许继WMH800A微机母线保护装置技术说明书.docx
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许继WMH800A微机母线保护装置技术说明书
许继电气股份有限公司
许继集团
WMH-800A微机母线保护装置
技术说明书
2008年12月
许继电气股份有限公司版权所有
本版本说明书适用于WMH-800A国网标准版Ver1.00版本及以上
程序,许继电气股份公司保留对本说明书进行修改的权利，当产
品与说明书不符时，请以实际产品为准。
2008.12第一次印刷
前言
WMH-800A系列微机母线保护装置适用于1000kV及1000kV以下各种电压等级、各种主接线方式的母线，作为发电厂、变电站母线的成套保护装置。
WMH-800A/B6/R5适用于330kV及以上各种电压等级、3/2断路器接线方式的母线，并依据Q/GDW175—2008标准，遵循功能配置、回路设计、端子排布置、接口标准、屏柜压板、保护定值（报告格式）的六部分统一原则。
◆产品特点
Ø逻辑开发可视化
国内首家在高压保护上实现可视化逻辑编程，保护源代码完全由软件机器人自动生成，正确率达到100%，杜绝了人为原因产生软件Bug。
所有的保护逻辑由基本的元件和组建组成。
Ø事故分析透明化
通过分层、模块化、元件化的设计，装置内部实现了元件级、模块级、总线级三级监视点，可以监视装置内部任一个点的数据，发生事故后通过透明化事故分析工具，可以对故障进行快速准确的定位。
故障波形回放：
Ø工程应用柔性化
采用功能自描述和数据自描述技术，实现了内容可以通过描述文件以不同的形式重组，功能可以通过配置文件形式重构，解决了不同用户差异化需求和软件版本集中管理的矛盾。
母线保护采用图形拓扑技术，由主接线图自动生成配置文件，实现母线保护软件应用于各种接线各种电压等级时版本统一。
Ø人机界面设计人性化
XJ-GUI和现场调试向导的成功应用，降低了现场维护和运行人员的工作强度，使运行维护工作变得轻松。
●借助XJ-GUI界面设计工具，实现操作界面的灵活定制及人性化设计；
●主接线图及丰富的实时数据的显示；
●类Windows菜单，通过菜单提示，可完成装置的全部操作。
◆专利技术
●一种母线运行方式识别的微机自动识别方法（ZL98116823X）
●一种双母线系统微机型失灵保护方法（ZL98116830.2）
●利用虚拟制动电流判断CT饱和的方法（专利号：
200510017606.7）
1概述
1.1应用范围及保护配置
WMH-800A系列微机母线保护装置是WMH-800系列微机母线保护装置的改进型产品，适用于1000kV及1000kV以下各种电压等级、各种主接线方式的母线，作为发电厂、变电站母线的成套保护装置。
WMH-800A/B6/R5完全满足《Q/GDW175-2008国家电网公司企业标准》，专用于3/2接线，母线上允许连接元件数最大为12个。
本说明书适用于WMH-800A/B6/R5版。
本装置的主要保护功能：
✧差动保护（常规差动、突变量差动）；
✧边断路器失灵经母线保护跳闸；
✧CT断线判别；
1.2装置主要特点
1.2.1保护性能
✧动作速度快，典型动作时间不大于15ms；
✧抗CT饱和能力强，差动保护抗区外饱和指标不大于2.5ms；
✧采用稳态量差动保护和突变量差动保护相结合，在保证保护可靠性基础上，大大提高了高阻接地故障和振荡中故障时保护的灵敏度；
✧采用主接线拓扑结构自动识别技术，通过绘制主接线即可自动实现软件定义，自动获取母线接线结构、特殊元件定义等信息，使同一个版本的软件可以适用于所有常规主接线方式；
✧自适应能力强：
可以自动适应母线的各种运行方式，双母线倒闸过程自动识别，自动完成各种运行方式下的母线各段小差电流计算和出口回路的动态切换；
✧CT变比设置灵活：
对CT变比无特殊要求，允许母线上各连接元件CT变比不一致。
CT变比均可由用户现场直接设置，简单、方便；
1.2.2高性能、高冗余的许继新一代软、硬件平台
✧采用管理板、启动板、保护板3个CPU并行工作的硬件结构，采用32位高性能DSP处理器、32位逻辑处理器和16位的高速AD，保护出口跳闸采用“启动＋保护动作”的方式，杜绝保护装置硬件故障引起的误动；
✧装置采用整体面板、标准6U机箱，插件后插拔，强弱电回路严格分开，大大提高装置的抗干扰能力；
✧完善的A/D采样回路自检能避免A/D采样出错导致的装置误动；开出回路自检可以准确检测任一路开出回路断线或开出击穿故障，发出告警并可靠闭锁保护；定值自检能够检测定值存储区出错、定值越限等；具备＋5V、±15V电源自检功能，当电源电压不正常时，装置发告警信息，并闭锁保护；
✧硬件存储容量大，可存储多达200条保护事件报告记录和100条保护动作报告记录；
✧分层化、模块化、元件化的软件设计，实现了不同产品软件的最大限度公用，保证了软件的可靠性；
✧许继独立产权的“VLD”可视化工具，实现了业界在高电压等级采用继电保护语言开发软件的梦想；
✧独特的“日志系统”设立总线级、模块级、元件级共三级检测点，并具备离线的逻辑仿真功能，实现了事故分析“透明化”，以消除不明原因事故。
1.2.3开放性、灵活配置的通信功能
✧提供有PC调试口、就地打印口，另外还提供有4个以太网+1个485接口或2个485接口。
通信接口兼容性、开放性强，采用国际通用标准规约（IEC60870-5-103或IEC61850）。
1.2.4直观丰富的操作界面
✧采用类Windows图形界面设计，菜单简洁、操作方便，实现了用户使用“免学习”；
✧许继独立产权的“XJ-GUI”界面设计工具，实现了操作界面的灵活定制及人性化设计；
✧彩色大液晶可自动显示美观的主接线图和丰富的实时数据。
2技术指标
2.1基本电气参数
2.1.1额定交流数据
✧额定交流电压Un：
100/
V；
✧额定交流电流In：
5A或1A；
✧额定频率fn：
50Hz。
2.1.2额定直流数据
220V或110V，允许变化范围：
80%～115%。
2.1.3打印机辅助交流电源
220V，0.7A，50Hz/60Hz，允许变化范围：
80%～115%。
2.1.4功率消耗
✧交流电压回路：
不大于0.5VA/相（额定电压下）；
✧交流电流回路：
不大于1VA/相（In=5A）、不大于0.5VA/相（In=1A）；
✧直流回路：
保护装置不大于50W（正常进行）；
✧保护装置不大于70W（保护动作）；
✧每路开入回路不大于0.5W。
2.1.5过载能力
✧交流电压回路：
1.5Un-------连续工作；
✧交流电流回路：
2In---------长期运行；
✧10In---------10s；
✧40In---------1s；
2.2主要技术指标
2.2.1差动保护
✧差动保护启动电流整定范围：
0.05In~20In；
✧差动电流动作值误差：
±2.5%；
✧差动保护整组动作时间：
在两倍整定电流，整组动作时间不大于15ms。
2.2.2记录容量
✧故障录波内容和故障事件报告容量
记录保护跳闸前2个周波、跳闸后6个周波所有电流电压波形；保护装置可循环记录100次故障事件报告、8次波形数据。
✧正常波形记录容量
正常时保护可记录5个周波所有电流电压波形，以供记录或校验极性。
✧异常记录容量
可循环记录200次事件记录和装置自检报告。
事件记录包括软、硬压板
投退、开关量变位等；装置自检报告包括硬件自检出错报警、装置长期启动等。
2.2.3对时方式
✧外部GPS脉冲对时；
✧RS-485/RS-232方式的串口对时；
✧监控系统绝对时间的对时报文；
✧B码对时。
2.2.4输出触点
✧在电压不大于250V，电流不大于1A，时间常数L/R为5ms±0.75ms的直流有感负荷电路中，触点断开容量为50W，长期允许通过电流不大于5A。
✧电寿命：
装置输出触点电路在电压不超过250V，电流不超过0.5A，时间常数为5ms±0.75ms的负荷条件下，装置能可靠动作及返回1000次。
✧机械寿命：
装置输出触点不接负荷，能可靠动作和返回10000次。
2.2.5绝缘性能
✧绝缘电阻：
装置所有电路与外壳之间的绝缘电阻在标准试验条件下，不小于100MΩ。
✧介质强度：
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。
2.2.6冲击电压
装置的导电部分对外露的非导电金属部分外壳之间，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。
2.2.7机械性能
✧工作条件：
能承受国家或行业标准规定的严酷等级为I级的振动和冲击响应检验。
✧运输条件：
能承受国家或行业标准规定的严酷等级为I级的振动耐久、冲击耐久及碰撞检验。
2.2.8抗电气干扰性能
✧抗辐射电磁场骚扰能力：
能承受GB/T14598.9-2002第4章规定的严酷等级为Ⅲ级的辐射电磁场骚扰；
✧抗快速瞬变干扰能力：
能承受GB/T14598.10-1996第4章规定的严酷等级为Ⅳ级的快速瞬变干扰；
✧抗衰减振荡波脉冲群干扰能力：
能承受GB/T14598.13-1998第3章和第4章规定的严酷等级为Ⅲ级的脉冲群干扰试验;
✧抗静电放电干扰能力：
能承受GB/T14598.14-1998第4章规定的严酷等级为Ⅲ级的的静电放电干扰；
✧电磁发射干扰能力:
符合GB/T14598.16-2002第4章规定的传导发射限值。
✧抗工频磁场干扰能力：
能承受GB/T17626.8-1998第5章规定的严酷等级级为Ⅳ级的工频磁场干扰。
✧抗脉冲磁场干扰能力：
能承受GB/T17626.9-1998第5章规定的严酷等级为Ⅳ的脉冲磁场干扰。
✧抗阻尼振荡磁场干扰能力：
按GB/T17626.10-1998第5章规定的严酷等级为Ⅳ级的阻尼振荡磁场干扰。
✧抗浪涌骚扰能力：
能承受IEC60255-22-5:
2002第4章规定的浪涌骚扰。
✧抗射频场感应的传导骚扰能力：
能承受IEC60255-22-6:
2001第4章规定的射频场感应的传导骚扰。
✧抗工频干扰能力：
能承受IEC60255-22-7:
2003第4章规定的工频干扰。
2.3环境条件
✧工作环境温度：
－10℃~＋55℃，24h内平均温度不超过＋35℃。
✧储运环境温度：
－25℃～＋70℃，在极限值下不加激励量，装置不出现不可逆变化，温度恢复后装置应能正常工作。
✧相对湿度：
最湿月的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大于50%。
✧大气压力：
80kPa～110kPa。
2.4通信接口
✧4个以太网通信接口+1个RS-485通讯接口
或2个RS-485通讯接口。
✧就地打印口：
1个（RS-232）。
✧PC调试口：
1个（RS-232）。
3保护原理介绍
WMH-800A微机母线保护装置设有两套保护用计算机系统和一套人机接口计算机系统，CPU2完成启动，CPU1完成出口，双CPU模式可防止一块CPU意外故障而引起保护误出口
3.1差动保护
3.1.1比率制动差动保护
母线差动保护为分相式比率制动差动保护，差流采用具有比率制动特性的分相电流差动算法，其动作方程为：
（3-1）
（3-2）
其中：
式中
为差动电流；
为制动电流；
为比率制动系数，内部固定为0.6；
为差动电流定值；
为各回路电流。
如果满足上式的动作方程，判为母线内部故障，母线保护动作，跳开故障母线上的所有断路器。
图3-1是差动保护动作曲线图。
图3-1差动保护动作曲线
3.1.2突变量比率差动保护
突变量比率制动差动保护与制动系数固定为0.3的常规比率制动差动保护配合使用。
动作条件为:
（3-3）
（3-4）
（3-5）
其中：
为差动定值；
；
（
为第j个连接元件的电流突变量
=
-
）
3.1.3CT饱和检测元件
当母线外部发生故障特别是母线近端发生外部故障时，CT可能发生饱和，使CT的二次电流发生畸变，不能真实反映系统的一次电流，在差动回路中有差电流存在，对母线差动保护产生不利影响,若不采取必要的闭锁措施，差动保护就可能会误动，因此在各种类型的母线差动保护中必须对CT饱和采取相应的闭锁措施。
根据分析，即使CT严重饱和时，在故障发生的初始阶段和电流过零点附近CT存在一个线性传变区，在线性传变区内差动保护不会误动作。
利用区外故障CT饱和时差动保护判据满足时刻滞后于故障发生时刻的特点，利用同步识别法判断是否为区外故障，如果是区外故障则闭锁差动保护，然后投入虚拟制动电流判别，以确保母线区外转区内故障时，差动保护能可靠动作。
3.2边断路器失灵经母线保护跳闸
边断路器失灵保护由各连接元件保护装置的失灵保护启动接点启动，每个元件设两个失灵接点（防止光隔击穿导致误启动），当两个接点都有效时，断路器失灵保护确认该元件失灵，经50ms延时跳母线。
若某失灵启动开入保持10s不返回，装置发告警信号，并闭锁该失灵开入，当该失灵开入接点返回后再解除对它的闭锁。
3.3CT断线闭锁及告警
保护装置利用差流进行CT断线的判别。
CT断线设置灵敏段和不灵敏段，不灵敏段闭锁母线差动保护，灵敏段不闭锁母线差动保护。
当差流连续7s大于CT断线定值即判为CT断线，发运行异常信号，如果是闭锁段动作则闭锁断线相的母线差动保护。
3.4通信功能
装置面板上设有一个面板调试PC串口，可通过PC机与保护装置通信，通过厂家提供的调试分析软件Prate800A，读取保护CPU信息，便于故障分析；面板调试PC串口与PC机的通信电缆可带电插拔。
同监控后台网络通讯，支持双通道，提供6个通讯串口，可灵活选择RS-485或以太网接口。
通讯接口兼容性、开放性强，支持IEC60870-5-103或IEC61850通讯规约。
装置背后设有打印串口，与打印机连接，用于打印装置的相关信息。
3.5自检功能
装置设置了完善全面的自检功能，在硬件及软件自检中设有程序求和自检、定值自检、5V电源自检、RAM自检、AD自检、开出自检等。
4装置整体介绍
4.1硬件平台
保护装置采用新一代32位基于DSP技术的通用硬件平台。
整体大面板，全封闭机箱，硬件电路采用后插拔的插件式结构，CPU电路板采用6层板，并采用表面贴装技术，提高了装置可靠性。
装置有两个完全独立的、相同的CPU板，并具有独立的采样、A/D变换、逻辑计算及启动功能，两块CPU板硬件电路完全一样但运行不同的保护程序。
两块保护用CPU板一个负责保护判断及逻辑，一个为启动CPU，启动CPU启动元件动作后开放出口电源。
另有一块人机对话板，由一片DSP专门处理人机对话任务。
人机对话担负键盘操作和液晶显示功能。
正常时，液晶显示当前时间、主接线、各元件电流、母线电压等。
人机对话中所有的菜单均为简体汉字。
通过本公司为保护提供的软件，可对保护进行更为方便、详尽的监视与控制。
装置核心部分采用德州仪器公司（TexasInstruments）的32位数字信号处理器TMS320C33，主要完成保护的出口逻辑及后台功能，使保护整体精确、高速、可靠。
图4-1为装置硬件框图。
4.2软件平台
软件平台采用ATI公司的RTOS系统NUCLEUSPLUS。
RTOS是一个经过严格测试的内核，保证软件运行的稳定性。
4.3结构与安装
图4-2是机箱的外形尺寸图；图4-3是机箱的安装尺寸图；图4-4是保护机箱的插件布置图（后视图）。
图4-1装置硬件框图
图4-2机箱外形尺寸图
图4-3机箱安装尺寸图
图4-4保护机箱插件布置图
4.4装置插件介绍
4.4.1交流变换插件（NJL-818）
本插件将系统电压互感器、电流互感器二次侧信号变换成保护装置所需的弱
电信号，同时起隔离和抗干扰作用。
该插件共有8路电流通道、6路电压通道。
4.4.2交流变换插件（NJL-819）
本插件将系统电流互感器二次侧信号变换成保护装置所需的弱电信号，同时
起隔离和抗干扰作用。
该插件共有15路电流通道。
4.4.3CPU插件（NPU-804）
CPU插件是在分析和借鉴了国内外同类产品基础上，从技术和开发手段的先
进性，软硬件资源的通用性，系统的可靠性等方面出发，开发研制的DSP型保
护插件。
作为基本的软硬件平台，在单块PCB板上完成数据采集、I/O、保护
及控制功能等。
4.4.4采保插件（NCB-801）
采保插件将由变换器来的弱电信号经过低通滤波后，由多路转换开关对信号
进行选通，然后通过电压跟随器对信号进行处理，以提高其负载能力。
该插件还有+5V、-15V、+15V及累加和自检功能。
此外通过运算放大器过零比较检测电路可实现基频测量。
能够完成80路模拟信号采集，模拟量的输出幅值范围为-10V～+10V。
4.4.5开入插件（NKR-810）
每个开入插件提供30路开关量输入回路。
开入电源为直流220V或110V；其正电源连接到开入节点，负电源接到31－32端子。
4.4.6信号插件（NXH-808）
本插件主要提供保护的信号接点。
图4-5为插件端子定义图。
注：
“失灵跳闸”指“失灵经母差跳闸”。
图4-5信号插件端子定义图
4.4.7出口插件（NCK-804）
本插件主要提供16副（共8组，每组2副接点）的出口接点。
图4-6为插件端子定义图。
图4-6出口插件端子定义图
4.4.8通讯插件（NTX-816）
通讯功能由两个插件实现，即通讯插件（E#）和通讯转换插件（F#），实现装置的通讯、人机接口管理单元。
插件提供了4个以太网口、2个RS-485通讯接口、1个网络打印485串口、1个打印232串口。
通讯插件端子定义见图4-7。
图4-7通讯插件端子定义图
端子01、02为打印机电源控制接点，将打印机电源线中串入此接点，则正常时打印机不带电，在有报文需要打印时，管理机将该接点闭合，导通打印机交流电源。
GPS对时的接口有脉冲接点和B码对时。
端子04、05为GPS对时脉冲接点，可进行脉冲对时（分脉冲或秒脉冲）。
端子16、17为B码对时接口，主要用于人机接口时钟对时。
RS485串口（09、10/11、12）用于系统监控。
端子06、07、08为内部LON接口。
端子20、23、24为打印RS-232串口，端子20、21、22为网络打印RS-485串口。
端子13、14、18、19备用。
实际应用时，通讯插件通过RS485口（端子09、10或11、12）将信息传送到通讯转换插件的RS485口1或RS485口2，再经由通讯转换插件的以太网接口与控制系统进行通信。
4.4.9通讯转换插件（NTX-817）
图4-8通讯转换插件端子定义图
通讯转换插件提供的四个光纤以太网口，即四路10M/100Mbps自适应以太网的转换回路，可实现三种通讯方式：
可作为网关使用；可实现以太网与保护CPU间的通讯；可用于保护CPU与RS485间的通讯。
另外还提供了2个485口和8个通信状态指示灯。
插件上的调试口仅供软件设计人员使用，不提供用户使用。
4.4.10稳压电源插件（NDY-803）
图4-9稳压电源插件端子定义图
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、±15V及24V。
电源插件具有失电告警功能。
图4-9为电源插件端子定义图。
端子01、02为GPS对时脉冲接点；03，04为内部LON网端子，通过将各装置的LON网互联，可实现多台保护装置共享一个管理机。
上述接点与通信管理机插件中的端子定义有重复，这主要是考虑到在实现多台装置共享管理机时，部分保护装置可以不带通信管理插件时的情况。
端子05，06为强电复归开入接点，可直接从外接进220V或110V对保护装置进行复归。
端子07－10为两组失电告警接点，保护正常运行时此接点断开，保护装置失电后，接点闭合。
用于对保护装置工作电源的监视。
端子11为装置工作电源正极性端，端子13为装置工作电源负极性端，该装置可外接220V或110V直流工作电源。
端子15为装置屏蔽地，应将此接点直接连到接地铜排。
5定值清单及整定说明
5.1定值清单
表1装置基本参数定值
类别
序号
参数名称
参数值
基
本
参
数
1
定值区号
0～XX（正式运行定值置于“0”区，备用定值依次往后排列，调试定值置于最末区）
2
被保护设备
满足8个汉字长度
表2设备参数定值
类别
序号
参数名称
整定范围
单位
整定值
CT
1
支路1CT一次值
0～9999
A
2
支路1CT二次值
1或5
A
3
…
4
…
5
支路nCT一次值
0～9999
A
6
支路nCT二次值
1或5
A
7
基准CT一次值
1～9999
A
8
基准CT二次值
1或5
A
注：
CT一次值整定为0时，表明该支路为备用支路，不参与差流计算。
表3母线保护定值
类别
序号
定值名称
定值范围
（IN为1A或5A）
单位
整定值
母
差
保
护
1
差动保护启动电流定值
（0.05～20）IN
A
2
CT断线告警定值
（0.05～20）IN
A
3
CT断线闭锁定值
（0.05～20）IN
A
注1：
电流定值均是基于基准CT变比的二次值。
表4母差保护控制字
类别
序号
控制字名称
整定方式
整定值
控制字
1
差动保护
0，1
2
失灵经母差跳闸
0，1
表5母差保护软压板
类别
序号
控制字名称
整定方式
整定值
软压板
1
差动保护
0，1
2
失灵经母差跳闸
0，1
3
远方修改定值
0，1
注1：
3项“远方修改定值”软压板只能在就地更改，只有当该压板置“1”时，才能远方修改本装置其他定值。
5.2整定说明
所有电流定值均是基于基准CT变比的二次值。
1）差动保护启动电流定值
应保证母线保护在最小运行方式下有足够的灵敏度，并应尽可能躲过母线出线的最大负荷电流。
推荐值0.4In－In。
2）CT异常告警定值
设置CT异常报警是为了更灵敏地反应轻负荷线路CT断线和CT回路分流等异常情况，所以整定时灵敏度应较CT断线高。
推荐值0.05In－0.1In。
3）CT断线闭锁定值
按正常运行时流过母线保护的最大不平衡电流整定。
推荐值0.05In－0.3In。
6订货须知
订货时需注明：
1．产品型号、名称及订货数量；
2．母线接线方式（系统主接线图）及所需保护配置；
3．交流电流、电压额定值；
4．直流电压额定值
5．是否带打印机；
6．特殊的功能要求及特殊要求的备品备件；
7．供货地址及时间。
附录:
保护箱插件布置图及端子定义
附图1插件布置图（后视图）
交流输入（3#）
交流输入（2#）
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