PSC640技术说明书V152.docx
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PSC640技术说明书V152
PSC640系列
数字式电容器保护装置
技术说明书
使用说明书
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
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。
PS640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，新一代数字式保护及自动化产品具有如下特点：
◆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FlashMemory，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IEC60870-5-103标准通信规约。
◆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
PSC640系列数字式保护装置符合各种安全标准。
⏹GB/T7261-2000继电器及装置基本试验方法
⏹GB/T9361-1988计算站场地安全要求
⏹GB/T14537-1993量度继电器和保护装置的冲击和碰撞试验
⏹GB/T14598.13-1998量度继电器和保护装置安全设计的一般要求
⏹GB/T17626.2－1998电磁兼容试验和测量技术静电放电抗扰度试验
⏹GB/T17626.3－1998电磁兼容试验和测量技术射频电磁场辐射抗扰度试验
⏹GB/T17626.4－1998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/T17626.5－1999电磁兼容试验和测量技术浪涌（冲击）抗扰度试验
⏹GB/T17626.6－1998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/T17626.8－1998电磁兼容试验和测量技术工频磁场抗扰度试验
⏹GB/T17626.9－1998电磁兼容试验和测量技术脉冲磁场抗扰度试验
⏹GB/T17626.10－1998电磁兼容试验和测量技术阻尼振荡磁场抗扰度试验
⏹GB/T17626.12－1998电磁兼容试验和测量技术振荡波抗扰度试验
⏹GB9254－1998辐射发射限值试验。
⏹SD286-1988线路继电保护产品动模试验技术条件
⏹IEC60255-21-1：
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）
1
装置简介
PSC640系列数字式电容器保护装置是以电流电压保护及不平衡保护为基本配置的成套电容器保护装置，适用于66kV及以下电压等级的电容器组。
本保护装置基本配置为两个CPU模件,其一为由32位微处理器构成的保护及重合闸功能单元,该单元配置了大容量的RAM和FlashMemory,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。
保护的逻辑关系符合“四统一”设计原则。
表1本系列产品的型号及功能配置表
功能
PSC641
PSC642
PSC645
PSC646
二段式相间电流
√
√
√
√
二段式零序电流
√
√
√
√
电流反时限
√
√
√
√
零序反时限
√
√
√
√
欠压保护
√
√
√
√
过压保护
√
√
√取间隙电压
√取间隙电压
单相不平衡电压
√
单相不平衡电流
√
三相不平衡电压
√
三相不平衡电流
√
自投切保护
√
√
√
√
遥控功能压板
√
√
√
√
遥测
测量级TA
（1）
√
√
√
√
保护级TA
√
√
√
√
遥信
√
√
√
√
遥控
√
√
√
√
电度
电度计量
（2）
√
√
√
√
脉冲计量
√
√
√
√
GPS对时（3）
√
√
√
√
防误闭锁
√
√
√
√
远方管理
√
√
√
√
光纤接口（4）
√
√
√
√
注：
（1）电流互感器，以下同。
（2）选配功能，需专用测量子模件。
订货时说明。
（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
1）完备的保护功能配置
●反映相间故障的二段式相间电流保护；
●反映中性点电阻接地系统接地故障的二段式零序电流保护；
●相间电流保护及零序电流保护均可选择定时限方式或反时限方式运行；
●过压保护；
●经电流闭锁及断线闭锁的欠压保护；
●不平衡（差流或差压）保护；
●带断线闭锁的自投切保护；
●TV断线自动检测。
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FlashMemory，使本产品具有极强的数据处理、逻辑运算和信息存储能力。
FlashMemory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IEC60870-5-103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IEC60255-22-4标准规定的IV级（4kV±10%）快速瞬变干扰试验、IEC60255-22-2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。
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）相电压
V
b）线路抽取电压100V或
V
c）交流电流5A或1A（订货注明）
d）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
操作回路接点载流容量1100VA（不断弧）
2.2.3跳合闸电流
断路器跳闸电流0.5A～4A（订货注明）
断路器合闸电流0.5A～4A（订货注明）
2.2.4各类元件精度
电流元件：
<5%
电压元件：
<5%
时间元件：
<40ms
2.2.5整组动作时间（包括继电器固有时间）
速动段的固有动作时间：
1.2倍整定值时测量，不大于40ms
2.2.6模拟量测量回路精度
装设专用测量子模件的测控装置：
电流、电压：
0.2级
功率、电度：
0.5级
2.3绝缘性能
2.3.1绝缘电阻
装置的带电部分和非带电部分及外壳之间以及电气上无联系的各电路之间用开路电压500V的兆欧表测量其绝缘电阻值，正常试验大气条件下，各等级的各回路绝缘电阻不小于50MΩ。
2.3.2介质强度
在正常试验大气条件下，装置能承受频率为50Hz，信号输入端子对地电压为500V、其他回路对地电压为2000V,历时1分钟的工频耐压试验而无击穿闪络及元件损坏现象。
试验过程中，任一被试回路施加电压时其余回路等电位互联接地。
2.3.3冲击电压
在正常试验大气条件下，装置的电源输入回路、交流输入回路、输出触点回路对地，以及回路之间，能承受1.2/50s的标准雷电波的短时冲击电压试验，开路试验电压5kV。
2.3.4耐湿热性能
装置能承受GB/T7261-2000第20章规定的湿热试验。
最高试验温度+40℃、最大湿度95％，试验时间为48小时的恒定湿热试验，在试验结束前2小时内根据2.3.1的要求，测量各导电电路对外露非带电金属部分及外壳之间、电气上不联系的各回路之间的绝缘电阻不小于1.5MΩ，介质耐压强度不低于2.3.2规定的介质强度试验电压幅值的75％。
2.4电磁兼容性能
2.4.1静电放电抗干扰度
通过GB/T17626.2－1998标准、静电放电抗干扰4级试验。
2.4.2射频电磁场辐射抗干扰度
通过GB/T17626.3－1998标准、射频电磁场辐射抗干扰度3级试验。
2.4.3电快速瞬变脉冲群抗扰度
通过GB/T17626.4－1998标准、电快速瞬变脉冲群抗扰度4级试验。
2.4.4浪涌（冲击）抗扰度
通过GB/T17626.5－1999标准、浪涌（冲击）抗扰度3级试验。
2.4.5射频场感应的传导骚扰度
通过GB/T17626.6－1998标准、射频场感应的传导骚扰度3级试验
2.4.6工频磁场抗扰度
通过GB/T17626.8－1998标准、工频磁场抗扰度5级试验
2.4.7脉冲磁场抗扰度
通过GB/T17626.9－1998标准、脉冲磁场抗扰度5级试验。
2.4.8阻尼振荡磁场抗扰度
通过GB/T17626.10－1998标准、阻尼振荡磁场抗扰度5级试验。
2.4.9振荡波抗扰度
通过GB/T17626.12－1998标准、振荡波抗扰度4级试验。
2.4.10辐射发射限值试验
通过GB9254－1998标准、辐射发射限值A类试验。
2.5机械性能
2.5.1振动
装置能承受GB/T7261-2000中16.3规定的严酷等级为I级的振动耐久能力试验。
2.5.2冲击
装置能承受GB/T7261-2000中17.5规定的严酷等级为I级的冲击耐久能力试验。
2.5.3碰撞
装置能承受GB/T7261-2000第18章规定的严酷等级为I级的碰撞试验。
2.6环境条件
a）环境温度：
工作：
-5℃～40℃，-20℃～55℃（根据合同要求）；
贮存：
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。
b）相对湿度：
5%～95%（产品内部既不应凝露，也不应结冰）。
c）大气压力：
66kPa～110kPa（海拔高度3500m以下）。
d）周围环境
装置的使用地点应无爆炸危险、无腐蚀性气体及导电尘埃、无严重霉菌、无剧烈振动源，不允许有超过发电厂变电站正常运行范围内可能遇到的电磁场存在。
有防御雨、雪、风、沙、尘埃及防静电措施。
场地安全要求应符合GB9361-1988中B类的规定。
接地电阻应符合GB/T2887-2000中4.4要求。
装置使用地点的地震烈度应不大于8度。
3
装置硬件
本装置在总体设计及各模块设计上均充分考虑了可靠性的要求，在程序执行、信号指示、通信等方面均给予了详尽的考虑。
经试验，在本装置任何端子上实施4kV瞬变干扰脉冲，在装置任何部位实施15kV空间静电放电干扰或8kV接触静电放电干扰，本装置未出现CPU复位，未出现异常信号或异常液晶信息显示，保护不拒动、不误动，远高于国家标准要求。
由于本装置在抗干扰能力上有充分的考虑，故本装置组屏或安装于开关柜上时，不需安装另外的交、直流输入抗干扰模件。
3.1机箱结构
机箱外形尺寸及开孔尺寸参见说明书后的附图。
装置采用整面板形式，面板上包括汉化液晶显示器、信号指示灯、操作键盘等，面板靠下部位的运行操作区还设置了手动分闸、合闸开关及用于区分就地与远方操作等功能的切换开关，跳闸、合闸出口压板也设置于运行操作区。
安装本装置时，无需其它任何配件，大大简化组屏及现场施工。
本装置的机箱采用全密闭、防水、防尘、抗振动的设计，确保装置安装于条件恶劣的现场时仍具备高可靠性。
3.2交流模件
交流模件包括电压输入和电流输入两个部分，不同型号的装置其电压和电流输入元件的数目不同。
电压输入元件由电压变换器构成，其输入为交流100V时输出为交流3V左右。
线性范围为0.4V-120V。
电流输入元件由电流变换器和并联电阻构成，有三种规格：
1）In=5A电流：
输入为20In时的输出为5/
，线性范围为0.04In-20In。
2）In=5A电流：
输入为1.1In时的输出为5/
，线性范围为0.005In-1.1In。
3）In=1A电流：
输入为20A时的输出为5/
，线性范围为100mA-20A。
交流模件的原理参见附图。
3.3CPU模件
CPU模件原理简图如下：
图3－1CPU模件原理示意图
CPU模件主要由以下几部分构成：
1）CPU系统
CPU系统由微处理器CPU、RAM、ROM、FlashMemory等构成。
高性能的微处理器CPU（32位），大容量的ROM（512K字节）、RAM（1M字节）及FlashMemory（1M字节），使得该CPU模件具有极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。
FlashMemory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。
保护定值等运行配置信息也存入该存储器中，这些信息在装置掉电后均不会丢失。
C语言编制的保护程序，使程序具有很强的可靠性、可移植性和可维护性。
2）数据采集系统
本装置的数据采集系统由两部分组成。
保护系统采用的数据采集系统由高可靠性的14位精度的A/D转换器、多路开关及滤波回路组成，最新技术的A/D转换芯片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、超小功耗及稳定性好等特点，故本装置的采样回路无可调整元件，也不需要在现场作调整，具备高度的可靠性。
······
······运放
图3－2A/D系统原理示意图
测量系统则采用了最新采样技术的测量芯片，测量精度达24位，且无需采用任何软件技术就解决了因频率误差而导致测量误差增大的问题。
测量系统具备测量精度单次调整后自动记忆的功能，在现场无需再作调整。
3）开关量输入及输出部分
本装置CPU模件内共设置了16路开入量，其中供外部输入的开关量10路，由装置提供的专用24V电源提供输入电平；另有一路专供GPS对时用，该路输入量可由内部或外部24V电源提供电平；剩余5路用于监视装置内部状态，例如监测本系统的开出回路，当前断路器位置，控制回路是否断线等。
开出共13路，分为两类，一类是用于驱动出口及信号继电器的，此种开出的+24V电源都是经过本装置逻辑模件告警继电器常闭接点闭锁的；另一种用于驱动告警、呼唤及信号复归等继电器，其+24V电源是不经过闭锁的。
本装置本地告警信号及中央告警信号由两种方式驱动：
告警和呼唤，告警用于检测到必须闭锁本CPU开出的致命异常状况时，呼唤则用于不需闭锁开出的情况，例如“TV断线”等异常工况时。
详见逻辑继电器模件说明。
4）通信部分
本模件内含通信速度极高、具备通用性接口的以太网络芯片，以太网为本装置接入系统的主要通信接口。
通常方式，装置提供RJ45接口，以五类屏蔽双绞线（STP5）为通信介质。
特殊情况下，可增加光纤接口通讯模件,提供光纤接口。
该模件为选配模件，须特别提出。
本装置还配置了一个SPI接口用于与人机对话模件（MMI）通信，一个SCI（标准RS232串行接口）用于连接PC机，可以借助PC机的强大功能及配置的专用调试软件包对装置进行各种测试。
5）时钟回路
模件内设置了硬件时钟回路,采用的时钟芯片精度高。
本装置还考虑了硬件对时电路，接收GPS的脉冲对时信号。
另外，CPU模件采用了多层印制板及表面封装工艺，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。
CPU模件的原理可参见附图。
3.4电源模件
本模件为直流逆变电源模件。
直流220V或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
（1）和24V
（2）。
三组电压均不共地，且采用浮地方式，同外壳不相连。
a）+5V为用于CPU的工作电源
b）24V
（1）为用于驱动继电器的电源
c）24V
（2）为用于外部开入的电源
为增强电源模件的抗干扰能力，本模件的直流输入及引出端子的24V电源皆装设滤波器。
电源模件电原理图见附图。
图3－3电源模件原理示意图
3.5逻辑及跳闸模件
本模件内包括逻辑继电器及跳闸继电器两类。
1）逻辑继电器
逻辑继电器由CPU模件直接驱动，这类继电器包括：
出口回路开放继电器QDJ、跳闸继电器TJ及其重动继电器CKJ1、合闸继电器HJ及其重动继电器CKJ2、出口中间继电器CKJ3～CKJ8、信号继电器CKJ9、装置异常告警及闭锁继电器GJ、告警或呼唤信号继电器GJX、信号复归继电器FGJ等。
QDJ为出口回路总开放继电器，本装置内用于跳合闸的出口中间继电器，其负电源均经该继电器闭锁，该继电器的设置可有效防止某路开出损坏时保护的误动作。
本模件为系列保护的通用模件。
对在本装置内被定义为备用出口的继电器，可根据需要作为扩展功能用。
装置告警信号分为本地告警及中央告警信号两种方式。
如CPU自检时发现装置有严重异常情况，则立即驱动继电器GJ和信号继电器GJX。
GJ继电器动作后除自保持外，其常闭接点将切断CPU模件的24V跳闸电源。
信号继电器GJX为磁保持继电器，点亮装置面板上本地告警信号灯的同时，输出一幅接点至中央信号。
这种情况称为本地告警。
此时装置实际已经退出运行，所以必须尽快安排检修，彻底检查装置！
中央告警信号主要是反应装置所对应一次设备的异常运行工况，用于提醒运行人员，称之为呼唤。
装置此种情况下仅驱动信号继电器GJX，由该继电器的接点分别给出当地及中央信号。
2）跳闸继电器
跳闸继电器主要由各种操作回路继电器构成，包括跳闸位置继电器（TWJ）、合闸位置继电器（HWJ）、手动跳闸继电器STJ、跳闸保持继电器TBJ、合闸保持继电器HBJ等。
逻辑及跳闸模件跳闸、合闸保持电流共分为二档：
0.5A,1A～4A。
跳合闸保持电流的配置根据订货要求在装置出厂前设定完成，避免了跳合闸参数变化后需更换相应继电器的麻烦。
如弃用装置内部防跳回路，改用断路器自身防跳回路，需断开标记“FTLX”的连线或摘除电阻R4。
本模件原理图可参见附图。
3.6人机对话模件
人机对话（MMI）模件的核心为一总线不出芯片的单片机，其主要功能是显示保护CPU
输出的信息，扫描面板上的键盘状态并实时传送给保护CPU。
故对保护CPU而言，人机对话模件相当于是它的一个外设。
保护CPU与MMI之间通过SPI接口进行通信，其通信速率高达2Mbps，且具有高度的可靠性。
采用此种配置方式，既避免了保护CPU大量的总线外引，提高了保护装置的可靠性，又几乎不增加产品成本，提升了装置的性能价格比。
本模件上的显示窗口采用四行，每行十二个汉字的液晶显示器，人机界面清晰易懂，配置以PS系列保护装置通用的键盘操作方式，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，在本模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。
本装置人机界面及面板简易操作回路的设置，将大大丰富现场运行方式的选择。
4保护原理
由于采用了32位微处理器后运算性能极大提高，本装置采用实时计算各保护元件的方式，不再设置专门的启动元件，所有元件均实时计算出，相对简化了保护逻辑，以利于提高保护装置的整体可靠性，
4.1过电流元件
装置实时计算并进行二段过流判别。
当任一相电流大于I段电流定值1.2倍时，装置瞬动段出口跳闸的时间不大于40ms。
装置在执行二段过流判别时，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。
4.2零序过电流元件
零序过电流元件的实现方式基本与过流元件相同，满足以下条件时出口跳闸：
1）3I0>I0n，I0n为接地N段定值；
2）T>T0n，T0n为接地N段延时定值。
对于此元件的瞬时段，当零序电流3I0大于1.2倍的I段定值时，装置的出口跳闸时间不
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