义的16KB片内高速缓存(Cache),这些可以使系统性能大幅度提高而成本全面降低。
主板外扩32MDDR用于程序运行和临时数据存储,16mFLASH用于存储应用程序、配置文件及录波数据等信息。
2Mbytes的NVRAM可以实现对录波数据、事件记录、告警记录等信息实现掉电保持;高精度的实时时钟;10/100M自适应的双以太网支持RJ45或FX100光纤接口。
另外,主板采用了六层印制板及表面封装工艺,全自动流水线焊接,外观小巧,结构紧凑,大大提高了装置的可靠性及抗电磁干扰能力。
3.2.3模拟量采集及转换插件
模拟量采集及转换插件完成模拟量的采集并经A/D转换成数字量输出供CPU计算用,板上设有模拟量输入变换器,用于将模拟量信号隔离变换为小电压信号,经调整后输入到A/D,A/D转换精度为14位。
当采用ECT、EUT实现采样值传输时,更换为智能模拟量采集插件,支持双以太网方式获得MU的实时数据。
模拟量采集原理图见附图1。
3.2.4基本I/O及电源插件
基本I/O及电源插件提供由外部直流220V(110V)或交流220V输入,3路直流电压输出的开关电源;4路DC24V的无源开关量输入、10路DC220V外置的有源开关量输入。
其中24V开关量输入用于屏(柜)内近距离信号或其它弱电压的信号采集;DC220V有源开关量输入用于较远距离信号采集,具有更好抗干扰能力。
支持5路开关量输出,即可用于驱动操作回路又可用于信号输出。
3.2.5扩展输出及操作回路插件
本插件扩展了7路经各种安全闭锁的开关量输出及一个断路器的操作回路。
所有开关量输出超过5A(DC220V)的接通容量设计,使其适应多种应用。
其原理图见附图2。
3.2.6人机对话板
人机对话板通过高分辨率的汉化液晶与7个操作键盘实现人机信息交互,液晶界面友好,操作便捷。
同时提供22个LED指示灯,除4个已有明确定义外的18个可现场编程应用。
人机对话板采用高速串行总线与主板连接,保证了装置的可靠性。
3.2.7背板
实现各插件之间电信号的相互连接。
4工作原理
DSI5151电动机保护测控装置的保护功能采用标准功能模块可编程配置实现,拥有不同的任务优先级及扫描周期的各模块协调工作,完成本装置的所有功能,分别叙述如下。
4.1启动元件(DeltaStr)
保护启动功能采用“启动元件(DeltaStr)”模块实现,采用相电流突变量启动。
当系统有操作引起电流突变量启动元件动作,而所有保护均未动作,启动元件经0.6s后自动复归;当系统有故障时,启动元件动作并自保持,开放保护的同时启动继电器(QDJ)动作,其触点接通出口继电器正电源(24V);当系统恢复正常所有保护均返回后,经时间0.6s后整组复归。
启动元件动作逻辑框图见图4-1。
4.2电动机状态监视(Motorstat)
电动机状态监视采用“电动机状态监视功能(Motorstat)”模块实现,完成对电动机停机状态、电动机启动状态、电动机运行状态的监视,根据电动机的状态调整保护电流、延时等定值。
当最大相电流小于0.1A时认为电动机处于电动机停机状态;在电动机处于停机状态时,最大相电流大于2.5Ie且断路器合位=1分位=0(或有电动机运行状态输入)则判电动机处于启动状态;在电动机处于启动状态且经0.2S后若最大相电流小于Ie且大于0.1A时,则判电动机处于运行状态,Ie为电动机的额定电流,其原理框见图4-2。
装置设有电动机启动结束开入端子C9,当此端子接入+220V,保护跳过电动机启动过程,
电动机直接处于正常运行状态。
本端子只在测试时使用。
4.3电动机启动时间过长(启动堵转)保护(PTOCa)
电动机启动时间过长保护采用“多时限过流保护(PTOCa)”模块实现,通过整定时限使能定值EnableT选择保护功能投退。
其原理框图见图4-3。
4.4电流速断保护、过流保护(PIOCg)
电流速断保护用于保护电动机相间短路保护,为保证电动机运行中保护有较高的灵敏度,电流速断保护分启动时速断保护和运行时速断保护,启动时速断保护动作电流定值按躲过电动机的启动电流整定。
过流保护作为电流速断保护的后备保护,可为电动机启动时间过长和运行中堵转提供保护。
电流速断保护和过流保护均分别采用“瞬时过流保护(PIOCg)”
模块实现。
速断保护原理框图见图4-4(过流保护原理框图同电流速断保护)。
4.5反时限过流保护(PTOCf)
该保护采用“电动机反时限过流保护(PTOCf)”模块实现,通过整定动作曲线定值TmACrv
可选择反时限特性符合IEC255-3标准第三部分定义的三种反时限特性曲线的任一种。
三
种反时限特性方程为:
式中:
I—过流动作电流;
Ip—电流基准值(整定值);
—时间常数。
在电动机启动过程中,反时限过流动作电流定值为KIp(K为电动机启动电流倍数,Ip为反时限动作整定值)以躲过电动机的启动电流;当电动机启动结束后,自动转为正常运行
时的反时限过流保护。
其原理框图见图4-5。
4.6两段负序电流保护(PTOCa、PTOCd)
装置设两段式负序过流保护,分别对电动机反相、断线、匝间短路以及较严重的电压不对称等异常运行状态提供保护,其中负序过流Ⅰ段保护为负序速断保护,为不平衡保护的主保护,动作于跳闸;负序过流II段为不平衡保护的后备保护,可通过控制定值Opsel选择跳闸或告警,保护时限特性可由控制定值选择定时限或反时限,反时限特性符合IEC-3反时限特性的三种曲线,三种反时限特性方程见4.5规定。
本装置负序电流的计算方法采用通过A、C相电流计算。
负序过流I段采用“多时限过流保护(PTOCa)”模块实现,其原理框图见图4-6。
负序过流II段采用“反时限出口可选分相过流保(PTOCd)”模块实现,其原理框图见图4-7。
4.7零序过流保护(PTOCb)及小电流接地选线(PSDE)
零序过流保护适用于不接地或小电流接地系统,在系统中发生接地故障时,其接地故障点零序电流基本为电容电流,当电容电流较大时可采用零序过流保护;当零序电流幅值很小,用零序过流来保护接地故障很难保证其选择性。
因此,在本装置中接地保护实现时,由于各装置通过网络互联,信息可以共享,故采用比较同一母线上各回路零序过流基波(3I01)或五次谐波(3I05)幅值和零序功率方向的方法来判断接地回路,并通过网络下达接地试跳命令来进一步确定接地回路。
零序功率方向原理的小电流接地选线通过整定控制定值HaiMod,选择基波电流、电压或五次谐波电流、电压判方向。
故障相电容电流落后于零序电压90°,而非故障相电容电流超前零序电压90°,以此决定零序功率方向的接地选线原理,可准确的选出接地回路。
零序过流保护原理采用“多时限出口可选过流保护(PTOCb)”模块实现,可通过控制定值OpSel选择跳闸或告警,其原理框图见图4-8;小电流接地选线采用“小电流接地选线(PSDE)”模块实现。
其原理框图见图4-9。
4.8零序过压保护(PTOVa)
该保护可作为定子零序电压保护,定子零序电压保护反应电动机定子接地引起的基波零序电压,可保护电动机85%~95%的定子统组单相接地故障。
零序电压保护采用“多时限出口可选过电压保护(PTOVa)”模块实现,通过整定控制定值Opsel可选择出口跳闸或告警。
其原理框图见图4-10.
4.9过负荷保护(PTOCb)
过负荷保护采用“多时限出口可选过流保护(PTOCb)”模块实现。
该保护在电动机启动状
态下自动退出,在运行状态自动投入。
保护出口经控制定值Opsel选择告警或跳闸,其原理框图见图4-11。
4.10过电压保护(PTOVc)
过电压保护采用“多时限过电压保护(PT0Vc)”模块实现,过电压保护加有断路器合位判据(即电动机运行状态)。
其原理框图见图4-12。
4.11低压保护(PTUVa)
该保护采用“低电压保护(PTUVa)”模块实现。
当作为失压保护时,为避免TV断线引起低电压保护误动,增加了有流闭锁条件;当作为低压保护时,低压保护能自动识别TV三相断线而不误动作。
其原理框图见图4-13。
4.12过热保护(PTTRa)
过热保护采用“电动机过热保护(PTTRa)模块实现,主要是为了防止电动机过热,因此,装置中设置一个模拟电动机发热的模型,综合电动机正序电流I1和负序电流I2的热效应,从而获得等值发热电流Ieq,其表达式为:
式中:
K1=0.5,启动过程中,防止电动机正常启动中保护误动作;
K1=1.0,启动结束后,使
值不再减小;
K2=3~10,模拟
的增强发热效应,一般取6.0。
过热保护动作方程为:
:
t=
散热保护方程为:
t=
式中:
t—动作时间;
Ie—电动机额定电流;
Ieq—等效发热电流;
τ—电动机热积累定值;即发热时间常数HEAT;
Ks—散热系数;
RGJ—过热告警水平整定值。
当热积累达到HEAT×RGJ时发过热告警信号,在没达到HEAT(过热跳闸水平)时,热积累恢复到低于HEAT×RGJ时,过热告警信号返回。
当热积累达到HEAT时发跳闸信号并跳闸,同时热启动继电器(出口9)动作,常闭触点断开电动机启动回路,防止按下手动启动按钮而在过热情况下启动电动机。
过热保护动作跳闸后,不能立即再次启动,要等到电动机散热到热告警水平的50%以下时,才能再启动。
在需要紧急启动的情况下,通过装置引出的热复归触点(端子C10)强制将热模型恢复到“冷态”。
其原理框图见图4-14。
4.13TV断线检测(TVFaulta)
TV断线检测采用“TVFault”模块实现。
在突变量电流启动元件和保护均不启动情况下,TV断线判据为:
当三相相间电压中任一相突变率△U/△t<-100V/s且突变后电压低于定值Uzd时,瞬时发出闭锁保护信号,如此时电动机有流(三相电流最大值Iφmax>0.1In)时,经2s延时发TV断线报警信号;当电压突降率△U/△t>-100V/s但任一相相间电压低于定值Uzd时,经0.5s延时发出闭锁保护信号,如此时电动机有流时,经2s延时发TV断线报警信号。
直至三相相间电压均恢复后经10s延时复归。
其原理框图见图4-15。
4.14TA断线检测(TAFaulta)
TA断线判据为:
当三相电流均不小于0.5A时,一相电流突变减小0.3A,且突变后电流小于0.2A,其它相电流变化小于0.1A时,判为TA二次断线,TA二次断线发告警信号,并可选择闭锁或不闭锁负序电流保护。
其原理框图见图4-16。
4.15控制回路断线检测及电动机状态监视功能(OpFault)
控制回路断线检测及电动机状态监视功能采用“控制回路断线检测(OpFault)”模块实现。
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