BRD633矿用微机保护测控装置说明书.docx

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BRD633矿用微机保护测控装置说明书

BRD633

矿用微机保护测控装置

技

术

说

明

书

北京北瑞达电力自动化设备有限公司

BEIJINGBEIRUIDAELECTRICPOWERAUTOMATICEQUIPMENTLIMITEDCOMPANY

1产品综述

BRD633型矿用微机监控保护装置，适用于煤矿井下6～10KV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，保护装置集保护、监测、控制、录波、通信于一体，对井下的高压线路起到监控和保护作用。

装置采用红外遥控器操作，在井下可安全方便的设置运行参数，查看设备运行状态，装置还具有通讯接口，与后台设备联网可构成煤矿供电系统的远程测控，可快速将井下电气设备的电气参数、运行参数、电度量、故障信息等数据传给地面调度主站，同时也可以接收地面中心站发出的控制命令，远程控制合分闸。

保护可设定成速断、两段定时限保护功能，各个保护电流整定值和时间定值均可独立设定，便于系统中保护的上下级配合，通过联机闭锁的方法解决井下配电线路越级跳闸问题，保证在井下终端用电设备发生短路故障时，保护动作跳闸不越级到地面变电所。

中央变电所和各采区变电所作为监控分站与地面调度监控系统，用光纤环网相连，构成光纤以太网。

采用模块电池作为装置备用电源，当井下某条供电线路发生越级跳闸，供电线路断电，此时安装在这条供电线路上的装置在电源断电的同时将自动启用模块电池给装置供电，便于井下工作人员及时查看事故原因，排除故障，模块电池供电时间长达30分钟，30分钟后模块电池自动关闭。

煤矿电网安全测控系统是我公司在充分利用地面电网综合自动化方面成熟技术的基础上，充分考虑到煤矿井下的实际情况，设计制造的专门对井下供电系统进行监测监控的设备。

测控系统集井下高爆开关的保护、测控、通信为一体，实现矿井的综合自动化。

本装置可安装在BGP系列及PBG系列等矿用隔爆型高压开关内使用。

可替代各种老式的继电保护装置，实现老开关的改造、更新，保证井下电网的安全运行，实现煤矿电网系统的现代化管理。

2产品特点

2.1大资源高起点

●主CPU采用高速DSP芯片。

DSP是数字信号处理器，它采用超哈佛结构，能同时处理多条指令，具有大量用于数字信号处理和寻址方式的指令，与一般的MCU相比其计算速度有很大提高。

●采用高速12位A/D转换器，每周波32点高精度交流采样，进行快速FFT运算，既保证了测量的精度，又保证了保护算法的实时性。

●装置提供RS485、CAN通讯方式，可以方便与其他厂家的通讯管理机连接。

●红外遥控操作，通过遥控器实现当地数据的查看和进行定值、参数的设置，保证在有危险气体的井下作业时操作的安全性。

●配置以大容量的RAM和FlashMemory，可记录大量丰富的故障信息。

●采用128×64点阵蓝膜复显液晶显示器，外形美观。

●高精度时钟芯片的采用，便于实现全系统时钟同步。

2.2高可靠性

●电路板采用多层表面贴装技术，减少了电路体积，减少发热，提高了装置可靠性，采用工业级芯片，完善的电气隔离和电磁屏蔽设计，使装置的硬件系统具有较高的抗干扰能力和工作可靠性。

●装置采用整体全封闭铁壳机箱，强弱电严格分开，取消传统配线方式，同时在软件设计上也采取相应的抗干扰措施，装置的抗干扰能力大大提高，对外的电磁辐射也满足相关标准。

●采样回路中,选用高精度、高稳定的器件,保证正常运行的可靠性,避免因环境改变或长期运行而造成采样误差增大。

2.3一体化的设计

●兼有遥测、遥控、遥信、遥脉功能。

●装置自带操作回路，不需附加其它设备即可跳合开关。

●真正的防尘、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。

2.4易操作性

●全汉化的液晶显示菜单,值班人员不用说明书,也能够完成各种操作，人机界面清晰易懂。

●采用高亮度液晶，实时循环显示各种工作参数和保护动作信息。

●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。

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,装置能正常工作。

3.2额定电气参数

交流电源：

100V允许偏差:

+15％，-20％（订货时说明）

交流电压：

V，100V

交流电流：

5A，10mA（零序电流）

频率：

50Hz

3.3装置过载能力

电流回路：

2倍额定电流，连续工作；10倍额定电流，允许10S。

电压回路：

1.2倍额定电压，连续工作。

3.4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＜15W

3.5主要保护功能配置

✧速断保护（带方向保护功能）

✧两段式定时限过流保护（带方向保护功能）

✧三段式零序过流保护（带方向保护功能）

✧低电压保护

✧过电压保护

✧反时限过负荷保护

✧零序过压保护

✧绝缘监视保护

3.6主要测控功能

✧6路遥信开入采集。

分别为合位置信号引入、复归信号引入、电度脉冲引入、开入1信号引入、瓦斯闭锁引入、风电闭锁引入。

✧4路开出：

断路器遥控分输出、断路器遥控合输出、闭锁输出、告警输出。

✧对模拟量UA、UB、UC、IA、IC、U0、I0、Rjy（绝缘电阻）的测量，计算有功、无功、功率因数、正有功电度、负有功电度、正无功电度、负无功电度（电度值仅供参考）。

✧保护事件顺序记录SOE。

3.7主要的保护功能

1）速断保护（带方向保护功能）

电流定值：

0.1In-20In

时间定值：

0-0.08S

灵敏角：

30°、45°、60°可选

定值误差：

<5%

2）两段式定时限过流保护（带方向保护功能）

电流定值：

0.1In-20In

时间定值：

0-20S

灵敏角：

30°、45°、60°可选

定值误差：

<5%

3）三段式零序过流保护（带方向保护功能）

电流定值：

0.01A-20.00A

时间定值：

0-20S

定值误差：

<5%

4）零序过电压保护

电压定值5～150V

时间定值：

0-20S

定值误差：

不超过±5%

5）过电压保护

电压定值：

5～120V

时间定值：

0-20S

定值误差：

不超过±5%

6）低电压保护

电压定值：

5～120V

时间定值：

0-20S

定值误差：

不超过±5%

7）绝缘监视功能

✧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Rd<3KΩ时,保护可靠动作；Rd>5.5KΩ时,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>1.5KΩ时,保护可靠动作；Rd<0.8KΩ时,保护可靠不动作。

3.8保护功能解释

✧遥测是指装置能够采集每条线路的电流、电压、系统频率等模拟量。

✧遥信是指装置能够检测开关的位置状态及其它位置接点的状态信息。

✧遥控是指能够对开关进行远方的分闸、合闸操作。

✧遥调是指能够完成装置的定值远方整定及信号的远方复归功能。

✧反时限保护:

对变压器、电机或其他负载在其出现断续过载时，对过载能量进行释放和积累运算，实现反时限保护。

✧低电压保护:

当电网进线电压不足额定值的65%（可定值整定）时,可跳开开关。

✧过电压保护:

当电网进线电压超过额定值的118%（可定值整定）时,可跳开开关。

✧显示功能:

装置配有液晶显示屏作为人机交互接口,显示当前电网电压数值及负载电流的数值、遥信量的状态。

✧数据远传功能:

装置具有远方通讯接口,可把保护装置本身采集的数据，通过井下分站的二次采集及远距离传输，送至地面监控中心处理，最终实现测量参数的动态显示和工作状态显示，以及报警、打印、记录等功能。

对上述保护功能可通过上位机执行声光报警，装置也可通过上位机实现远距离监控（遥控开关）和复归本机。

4装置硬件

4.1机箱结构

装置采用密封一体化机箱,总母板底板结构,后面板接线方式，数据通讯接口由装置前方引出,开关退出运行时便于插拔。

机箱内部的电源部分、CPU部分和交流接口部分采取了屏蔽措施，确保装置安装于条件恶劣的现场时仍具备高可靠性。

整套装置由总线底板+CPU母板+显示板组成，其中CPU母板通过接插端子固定安装（螺丝固定）于总线底板，二者安装于保护装置内，显示板固定安装在开关柜柜门的观察孔处，显示面板与装置通过通讯线进行连接。

4.2交流输入部分

外部电流及电压输入经隔离互感器隔离变换后，通过运放处理输入至AD，采样值经过处理后，构成各种保护继电器，并计算各种遥测量。

装置的数据采集由高可靠性、高精度的A/D转换器及滤波回路两部分组成。

具有转换速度快,采样偏差小,超小功耗及稳定性好等特点。

4.3CPU中央处理部分

CPU系统由微处理器CPU、RAM、ROM等构成，高性能的微处理器CPU，大容量的ROM、RAM，使得该CPU模块具有较强的数据处理及记录能力，可以实现各种复杂的故障处理方案和记录大量的故障数据、保护定值等运行配置信息。

4.4开关量输入及输出部分

装置内共设置了6路开入量,所有开入量均采用光耦进行二级隔离的方式，保证了遥信的准确性，开入量信号中的备用开入信号可根据用户要求设定。

所有开出均采用光耦编码控出的方式，具备高度的可靠性。

4.5电源插件部分

本插件为直流逆变电源插件，采用交流110V电压输入，经抗干扰滤波回路后，利用逆变原理输出本装置需要的三组直流电压，即5V、24V、7.5V，24V与另外两组电压不共地，且采用浮地方式，同外壳不相连。

+7.5V：

CPU及其外围芯片提供工作电源；

+5V：

为液晶及通讯提供工作电源；

+24V:

为开出、开入回路提供电源。

4.6人机对话附件

人机对话附件的主要功能是显示保护输出的信息，扫描智能遥控器上的红外遥控信息,并实时传送给保护CPU。

故对保护CPU而言，人机对话附件相当于是它的一个外设，且具有高度的可靠性。

本附件上的显示窗口采用每屏四行液晶显示器，人机界面清晰易懂，配置通用的遥控器，还可以通过液晶模块的附件（按键）实现，使得人机对话操作方便简单。

同时考虑到低压保护运行的特点，在本附件上还配置了丰富的灯光指示信息，使本装置的运行信息更为直观。

4.7后备电源部分

正常工作时，装置的电源由PT二次电压整流获得，在PT二次无输出电压或在开关出口短路时可能造成电压偏低，此时由后备工作电源和后备操作电源来保证装置至少再工作5S（用来进行逻辑出口和存储故障信息）并保证开关至少跳开一次。

4.8电池备用电源部分

采用模块电池作为装置备用电源，当井下某条供电线路发生越级跳闸，供电线路断电，此时安装在这条供电线路上的装置在电源断电的同时将自动启用模块电池给装置供电，便于井下工作人员及时查看事故原因，排除故障，模块电池供电时间长达30分钟，30分钟后模块电池自动关闭。

5保护原理

5.1三段式相间电流保护

本装置设三段式相间电流保护。

速断、过流Ⅰ段、过流Ⅱ段均可以独立地用控制字选择，同时还配置了低电压元件，可构成电流与电压的闭锁保护，当任一相电流大于整定值后，判别元件动作。

电流保护的闭锁元件有：

低电压闭锁、PT断线闭锁、方向闭锁，以上闭锁都是通过定值设置投退。

方向元件采用90°接线方式，方向元件的动作范围如右图5-1所示（以Ia为例）。

非动作区

Ua

Ia

Ubc

灵敏角

灵敏线

本装置电流保护Ⅰ段、Ⅱ段均为三相式配置（完全星形）。

图5-1：

90°接线动作范围图

三段式电流保护逻辑图如图5-2：

图5-2：

三段式电流保护逻辑图

5.2三段式零序过流保护

零序过流保护是针对接地系统而设置，当系统为小电流接地系统时，可以将零序保护设置为动作信号。

零序过流保护采用零序电流基波幅值和方向的方法来判别，零序保护动作于跳闸或告警信号，可由控制字进行选择。

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95º—110º，所以我们设置了70º的灵敏角，如图5-3所示：

非动作区

-U0

I0

U0

灵敏角

灵敏线

图5-3：

70°灵敏角动作范围图

煤矿井下6～10KV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上图相反的动作区。

零序过流的逻辑框图如图5-4：

图5-4：

零序过流逻辑图

5.3过电压保护

断路器处于跳位

过电压保护投入

&

&

Uab≥VHI

Ubc≥VHI

Uca≥VHI

≥1

&

图5-5：

过压逻辑图

动作信息显示及远传

跳闸

“保护跳”信号

告警信息显示及远传

“告警”信号

过电压投跳闸

TVH

为避免使用相电压在单相接地时引起过电压保护误动，过电压保护采用线电压，过电压保护可选择跳闸或告警信号，其逻辑框图见图5-5。

5.4反时限过负荷保护

反时限保护元件是动作时限与被保护线路中电流大小自然配合的保护元件，通过平移动作曲线,可以非常方便地实现全线的配合。

见图5-6所示。

多数被保护元件的允许过电流通过时间与其电流值的大小成反比关系，即电流值越大，其允许通过的时间越短。

为了充分发挥被保护元件的效益，又不致使元件长时间过热而损坏，定时限显然不能满足这种实际的需要，因为定时限要么过早地切除被保护元件，要么就是元件早已损坏才动作。

由于反时限过电流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，反时限过电流保护具有瞬动性和反时限特性。

其中：

K-------热容系数；

Iset-----过负荷反时限启动电流；

tmin----最小时间。

图5-6:

反时限保护原理

5.5小电流接地保护

当中性点不接地系统发生单相接地时，线电压不变，接地相的电压为接地电压，非接地相的相电压变为线电压即电压幅值变位原来的

倍，零序电压升高。

当小电流保护启动，存在单相接地时，有一相电压降低为接地电压并且另外两项的相电压升高为原来的

倍，屏显上就会报出一个单相接事件，发出告警信号。

5.6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或告警。

为防止电压互感器回路断线引起误动作，本保护加设了电流闭锁，即当任一相电流大于闭锁电流定值时闭锁本保护出口。

5.7PT断线

装置具有PT断线检查功能，当装置检查到PT断线时，发出告警信号。

PT断线的判据：

1）存在一线电压小于线电压所设定值，且某一相电流大于0.04In，用于检测三相失压和不对称断线。

2）负序电压大于负序电压设定值，用于检测不对称断线。

满足上述任一条件后，延时3s报PT断线，发出运行异常告警信号，同时退出有关方向保护和电压闭锁元件，待电压恢复正常后保护也自动恢复正常。

判据1）主要是用来判别对称性三相断线的，同时又是对不对称断线的补充。

其中加上电流闭锁条件，是用来防止保护装置在调试过程中未加任何电压量时误发告警信号。

判据2）则是专门用于对PT发生不对称断线时进行判断的。

5.8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：

Rd〈3K

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

时保护可靠不动作。

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

时,保护可靠不动作。

6人机对话操作说明

6.1人机对话简介

本矿井保护装置由四个模块组成：

主机、液晶模块及其附件、遥控器，后两部分构成人机界面。

实现对主机的操作有两种方式，一种是通过遥控器实现，另一种是通过液晶模块的附件实现。

液晶模块的附件为三个按键，分别为选择键、功能键1和功能键2，随液晶安装在屏面上，安装方式如图6-2，三个键代表的功能见表6-1。

液晶显示界面采用分层的菜单方式，可以根据提示方便的进行操作。

装置使用一个128×64点阵式液晶,液晶主要完成遥测量数据、信号量、保护动作事件的动态显示,信号指示灯主要用来指示保护动作信息和运行状态信息。

遥控器、液晶面板外观如图6-1所示：

图6-1遥控器、液晶面板外观图

表6-1液晶模块附件的功能表

图6-2液晶模块附件的接线图

图6-1的右边为液晶显示面板，面板正下方有四个信号指示灯，从左至右分别为合位置指示灯、分位置指示灯、事故指示灯、告警指示灯，面板正中间位置为液晶显示窗，循环显示运行参数。

正上方有一个红外接收窗，透过隔爆开关的防爆玻璃窗实现红外操作。

红外线接收窗下方有两个位置指示灯，分别为运行指示灯和液晶通讯指示灯。

图6-1左边为遥控器外观图，在数字键盘区“1、2、3、4、5、6、7、8、9、0”为修改保护定值和运行参数设置时的数字键盘输入；在操作键盘区中的“上、下、左、右”键分别用以翻页和移动光标；在其右上方的“确认”键进入其下级菜单，按“取消”键退出当前菜单；数字键盘区的“+、-”键为选项按键，选择保护功能的投入、退出。

图6-2为液晶模块附件（按键）的接线图，图6-2左图是液晶的后视图，图中所示的J1接口为与保护装置的通讯接口，J2为液晶模块附件接口。

以下我们结合菜单的具体内容介绍遥控器和液晶模块等附件的使用。

用遥控器实现操作时，将遥控器对准液晶显示面板的红外接收窗，按任意键进入到主菜单，显示如图6-3的左图所示，有实时数据、事件记录、定值管理、系统管理、开关控制、信号复归。

按遥控器的键盘“下”即可看到如图6-3的右图所示内容。

用液晶模块附件实现操作，在初始状态下选择键处于0位，此时功能键1、2的功能分别为进（Y）、退（N）；按一下选择键后选择键处于1位，此时功能键1、2的功能分别为“下”、“上”；依次类推，选择键处于2位时，功能键1、2的功能分别为“右”、“左；选择键处于3位时，功能键1、2的功能分别为“减”、“加”（选择键与功能键之间的配合见表6-1）。

根据以上说明结合菜单的实时显示来实现液晶操作。

6.2主菜单说明

以下为主菜单的显示内容：

实时数据

事件记录

定值管理

系统管理

开关控制

信号复归

图6-3：

主菜单

1）主菜单中“实时数据”包括测量数据和信号量，测量数据中显示被保护线路的相电压、零序电压、相电流、零序电流、线电压、频率、电度量（显示数据仅做参考）等数据；信号量显示断路器合闸状态、分闸状态，信号复归状态等。

2）主菜单中“事件记录”显示最近发生的32个事件，且被记录在掉电不丢失的存储器中永久保持。

显示在当前页的是最新的事件，每个事件记录的信息有保护动作时间、作用于跳闸的保护类型（短路、过流、低电压、过电压、绝缘监视等）、开关的分合、遥信量的变位情况等。

3）主菜单中“定值管理”包括“定值设置”和“定值固化”两个菜单项。

“定值设置”可以实现保护定值的修改；“定值固化”在定值修改完成后，把定值参数固化到保护中永久保存。

4）主菜单中“系统管理”下级菜单包括：

“系数参数”用以对测量值进行修正；“地址参数”是通讯设置中的本地地址；“密码设置”是本装置的密码，所有用到密码的地方都与此处设定的密码相关，出厂检验时被初始化为六个零既“000000”，“时间设置”是用以修改装置自身的实时时钟的。

5）主菜单中“开关控制”主要是实现遥控跳闸、遥控合闸。

6）主菜单中“信号复归”对保护装置的告警和事故信息进行复位，相当于常规保护的掉牌复位。

6.3实时数据

主菜单中的实时数据包括测量数据和信号量，显示内容如图6-4右图所示，实时数据中的测量数据的显示内容如图6-5，信号量的显示内容如图6-6图。

测量数据

信号量

实时数据

事件记录

定值管理

系统参数

图6-4：

实时数据菜单

IC003.21A

I0003.10A

U00057.5V

UAB0100.1V

UA0057.8V

UB0058.9V

UC0057.8V

IA

003.00A

图6-5：

测量数据的部分显示内容

测量数据

信号量

断路器合位置

信号复归

电度量

开入1

图6-6：

信号量的显示内容

6.4事件记录

装置将发生的保护事件记录在存储器中，且被记忆，当有告警信号或者事故跳闸发生时，事件信息会自动弹出界面显示出来，显示在第一屏的为最近动作的事件，按遥控器的移位键盘“上”向上翻页，或者按“下”向下翻页查看事件。

如果是故障跳闸，在弹出的事件记录的右下方会清晰看到“故障跳闸”这四个字，如果不复归，将在事件记录的每一屏都会显示，直到按复位键（或通过信号复归）才会消失。

失压保护

065.85V动作07.03.1009：

26：

11：

245故障跳闸

实时数据

事件记录

定值管理

系统参数

图6-7：

事件记录中显示的一个记录

6.5定值管理

在主菜单中按遥控器的移位键“下”，把光标移到“定值管理”，按“确定”键进入其一级菜单，在一级菜单中有“定值设置”和“定值固化”两个菜单项。

“定值设置”可以实现保护功能的投入或退出以及保护定值的修改。

保护定值按照其功能可分为若干个组别来分别设置。

将光标移到“定值设置”按“确定”键进入保护功能设置菜单，如图6-8所示。

运行参数

速断

过流I段

过流II段

PT断线

反时限过负荷

零序过流I段

零序过流II段

图a.定值设置菜单第一屏图b.定值设置菜单第二屏

零序过流III段

过压保护

失压保护

零序过压

低周

绝缘电阻监察

风电瓦斯闭锁

不平衡电压

图c.定值设置菜单第三屏图d.定值设置菜单第四屏

功率方向

故障模拟实验

图e.定值设置菜单第五屏

图6-8：

定值管理主菜单中保护功能

6.5.1运行参数

在如图6-8定值管理主菜单的第一屏中，按遥控器的“确定”键，显示画面如图6-9所示，按遥控器的“+”号键或者“-”号键，“显示一次值”调整实时数据的显示方式，选项打“√”时，实时数据中的电流、电压、功率显示线路一次值；“PT变比”要求输入电压互感器变比值，如10KV线路，电压互感器变比10000/100=100，在此项中输入100；“CT变比”要求输入电流互感器变比值，如额定电流300A的开关，电流互感器变比300/5=60，在此项中输入60。

“零序PT变比”要求输入零序电压互感器变比值；“脉冲计数值”设置所使用的电度脉冲表的脉冲数，如某型号的三相电度表发出800个脉冲信号为一度电，就在此输入800；“音响返回时间”可以设置告警、事故音响的输出时间，如果设置时间为5.0S，则告警、事故音响响5S后停止。

显示一次值

√

脉冲计数值

000100

PT变比

001000

CT变比

000100

图a．运行参数设置第一屏图b.运行参数设置第二屏

零序PT变比

001000

音响返回延时

0010.0S

图c.运行参数设置第三屏

图6-9：

运行参数的显示内容

6.5.2速断

保护功能的速断保护即