NSC891S低频低压解列技术说明书.docx
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NSC891S低频低压解列技术说明书
NSC891S
数字式低频低压解列装置
技术说明书
国电南京电力自动化设备总厂
2005年6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
目次
2技术参数3
2.1额定参数3
2.2主要技术性能4
2.3绝缘性能4
2.4电磁兼容性能5
2.5机械性能5
2.6环境条件6
4 保护原理12
4.5TV断线检测13
4.6数据记录13
5定值及整定说明14
5.1NSC891S数字式低频低压保护装置整定值清单：
14
5.2NSC891S数字式低频低压保护装置装置软压板清单：
15
1装置简介
本保护装置基本配置为两个CPU插件,由32位微处理器构成的保护及控制单元,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插件之间相互独立，无依存关系。
各种保护功能及自动化功能均由软件实现。
1）装置特点
1：
全中文汉化液晶显示，人机界面友善，操作方面。
2：
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
3：
提供累计脉冲电度的接入端
4：
配置了充足的开关量输入端，方便外部遥信量的接入
5：
装置自带操作回路及就地操作把手，不需附加其它设备即可直接跳合开关
6：
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
7：
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
8：
完善的故障录波功能
2）完备的保护功能配置
表1本系列产品的型号及功能配置表
功能
NSC891S
低周减载保护
√
过频保护
√
低压保护
√
过压保护
√
遥信
√
GPS对时
√
防误闭锁
√
远方管理
√
3）监控功能
1：
遥信：
16路遥信开入量的采集、装置遥信变位、事件遥信等
2：
遥脉：
2路电度脉冲输入
3：
开出：
装置具有13路开出，其中10路由于驱动出口跳闸继电器，3路用于预告警信号驱动。
4：
GPS对时功能。
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错误！
未指定书签。
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20W
动作时：
不大于30W
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各类元件精度
电流元件：
<5%
电压元件：
<5%
时间元件：
<40ms
2.2.4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
2.2.5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：
-20℃～55℃。
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：
最湿月的月平均最大相对湿度为90%,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%。
c）大气压力：
（86～106）kPa（相对海拔高度2km以下）。
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
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用于区分就地与远方操作等功能的切换开关。
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交流插件
交流插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。
测量级TA。
3）In=1A电流：
输入为20A时的输出为5/
，线性范围为100mA-20A。
3.3CPU插件
CPU插件原理简图如下：
图3－1CPU模件原理示意图
CPU插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。
·····
·····
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插件内共设置了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+24伏电源都是经过本装置逻辑插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+24伏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。
详见逻辑继电器插件说明。
4）通信部分
本插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通信接口，以UTP5线为通信介质。
特殊情况下，也可提供光纤接口。
5）时钟回路
插件内设置了硬件时钟回路,采用的时钟芯片精度高,并配有电池以掉电保持。
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插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。
3.4电源插件
本插件为直流逆变电源插件。
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逻辑及跳闸插件
本插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插件直接驱动，这类继电器包括：
开放继电器QDJ、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，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。
本插件为系列保护的通用插件。
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。
本装置本地告警信号及中央告警信号由两种方式驱动:
GJ继电器为CPU自检发现有严重异常情况，必须立即切断本保护出口电源的，驱动该继电器，这种情况称告警。
GJ起动后一方面经过其常开接点自保持，另一方面由其常闭接点切断CPU插件的24伏跳闸正电源，驱动GJ的同时也将驱动一个磁保持的信号继电器GJX，其接点GJX-1用以点亮面板上本地告警信号灯，GJX-2用于中央信号。
另一种是不需要立即切断保护跳闸正24伏电源的异常情况，称呼唤，此种情况下直接驱动GJX，由GJX继电器的触点分别给出当地及中央信号。
3.6人机对话（MMI）插件
人机对话（MMI）插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，人机对话插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2Mb/s，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。
本插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，配置以专业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，在本插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。
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。
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。
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低频元件
利用这一元件，可以实现分散式的频率控制，当系统频率低于整定频率时，此元件就能自动判定是否切除负荷。
低频减载功能逻辑中设有一个滑差闭锁元件以区分故障情况、电机反充电和真正的有功缺额。
考虑低频减载功能只在稳态时作用，故取AB相间电压进行计算，试验时仍需加三相平衡电压。
当此电压（UAB）低于闭锁频率计算电压时，低周减载元件将自动退出。
综上所述，低频减载元件的判据为：
三相平衡电压，且Uab>VBF
df/dtfT>TF
本线路有载，负荷电流>0.5A
说明：
现场试验条件不具备时，该试验可免做。
模拟量正确则精度由软件保证。
4.2过频元件
当系统频率大于整定频率时，此元件就能自动判定是否切除负荷。
过频元件的判据为：
三相平衡电压，且Uab>VBF
f>F
T>TF
本线路有载，负荷电流>0.5A
4.3低压解列元件
利用这一元件，可以实现低压控制，当系统电压低于整定电压时，此元件就能自动判定是否切除负荷。
低压解列元件的判据为：
1）三相平衡电压，U相2）dV/dt3）T>Tudy
4）负序线电压<5V
5）本线路有载（负荷电流>0.5A）
4.4过压元件
当系统电压大于整定电压时，此元件就能自动判定是否切除负荷。
1）三相平衡电压，U相>VDY
2）T>Tudy
4.5TV断线检测
在下面三个条件之一得到满足的时候，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（a或c相）电流大于0.25A，判为三相失压。
2.三相电压和大于8V，最小线电压小于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PT断线。
TV断线检测功能可以通过“模拟量求和自检”控制字投退。
4.6数据记录
本装置具备故障录波功能。
可记录的模拟量为Ia、Ib、Ic、Ua、Ub、Uc，可记录的状态量为断路器位置、保护跳闸命令。
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FLASHRAM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FLASHRAM中。
本装置除记录系统扰动数据外，还记录装置的操作事件、状态输入量变位事件、更改定值事件及装置告警事件等。
5定值及整定说明
5.1NSC891S数字式低频低压保护装置整定值清单：
序号
定值名称
范围
单位
备注
1
控制字1
0000～FFFF
无
参见控制字说明
2
控制字1
0000～FFFF
无
参见控制字说明
3
低周减载闭锁电压
10～120
V
线电压
4
低周减载频率
45.0～49.5
Hz
5
低周减载时间
0.1～20.0
S
6
低周减载闭锁滑差
0.5～20.0
Hz/s
7
过频解列频率
50.0～55.0
Hz
8
过频解列时间
0.1～20.0
S
9
低压解列电压
20～60
V
相电压
10
低压解列时间
0.1～20.0
S
11
闭锁电压变化率
1.0～60.0
V/s
12
过压解列电压
50.0～99.0
V
相电压
13
过压解列时间
0.1～20.0
S
14
TA
（1）变比（kA/A）
0.01～10.0
无
一次电流/（二次电流*1000）
15
TV
（2）变比（kV/V）
0.01～10.0
无
一次电压/（二次电压*1000）
控制字1定义：
位
置1时的含义
置时的0含义
15
模拟量求和自检投入
模拟量求和自检退出
14
TA额定电流为1A
TA额定电流为5A
13
备用
备用
12
备用
备用
11
备用
备用
10
备用
备用
9
备用
备用
8
备用
备用
7
备用
备用
6
备用
备用
5
备用
备用
4
备用
备用
3
备用
备用
2
备用
备用
1
备用
备用
0
备用
备用
说明：
TA、TV变比为测量用变比，整定方法：
例，一次侧TA变比为600/5＝120，则整定为120/1000=0.12；10kVTV变比10000/100＝100，则整定为100/1000=0.10。
控制字2定义：
位
置1时的含义
置0时的含义
15
备用
备用
14
备用
备用
13
备用
备用
12
备用
备用
11
备用
备用
10
备用
备用
9
备用
备用
8
备用
备用
7
过压解列跳闸方式
6
5
低压解列跳闸方式
4
3
过频解列跳闸方式
2
1
低频解列跳闸方式
0
低频解列跳闸方式选择说明：
位1
位0
低频解列方式
0
0
低频解列跳本线
0
1
低频解列跳备用1、2
1
0
低频解列跳备用3、4
1
1
低频解列跳本线和1、2、3、4
过频解列跳闸方式选择说明：
位3
位2
过频解列跳闸方式
0
0
过频解列跳本线
0
1
过频解列跳备用1、2
1
0
过频解列跳备用3、4
1
1
过频解列跳本线和1、2、3、4
低压解列跳闸方式选择说明：
位5
位4
低压解列跳闸方式
0
0
低压解列跳本线
0
1
低压解列跳备用1、2
1
0
低压解列跳备用3、4
1
1
低压解列跳本线和1、2、3、4
过压解列跳闸方式选择说明：
位7
位6
过压解列跳闸方式
0
0
过压解列跳本线
0
1
过压解列跳备用1、2
1
0
过压解列跳备用3、4
1
1
过压解列跳本线和1、2、3、4
5.2NSC891S数字式低频低压保护装置装置软压板清单：
压板名称
对应功能
低频解列
低频解列功能投退
过频解列
过频解列功能投退
低压解列
低压解列功能投退
过压解列
过压解列功能投退
备用1
备用1功能投退
备用2
备用2功能投退
备用3
备用3功能投退
备用4
备用4功能投退
备用5
备用5功能投退
备用6
备用6功能投退
以上保护功能中不用功能，只须通过退出相应软压板或控制字即可完全退出，不需再专门特殊设置相应功能的定值。
6附图
图1：
NSC891S数字式低频低压保护装置背板端子图
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