NSC500技术说明书.docx
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NSC500技术说明书
NSC500型中小型
发电机-变压器组保护装置
技术说明书
国电南京电力自动化设备总厂
地址：
中国南京新模范马路38号电话：
####-3090
电挂：
4444传真：
####
邮编：
210003网址：
NSC500型中小型
发电机-变压器组保护装置
技术说明书
版本号：
V1.1日期：
2003年10月
1:
装置简介---------------------------------------------------------------
（1）
1．1装置功能------------------------------------------------------------
（1）
2:
装置硬件构成-----------------------------------------------------------
（1）
2．1交流输入模件--------------------------------------------------------
（2）
2．2主CPU模件----------------------------------------------------------
（2）
2．3人机接口模件--------------------------------------------------------（3）
2．4通信接口模件--------------------------------------------------------（3）
2．5输出及信号模件------------------------------------------------------（4）
2．6电源模件------------------------------------------------------------（4）
3:
技术指标--------------------------------------------------------------（5）
3．1运行环境------------------------------------------------------------（5）
3．2整机参数------------------------------------------------------------（5）
3．3模拟量测量精度------------------------------------------------------（5）
4:
绝缘性能---------------------------------------------------------------（6）
4．1绝缘电阻------------------------------------------------------------（6）
4．2介质强度------------------------------------------------------------（6）
4．3冲击电压------------------------------------------------------------（6）
4．4耐湿热性能----------------------------------------------------------（6）
4．5抗电磁干扰性能------------------------------------------------------（6）
4．6机械性能------------------------------------------------------------（7）
5:
装置基本原理----------------------------------------------------------（7）
6：
保护配置------------------------------------------------------------（24）
7：
定值清单-------------------------------------------------------------（25）
8:
装置背板布置图--------------------------------------------------------（34）
NSC500发电机变压器组保护装置简介
1、装置简介：
NSC500发电机变压器组保护装置由两部分组成：
包括NSC551系列发电机保护装置和NSC520系列变压器保护装置和NSC552发电机变压器组保护装置；其中NSC551型发电机保护装置、NSC521型变压器保护装置专为中小型发电机组设计的，NSC552发电机变压器组保护装置，适用于的小型发电机组，包括发变组差动和发电机、变压器的后备保护。
NSC500系列发电机变压器组保护装置
NSC551：
发电机保护装置
NSC552：
发电机变压器组保护装置
NSC553：
发电机变压器组保护装置（适用于6MW以下的小型机组）
NSC554：
小型发电机保护装置
NSC555：
小型发电机保护测控装置
NSC521：
变压器保护装置（适用于发变组单元双圈升压变:
保护包括三侧差动和后备保护）
NSC522：
变压器保护装置（适用于发电厂三圈升压变:
保护包括五侧差动和后备保护）
NSC520：
变压器差动保护装置（适用于发电厂三圈升压变，保护和NSC523）配套使用
NSC523：
变压器后备保护装置
1、装置具有如下特点：
●装置的主处理器为Motorola32位微处理器，速度快、可靠性高、资源丰富、扩展余地大；
●整面板240×128大屏幕液晶显示器，全汉化操作、显示，人机界面友好；
●多种通信接口。
预留RS-232、RS-485/422、CAN，以太网，可以很方便地与本站或远方系统进行高速通信。
●A/D转换精度高、速度快，且无需可调部件，装置自动对采样精度进行调整；
●完善的软硬件watchdog自检功能，CPU故障时自动闭锁出口。
●装置采用背插式结构，实现了强弱电分开，大大提高了装置的抗干扰性能。
●调试功能全面、丰富，调试简单。
2、装置硬件构成
为了在一套硬件系统上完成上述多种功能，同时考虑该装置的灵活性和适应性，我们对该装置进行了模块化设计。
该装置由以下一些模块组成：
交直流输入变换模件（TA,TV等）
A/D
CPU
处理器
CAN通信
输出及信号
电源
电压输入
电流输入
人机
对话
图2-1：
NSC5000发电机变压器组保护装置硬件简图
AC
CPU
MMI
TRIP
POWER
直流量输入
2．1交、直流输入模件（AC/DC）
按不同种类的输入信号,设置了不同的变换回路,可分为三大类:
（1）交流电压：
设置中间变压器（TV）隔离变换。
如发电机极端电压、主变高压侧电压等。
（2）交流电流：
设置中间变换器（TA）隔离变换,并在二次侧并联电阻获取电压量。
通过1A、5A的变换器的选取和二次电阻的改变，来满足不同电流测量范围的要求。
如发电机极端电流、中性点电流等。
（3）直流电压电流：
设置先进的霍尔传感器隔离变换。
如发电机转子电压、转子分流器电压。
2．2主处理模件（CPU）
来自于交、直流输入模件变换后的各模拟量经低通滤波、带通滤波有源滤波器，可有效滤出通带内的信号，满足了不同频率信号的滤波要求，同时对基波量的衰减不到1％，且各通道模拟量的衰减率及相移皆能达到很好的一致性。
主处理模件（CPU）由A/D转换、状态量输入、状态量输出（用于跳合闸脉冲输出、告警信号输出、闭锁继电器的开放及其它信号输出）、微处理器CPU、RAM、ROM、FLASHRAM、EEPROM等构成。
高性能的微处理器CPU（32位），大容量的ROM（256K字节）、RAM（256K字节）及FLASHRAM（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。
C语言编制的程序，可使程序具有很强的可靠性、可移植性和可维护性。
各种与CPU有关的器件集中于一块插件上，各输入、输出状态量皆经光耦隔离。
当本模件有器件出现异常，主处理器驱动闭锁继电器，切断状态量输出光耦输出侧的工作电源。
当主处理器工作异常，辅助处理器驱动上述闭锁继电器。
闭锁继电器的需掉电方能复归。
双处理器相互监视，确保了装置工作的可靠性。
图2－2CPU模件原理示意图
出口
信号、告警输出
至端子
CPU
CAN
RAM
ROM
FLASH
I/O
至MMI
端子信号
母板信号
EEPROM
模拟量输入
A/D转换CPU
CPU模件的端子主要用于接入该CPU所需的压板及专用输入、输出信号、位置信号等。
模/数转换（A/D）采用14位高精度、高稳定性、高速度、多通道并行转换器件，精确工作电流可达0.04In，精确工作电压达0.2V，提高测量精度及速度。
各模拟量经低通滤波，可有效滤除高次谐波，而对基波量的衰减不到1％，且各通道模拟量的衰减率及相移皆能达到很好的一致性。
2．3人机对话模件（MMI）模件
人机对话模件（MMI）安装于装置整面板后。
该模件包括：
微处理器（32位），大容量ROM（512K字节）、RAM（1M字节）、FLASHRAM（1M字节），EEPROM，状态量输入、输出，通信控制器件，时钟，大屏幕液晶显示器（240×128），全屏幕操作键盘，信号指示灯等。
本模件主要用于人机界面管理。
主要功能为：
键盘操作；管理液晶显示；打印；信号灯指示；与调试计算机、变电站监控系统或远方安全自动化装置通信；GPS对时（分/秒脉冲对时）以及与主CPU交换信息。
与各CPU的通信采用CAN网，速率为100Kbps，突破了装置内部通信的瓶颈，提高装置内部信息传送的速度。
对外通信有三个端口，一个设置在面板上，两个设置在通信接口模件的背板上。
在面板上的为RS232串口，用于和PC机连接。
在通信接口模件的背板上的两路通信端口可根据需要设置成不同的物理接口。
当本装置接入厂、站自动化系统时，在背板上的端口2可设置成RS422或485接口、以太网接口、光纤接口等，可以满足不同的自动化系统需要。
背板上的端口1可设置成RS232接口（用于驱动串行打印机）或RS422/485接口（用于与工程师站通信或集中打印）。
通信规约采用IEC870－5－103规约。
人机对话模件（MMI）电原理示意图见图3－2
CPU
串行接口
RAM
ROM
FLASH
I/O
至CPU模件
通信端口
至CPU，控制等
信号、告警输出
液晶显示器
键盘
EEPROM
面板信号
CAN
以太网
通信端口
图2－3MMI模件电原理示意图
2．4输出及信号模件（TRIP）
本模件接口CPU模件发送来的命令，提供装置动作及告警信号，这些信号可以送至面板上的信号灯，也可送至中央信号装置；每块TRIP插件提供五组十对出口节点。
本模件设有启动继电器，及出口使能。
提高了装置的可靠性。
2．5电源模件（POW）
本模件用来将变电站或发电厂内直流电源转换为本装置工作所需的电源。
本模件输出一路5V，两路24V电压。
各路电源相互独立，不共地。
POW模件原理图如下：
用于状态量输入
直流输入
滤波器
滤波器
逆变电源模块
图2－5：
电源模件原理示意图
24V
（1）
24V
（2）
±15V
5V
本装置在抗干扰能力上有充分考虑，故本装置组屏时，交、直流输入的抗干扰模件可以省略。
3、技术指标
3．1运行环境
●工作温度：
－20℃—60℃，24小时内平均温度不超过35℃
●存储温度：
－25℃—80℃，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。
●相对湿度:
不大于95%（无凝露）
●大气压力:
80-110kPa（相对海拔高度2KM以下）
3．2：
额定参数
●额定直流电压：
220V/110V（订货注明）,约10W,波动范围:
-20%—+10%
●额定交流数据：
●相电压：
V
●线电压：
100V
●交流电流：
5A/1A（订货注明）
●额定频率：
50Hz
3．3装置技术参数
●输入回路：
每点24Vd.c.2.4mA;
●输出接点容量：
30W（τ=5ms）,220Vd.c.或0.5Ad.c.。
●出口时间：
<20ms
●装置交流电压回路在额定参数时每相≤0.2VA
●装置交流电流回路在额定参数时每相≤0.3VA
●电压、电流、功率：
0.5级
●相位角测量误差≤1°
●阻抗测量误差≤5%
4、绝缘性能
4．1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100MΩ。
4．2介质强度
在正常试验大气条件下，装置能承受频率为50Hz，电压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。
4．3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1.2/50µs的标准雷电波的短时冲击电压试验，开路试验电压5kV。
4．4耐湿热性能
装置能承受GB7261第21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，每一周期历时24小时的交变湿热试验，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％。
4．5抗电磁干扰性能
4．5．1脉冲干扰
装置能承受GB6162规定的干扰试验，试验电源频率为100kHz和1MHz，试验电压为共模2500V，差模1000V的衰减振荡波。
试验时给被试装置预先施加电源，按GB6162第3.3的表所列临界条件叠加干扰试验电压，装置不误动、不拒动。
4．5．2快速瞬变干扰
装置能承受IEC255－22－4标准规定的IV级（4KV±10％）快速瞬变干扰试验。
4．5．3静电放电
装置能承受IEC255－22－2标准规定的IV级（空间放电15KV，接触放电8KV）静电放电试验。
4．6机械性能
4．6．1振动
装置能承受GB7261中16.3规定的严酷等级为I级的振动耐久能力试验。
4．6．2冲击
装置能承受GB7261中17.5规定的严酷等级为I级的冲击耐久能力试验。
4．6．3碰撞
装置能承受GB7261第18章规定的严酷等级为I级的冲击耐久能力试验。
5：
保护配置：
根据《继电保护和安全自动装置技术规程》中对发电机变压器保护的的要求，可提供多种保护功能和非电量接口。
可满足小型机组的发变组保护的要求。
保护可单独作为发电机、主变、厂用变、高备变、励磁变以及大型同步调相机等保护的要求。
保护配置灵活，设计合理，满足电力系统反措要求。
保证装置使用的可靠性。
5：
保护原理：
5．1．1：
发电机纵差保护：
发电机差动可采用单相差动方式。
单相差动方式：
任一相差动保护动作即出口跳闸。
这种方式一般另外配有TA断线检测功能。
在TA断线时瞬时闭锁差动保护，且延时发TA断线信号。
当保护制动电流大于拐点电流值，解除TA断线闭锁，即整定段TA断线不闭锁差动。
保护配有差流越限告警功能。
比率制动原理是传统保护原理在数字保护上的改进。
它由二部分组成：
无制动部分和比率制动部分。
它具有较高的灵敏度和抗TA饱和的能力。
其动作方程是：
其中：
Ig:
――曲线的拐点电流
Iq:
――曲线的启动电流
Ks:
――曲线的斜率
图比率制动特性曲线
5．1．2输入模拟量
发电机机端电流IAT、IBT、ICT
发电机中性点电流IAN、IBN、ICN
正方向以流入发电机为参考正方向
5．1．3保护的逻辑图如下：
TA断线告警
TA断线
&
动作出口
或
A相差动
B相差动
C相差动
差流越限告警
t/0
差流越限
图:
发电机差动出口逻辑：
单相差动方式
5.1.4整定内容
5.1.4.1比率制动斜率Ks
整定比率制动曲线带制动部分的斜率。
单位：
无一般：
K=0.3～0.5
比率制动差动保护的斜率和比率制动系数Kz概念不同，二者之间有相应的转换关系，在整定计算时应于考虑。
它们之间转换关系
Ks=Kz（1+（Ig-Iq/Kz）/（Imax-Ig））
其中：
Ig――拐点电流（A）
Iq――启动电流（A）
Imax――可靠躲开区外短路时最大不平衡电流（A）
5.1.4.2启动电流Icd
整定差动保护的启动电流。
单位（A）。
一般：
Icd=0.5～2.0（A）
曲线无制动时的启动差电流门槛。
5.1.4.3拐点电流Ig
整定差动保护的拐点电流。
单位（A）。
一般：
Ig=4.0～6.0（A）
当制动电流大于此值曲线开始有制动。
5.1.4.4差动速断倍数Isd
差动速断倍数单位：
（倍）。
一般：
Isd=3～8Ie（倍）
当发电机差电流大于该定值时，无论制动量多大，差动均动作。
单位：
（倍）。
它是以发电机的额定电流为基准的。
5.1.5保护的整定计算
5.1.5.1比率制动斜率Ks
请参见《导则》和《规程》。
5.1.5.2启动电流Iq
请参见《导则》和《规程》。
5.1.5.3拐点电流Ig
按照小于发电机额定电流或TA二次额定电流整定计算
5.1.5.4差动速断倍数Isd
可参考变压器差动速断电流倍数的整定方法整定。
一般取3～８倍的发电机额定电流。
5．23U0发电机定子接地保护
5.2.1保护原理
保护反映发电机的零序电压大小。
保护具有三次谐波滤除功能。
零序电压取自发电机机端TV的开口△绕组或中性点TV二次侧（也可从消弧线圈付方绕组取得）。
出口方式：
可发信或跳闸。
当动作于跳闸且零序电压取自发电机机端TV的开口△绕组时应设TV断线闭锁。
图3Uo发电机定子接地保护出口逻辑
5.2.2整定内容
5.2.2.1零序动作电压3Uo·dz
整定保护的动作电压。
单位（V）。
一般：
3Uo·dz=5V～10V。
5.2.2.2动作时间t
整定保护的延时动作时间。
单位（s）。
一般t=1s～9s。
5.2.3保护的整定计算
5.2.3.1零序电压3Uo·dz
一般以保护发电机定子绕组90%～95%的单相接地整定。
请参见《导则》和《规程》。
5．3发电机综合式3Uo定子接地保护
5．3．1保护原理
保护综合反映发电机机端和中性点零序电压大小的功能。
保护具有三次谐波滤除功能。
零序电压取自发电机机端TV的开口△绕组和中性点TV二次侧（也可从消弧线圈副方绕组取得）。
出口方式：
可发信或跳闸。
发电机综合式3Uo定子接地保护具有TV断线闭锁功能，不必另外增设专门的TV断线闭锁。
图发电机综合式3Uo定子接地保护出口逻辑
5．3．2整定内容
5．3．2．1机端零序动作电压3Uot·dz
整定保护的动作电压。
单位（V）。
一般：
3Uot·dz=5V～10V。
5．3．2.2中性点零序动作电压3Uon·dz
整定保护的动作电压。
单位（V）。
一般：
3Uon·dz=5V～10V。
5．3．2.3动作时间t
整定保护的延时动作时间。
单位（s）。
一般t=1s～9s。
5．3．3保护的整定计算
5．3．3.1零序电压3Uon·dz
一般以保护发电机定子绕组90%～95%的单相接地整定。
请参见《导则》和《规程》。
5．3．3.2零序电压3Uot·dz
一般以保护发电机定子绕组90%～95%的单相接地整定。
请参见《导则》和《规程》。
5．3．3.3动作时间
请参见《导则》和《规程》。
5．4发电机3Io定子接地保护
5．4．1保护原理
保护反映发电机的零序电流大小。
保护具有三次谐波滤除功能。
零序电流取自发电机专用零序TA，发电机3Io定子接地保护一般用于具有发电机电压母线且有电缆出线的情况。
出口方式：
可发信或跳闸。
图3Io发电机定子接地保护出口逻辑
5．4．2整定内容
5．4．2．1零序动作电流3Io·dz
整定保护的动作电流。
单位（A）。
5．4．2．.2动作时间t
整定保护的延时动作时间。
单位（s）。
5．5：
发电机3ω定子接地保护
5．5．1保护原理
保护反应发电机的机端和中性点侧三次谐波的大小和相位，输入量经带通滤波器滤除基波滤出三次谐波。
3ω定子接地和3Uo定子接地共同构成100％定子接地。
机端三次谐波电压取自发电机机端PT的开口△绕组，中性点三次谐波电压取自发电机中性点PT或消弧线圈。
保护的动作方程为：
|Un+Ut|>K|Un|
Un、Ut分别为中性点和机端三次谐波电压
K分别为3ω接地保护整定系数,一般取0.8。
3w
T/0
发信号
图：
3ω发电机定子接地逻辑图
5．5．2整定内容
5．5．2．13ω接地保护整定系数K
K一般取0.8。
5．5．2．.2动作时间t
整定保护的延时动作时间。
单位（s）。
5．6发电机过电压保护
5．6．1保护原理
保护反映发电机机端电压大小。
电压取自发电机机端TV的线电压，如UCA电压。
出口方式：
可发信或跳闸。
图发电机过电压保护出口逻辑
5．6．2整定内容
5．6．2．1动作电压Ug.dz
整定保护的动作电压。
单位（V）。
5．6．2．2动作时间
整定保护的延时动作时间。
单位（s）。
5．7：
发电机静稳失磁保护
5．7．1保护原理
失磁保护有发电机机端测量阻抗判据、转子低电压判据、变压器高压侧低电压判据、定子过流判据构成。
一般情况下阻抗整定边界为静稳边界圆，也可为其他形状。
当发电机进相运行时。
若按静稳边界整定的阻抗圆不能满足要求时，一般可采用以下方式之一来躲开进相运行区。
1：
下移阻抗圆，按失步边界整定。
2：
采用过原点的两根直线，将进相区躲开。
此时，进相深度可整定。
3：
采用包含可能的进相区（圆形特性）挖去，将进相区躲开。
转子低电压动作方程：
；Vfd（1）
；Vfd>Vfl.zd
（2）
其中：
Vfd：
转子电压
Vfl.zd：
转子低电压动作值
Vfde：
发电机满载时转子电压（V）
Sn：
发电机额定功率（MVA）
Kk：
可靠系数
Kzd：
转子低电压比例系数
P：
发电机出力
Pt：
发电机反应功率
下面以静稳边界判据为例说明失磁保护原理的构成：
转子低电压判据满足时发失磁信号，并输出切换励磁命令。
此判据可以预测发电机是否因失磁而失去稳定，从而在发电机尚未失去稳定之前及早的采取措施（切换励磁等），防止事故的扩大。
对于无功储备不足的系统，当发电机失磁后，有可能在发电机失去静稳之前，高压侧电压就达到了系统崩溃电压值。
所以转子低电压判据满足
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